Phenolic compounds, ubiquitous in plants, are of considerable interest and are increasingly becoming a subject of intensive research due to their bioactive properties such as antioxidant, antimicrobial, anti-mutagenic, anti-viral and anti-inflammatory activity. The objective of this research was to determine the antioxidant activity of extracts from selected plant materials, namely Caesalpinia spinosa, Perilla frutescens, Artemisia annua and Viola wittrockiana Gams. Plant material extracts were studied by in vitro methods, such as Total Phenolic Content, the measurement of scavenging capacity against ABTS cation and AAPH radicals, and the ferric reducing antioxidant power (FRAP). Many in vitro methods, such as ABTS, ORAC or FRAP assay, have been developed to evaluate antioxidant activity. Unfortunately, these methods often correlate poorly with the ability to inhibit oxidative deterioration of foods because the in vitro assays do not account for factors such as the physical location of the antioxidant, its interaction with other food components, and environmental conditions. To evaluate accurately the potential of antioxidants in foods, models must be developed that resemble conditions expected in food products. This study outlines model systems for the evaluation of natural antioxidants in two types of food: oil-in-water emulsions and meat model systems. In addition, in all analyzed samples the content of the main phenolic compounds were determine using techniques such as high performance liquid chromatography (HPLC) or liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS). The extract of Caesalpinia spinosa was tested for its antimicrobial effect against some common microorganisms and for growth promoting properties with respect to probiotic Lactobacillus plantarum strain. The results of this research indicate that extracts from the plants studied may be suitable for use as natural food additives. / Los compuestos fenólicos de las plantas son, cada vez más, un tema de intensa investigación, debido a sus propiedades bioactivas como antioxidante, antimicrobiana, anti-mutagénico, anti-viral e incluso actividad anti-inflamatoria. El objetivo de este trabajo es determinar la actividad antioxidante de los extractos de plantas seleccionadas, como Caesalpinia spinosa, Perilla frutescens, Artemisia annua y Viola wittrockiana Gams. Se optimizó el método de extracción a través de combinaciones de disolventes orgánicos con agua. Todos extractos obtenidos se estudiaron por métodos in vitro: contenido de polifelones totales o determinación de la actividad antioxidante frente a radicales libres como el radical catiónico ABTS, el radical APPH y el comportamiento frente al catión Fe (II) (FRAP). Estos métodos, que dan una idea inicial del comportamiento del extracto y de los compuestos que hay en él, no siempre se correlacionan con la capacidad de inhibir el deterioro oxidativo de los lípidos en los alimentos, debido a que los ensayos in vitro no tienen en cuenta factores como la ubicación física del antioxidante, su interacción con la matriz del alimento o las condiciones ambientales. Por ese motivo, se han desarrollado modelos que permiten reproducir las condiciones esperadas en los productos alimenticios y evaluar con precisión el potencial antioxidante protector de la degradación de los lípidos en los alimentos. En esta línea se han analizado dos sistemas: uno llamado "sistema modelo" emulsión de aceite (exento de sus antioxidantes naturales) en agua y un sistema cárnico. Además, se analizó la composición química de cada uno de los extractos usando técnicas tales como cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) o espectrometría de cromatografía-masa líquida (LC-MS). En el extracto de Caesalpinia spinosa se evaluó su efecto antimicrobiano frente algunos microorganismos comunes y el mayor desarrollo de una cepa probiótica Lactobacillus plantarum. Los resultados de esta investigación indican que los extractos de las plantas estudiadas pueden ser adecuados para su uso como aditivos naturales en alimentos

En aquesta tesi s’ha dut a terme la caracterització experimental de polímers amb memòria de forma de naturalesa termoplàstica i termostable. En concret, s’ha estudiat l’efecte que tenen diferents condicions termo-mecàniques de funcionament i l’estructura química en les propietats mecàniques i de memòria de forma. Per a l’estudi de les condicions de funcionament, s’han realitzat cicles de memòria de forma consecutius amb distintes combinacions de paràmetres termo-mecànics. Per a l’estudi de l’efecte de l’estructura química s’han utilitzat dues xarxes termostables. La primera consisteix en resines epoxi modificades amb polímers hiperramificats. En aquest cas, l’efecte del contingut i del pes molecular del polímer hiperramificat en les propietats visco-elàstiques, termo-mecàniques i de memòria de forma ha sigut estudiada en detall. La segona consisteix en xarxes de tipus acrilat sintetitzades a partir d’agent de reticulació basats en bisfenol A, els quals milloren les propietats mecàniques i de memòria de forma d’aquesta classe de materials. Per a l’estudi d’aquestes xarxes amb memòria de forma s’han dut a terme anàlisis dinamo-mecànics, assajos de caracterització mecànica i cicles de memòria de forma. / En esta tesis se ha llevado a cabo la caracterización experimental de polímeros con memoria de forma de naturaleza termoplástica y termoestable. En concreto, se ha estudiado el efecto que tienen distintas condiciones termo-mecánicas de funcionamiento y la estructura química sobre las propiedades mecánicas y de memoria de forma. Para el estudio de las condiciones de funcionamiento, se han realizado ciclos de memoria de forma consecutivos con distintas combinaciones de parámetros termo-mecánicos utilizando un polímero termoplástico comercial. Para el estudio del efecto de la estructura química se han utilizado dos redes termoestables. La primera consiste en resinas epoxi modificadas con polímeros hiperramificados. En este caso, el efecto del contenido y el peso molecular del polímero hiperramificado en las propiedades visco-elásticas, termo-mecánicas y de memoria de forma han sido estudiados en detalle. La segunda red termoestable consiste en redes de tipo acrilato sintetizadas a partir de agentes de reticulación basados en bisfenol A, los cuales mejoran las propiedades mecánicas y de memoria de forma de esta clase de materiales. Para el estudio de estas redes con memoria de forma se han llevado a cabo análisis dinamo-mecánicos, ensayos de caracterización mecánica y ensayos de memoria de forma. / In this thesis, the experimental characterization of thermoplastic and thermosetting shape-memory polymers was carried out. Particularly, we studied the effect of different operation thermomechanical conditions and chemical structure on mechanical and shape-memory properties. Regarding the operation conditions, several shape-memory cycles were carried out with different combinations of thermomechanical parameters. In terms of chemical structure, two different networks were studied. The first consist of epoxy resins modified with hyperbranched polymers. In this case, we studied in detail the effect of the content and molecular weight of the hyperbranched polymer on viscoelastic, thermomechanical and shape-memory properties. The second consist of acrylate networks synthesized from bisphenol A-based crosslinking agents, which improve mechanical and shape-memory properties of this class of materials. Regarding the study of these shape-memory networks, dynamic mechanic analysis, mechanical characterization tests and shape-memory performances were carried out.

Tot el que ens envolta és quiral, per tant, una de las propietats més importants que recau en la disposició i la acció de fàrmacs ve donada por la quiralitat de la substància activa. En conseqüència, la estereoquímica representa un camp actiu, canviant i desafiant que combina diferents disciplines de las ciències naturals que condueixen als resultats més espectaculars. En aquest context, la present tesis es centra en: i) el desenvolupament de nous sistemes catalítics per a la producció de substàncies quirals, ii) la comprensió dels mecanismes de reacció posteriors, i iii) el disseny de processos més ecològics i sostenibles. Bio-nanohíbrids amb una alta varietat de propietats van ser obtinguts mitjançant la immobilització de la L-leucina i la poli-L-leucina en l’espai entre capes de materials del tipus hidrotalcita. Aquests catalitzadors són ecològics, fàcils de sintetitzar i no requereixen pre-activació. Substàncies amb una aplicació potencial en la indústria química i farmacèutica van ser obtingudes utilitzant aquests nanohíbrids com a catalitzadors, emprant un únic reactor, en la reacció d’addició aldòlica i la reacció de condensació de Claisen-Schmidt /epoxidació Juliá-Colonna. La cooperació entre la ciència de superfícies i la catàlisis va permetre revelar el verdader mecanisme de Juliá-Colonna mitjançant l’anàlisi amb micro-balança de cristall de quarts amb dissipació (QCM-D). Per últim, però no menys important, els reactors híbrids de membrana catalítica es poden utilitzar en la transformació de reaccions complexes en altres més trivials, com la producció de peròxid d’hidrogen in-situ i la posterior epoxidació de la calcona. / Todo lo que nos rodea es quiral, por lo tanto, una de las propiedades más importantes que subyace en la disposición y la acción de fármacos está dada por la quiralidad de la sustancia activa. En consecuencia, la estereoquímica representa un campo activo, cambiante y desafiante que combina diferentes disciplinas de las ciencias naturales que conducen a los resultados más espectaculares. En este contexto, la presente tesis se centra en: i) el desarrollo de nuevos sistemas catalíticos para la producción de sustancias quirales, ii) la comprensión de los mecanismos de reacción posteriores, y iii) el diseño de procesos más ecológicos sostenibles. Bio-nanohíbridos con una alta variedad de propiedades se obtuvieron mediante la inmovilización de L-leucina y poli-L-leucina en el espacio entre capas de materiales del tipo hidrotalcita. Estos catalizadores son ecológicos, fáciles de sintetizar y no requieren pre-activación. Sustancias con una aplicación potencial en la industria química y farmacéutica se obtuvieron utilizando estos nanohíbridos como catalizadores, empleando un único reactor, en la reacción de adición aldólica y la reacción de condensación de Claisen-Schmidt /epoxidación Juliá-Colonna. La cooperación entre la ciencia de superficies y la catálisis permitió revelar al verdadero mecanismo de Juliá-Colonna mediante el análisis con micro-balanza de cristal de cuarzo con disipación (QCM-D). Por último, pero no menos importante, los reactores híbridos de membrana catalítica se pueden emplear en la transformación de reacciones complejas en otras más triviales, como la producción de peróxido de hidrógeno in-situ y posterior epoxidación de la calcona. / Everything around us is chiral, thus, one of the most important properties which underlies the drug disposition and action is given by the chirality of the active substance. Consequently, stereochemistry represents an active, changing, and challenging field which combines different disciplines of natural sciences that lead to the most spectacular findings. In this context, the present thesis focuses on: i) the development of new catalytic systems for the production of chiral substances, ii) the understanding of the subsequent reaction mechanisms, and iii) the design of greener sustainable processes. Bio-nanohybrid materials with a high variety of properties were obtained by immobilizing L-leucine and poly-L-leucine in the interlayer space of hydrotalcite-type materials. These catalysts are eco-friendly, are facile to synthesize, and no pre-activation is required. Substances with potential application in pharmaceutical or fine chemical industries were obtained using these nanohybrids as catalysts in the aldol addition reaction and the one-pot Claisen-Schmidt condensation / Juliá-Colonna epoxidation reaction. Cooperation between surface science and catalysis revealed the real Juliá-Colonna mechanism by using quartz crystal microbalance with dissipation (QCM-D) analysis. Last but not the least, hybrid catalytic membrane reactors can be employed in transforming complex reactions into simpler ones, like the production of hydrogen peroxide in-situ and subsequent epoxidation of chalcone.

Les dificultats existents en l’administració de certs fàrmacs, que es tradueix en una considerable reducció de la seva eficàcia terapèutica, ha portat a l’exploració d’un nou camp en la recerca de fàrmacs, l’ús de polímers per a transportar fàrmacs. Aquests polímers es presenten com a vehicles transportadors que aporten protecció al fàrmac, evitant la seva degradació, i permeten la seva distribució dirigida fins la diana terapèutica, disminuint així els efectes secundaris. Una combinació adequada del polímer transportador amb el fàrmac, permet l’alliberament d’aquest en el teixit on ha de desenvolupar el seu efecte terapèutic. Tot i així, per tal de garantir l’èxit d’aquests sistemes de distribució de fàrmacs, aquests han de complir una sèrie de requisits pel que fa a la mida, càrrega superficial, composició, capacitat d’encapsular i d’alliberar un fàrmac, funcionalització i biocompatibilitat. En aquest treball, s’ha explorat la fabricació de diversos sistemes de distribució de fàrmacs per tal d’aportar coneixement sobre la modificació d’aquests polímers, que permetin obtenir plataformes de distribució de fàrmacs que reuneixi els requisits prèviament esmentats. Per una banda, s’ha obtingut un sistema termosensible i versàtil a través d’una estratègia de core-shell, que permet ajustar la seva mida i el seu comportament termosensible, com també la seva modificació superficial mitjançant un mètode fàcil i ràpid basat en una química clàssica. Per altra banda, la preparació de sistemes polimersòmics s’ha explorat per polimerització de tipus RAFT, és a dir, s’empra una química més sofisticada, que permet la síntesi de copolímers de multibloc amfifílics i auto-ensamblables, des de dos fins a cinc blocs, de manera controlada, obtenint polímers de pes molecular determinada amb distribucions de pes molecular molt estretes. De manera similar a l’anterior sistema, la modulació de la proporció entre blocs i del nombre de blocs permet el control de la mida de les nanoestructures formades i de la seva capacitat d’encapsular fàrmacs. Finalment, els sistemes polimersòmics desenvolupats s’han comparat amb un sistema de distribució de fàrmacs molt ben establert, com ara els liposomes, pel que fa a funcionalització, encapsulació i alliberament de fàrmacs, com a potencials sistemes de distribució de fàrmacs per al tractament de metàstasis de càncer de mama al cervell a través d’una estratègia de doble funcionalització, per tal d’avaluar la idoneïtat del sistema desenvolupat en aquest treball. / Las dificultades existentes en la administración de ciertos fármacos, que se traduce en una considerable reducción de su eficacia terapéutica, ha llevado a la exploración de un nuevo campo en el desarrollo de fármacos, el uso de polímeros como transportadores de estos. Estos polímeros se presentan como vehículos transportadores que aportan protección al fármaco, evitando así su degradación i permitiendo su distribución dirigida hasta la diana terapéutica, disminuyendo a su vez los efectos secundarios. Una combinación adecuada del polímero transportador con el fármaco, permite la liberación de este en el tejido dónde debe desarrollar su efecto terapéutico. Aun así, con tal de garantizar el éxito de estos sistemas de distribución de fármacos, estos deben cumplir una serie de requisitos por lo que respecta a tamaño, carga superficial, composición, capacidad de encapsular i liberar un fármaco, funcionalización i biocompatibilidad. En este trabajo, se ha explorado la fabricación de varios sistemas de distribución de fármacos con la finalidad de aportar conocimiento sobre la modificación de estos polímeros, que permitan obtener plataformas de distribución de fármacos que reúnan los requisitos previamente mencionados. Por un lado, se ha obtenido un sistema termosensible i versátil a través de una estrategia de core-shell, que permite ajustar su tamaño i su comportamiento termosensible, como también su modificación superficial mediante un método fácil i rápido basado en química clásica. Por otro lado, la preparación de sistemas polimersómicos se ha explorado mediante polimerización RAFT, es decir, utilizando una química más sofisticada, que permite la síntesis de copolímeros de multibloque amfifílicos i auto-ensamblables, desde dos a cinco bloques, de manera controlada, obteniendo polímeros de peso molecular determinado con distribución de peso molecular muy estrecha. De manera similar al anterior sistema, la modulación de la proporción entre bloques i del número de bloques permite el control del tamaño de las nanoestructuras formadas i de su capacidad de encapsular fármacos. Finalmente, los sistemas polimersómicos desarrollados se han comparado con un sistema de distribución de fármacos muy bien establecido, como son los liposomas, por lo que respecta a su funcionalización, encapsulación i liberación de fármacos, como potenciales sistemas de distribución de fármacos para el tratamiento de metástasis de cáncer de mama al cerebro a través de una estrategia de doble funcionalización, con tal de evaluar la idoneidad del sistema desarrollado en este trabajo. / The existing difficulties in the delivery of certain drugs, having a direct influence on their therapeutic efficiency, has lead to the exploration of a new field in pharmaceuticals, the use of polymers as drug carriers. Polymers are presented as carrier vehicles, which provide drug protection preventing its degradation and targeted delivery to the site of action diminishing side effects. An appropriate combination of the drug and the polymer allows the release of the drug in the tissue where it has to develop its therapeutic effect. However, in order to ensure the success of these drug delivery systems, they must fulfil a list of requirements according to size, surface charge, composition, drug loading capacity and release, targetability and biocompatibility. In this work, the fabrication of diverse drug delivery systems has been explored in order to provide know-how regarding polymers’ tunability to achieve delivery platforms that fulfil the aforementioned requirements. On one hand, a versatile thermo-responsive delivery system has been obtained trough a core-shell approach, allowing the tailoring of its size and thermosensitivity, while providing a simple and fast method to decorate its surface by means of classic chemistry. On the other hand, the preparation of polymersomic systems was explored by RAFT polymerization, a more sophisticated chemistry, which allowed the synthesis of self-assembling amphiphilic multiblock copolymers, ranging from diblock to pentablock, in a controlled manner, obtaining predetermined molecular weight polymers with narrow molecular weight distributions. Similarly to the previous system, the tunability of blocks ratio and number allowed the control over nanostructures size and loading capacity. Finally, polymersomes have been compared with a very well established delivery system, such as liposomes, in terms of targeting and drug loading and release, as potential drug delivery systems to breast cancer metastasis in the brain through a dual-targeting approach, in order to evaluate the suitability of the system developed in this work.

L’any 2002 tres grups de recerca, entre ells el nostre grup, van demostrar teòricament que la interacció entre anions i anells aromàtics electrodeficients, anomenada interacció anió–, era favorable. Des de llavors s’ha dut a terme un intens estudi de la seva naturalesa física fins la total comprensió. Aquesta tesi es basa amb l’estudi de la interacció anió– des de tres punts de vista. Primerament, la investigació es basa en el disseny teòric de motius estructurals per donar lloc a un receptor on la interacció anió– siga molt favorable, per posteriorment avaluar la força de la interacció experimentalment en dissolució. A continuació, es va analitzar la interrelació entre un gran nombre de combinacions d’interaccions no covalents. A partir d’aquest estudi es defineixen nous conceptes i es proposen diferents formules per calcular efectes de cooperativitat. Finalment, hem anat un pas més enllà en l’estudi de la interacció analitzant: 1) l’impacte de la interacció anió– a sistemes biològics; 2) la influència de modificacions a l’anió sobre la naturalesa física de la interacció. / In 2002 three research groups, among them our research group, theoretically demonstrated that the interaction between anions and electron-deficient aromatic rings, named anion– interaction, was favourable. Since then, an intense study of its physical nature has been performed to understand it completely. This thesis is based on the study of the anion– interaction from three points of view. Firstly, theoretical design of binding units to build a receptor and to obtain the most favourable binding based on anion– interactions. The binding properties of these receptors have been experimentally assessed in solution. Secondly, we have studied the interplay between a great combination of noncovalent interactions. From this study, new concepts and formula to calculate cooperativity effects have been described. Finally, we have study one step further the anion– interaction analysing: 1) the impact of anion– interaction in biological systems; 2) how the modifications in the anion influence the physical nature of the interaction.