Esta tesis esta dedicada al estudio del mercurio como contaminante global de nuestro medio ambiente. Para ello, se ha trabajado con dos enfoques diferentes. Por un lado, profundizando en el conocimiento del ciclo del mercurio, estudiando los diferentes compuestos de éste en matrices medioambientales como suelos o sedimentos. Por otro lado, incidiendo en la prevención como herramienta de trabajo, esto es desarrollando metodologías de producción más respetuosas con el medio ambiente, a la vez que se utilizaron técnicas de gestión medioambiental como la Valoración del Ciclo de Vida (Life Cycle Assessment, LCA).El estudio de compuestos de mercurio en suelos y sedimentos contaminados se llevó a cabo a partir de dos aproximaciones distintas. La primera de ellas se basó en el método de Westöö modificado, combinando la extracción de las especies de mercurio en un medio orgánico, con una re-extracción en fase acuosa y posterior análisis por electroforesis capilar de alta resolución (HPCE). De esta metodología se estudiaron tres etapas diferenciadas, que fueron: 1. las condiciones de conservación de la muestra, 2. la etapa de re-extracción a fase acuosa y 3. la separación y cuantificación de las especies por HPCE, desarrollándose un método para la preconcentración en línea de las especies. El estudio concluyó que la congelación de la muestra es el sistema más adecuado para la conservación de las especies de mercurio presentes en un suelo contaminado. También, se apuntó la posible degradación de las especies de mercurio en la etapa de re-extracción, debido a la combinación de efectos de la cisteina y luz solar. En cuanto al sistema de preconcentración diseñado, permitió una mejora en los límites de detección de más de un orden de magnitud.La segunda aproximación consistió en mediciones directas mediante técnicas espectroscópicas de rayos X (XAFS). Estas técnicas, concretamente XANES (X-Ray Near Edge Structure), permiten sin apenas tratamiento de muestra, la identificación de diferentes especies del elemento diana (en este caso mercurio) mediante la excitación de electrones de capa profunda (K o L). Así, se cuantificaron con éxito especies de mercurio con las que se habían dopado muestras de suelo limpio. Igualmente, se demostró la potencialidad de la técnica para medidas cualitativas, concretamente para la determinación del carácter covalente de los enlaces establecidos entre un núcleo central de mercurio y diversos grupos.Por otro lado, se desarrolló un proceso para la producción de hidróxido sódico basado en resinas de intercambio iónico, teniendo como únicos reactivos óxido de calcio y cloruro sódico. De este modo, se estudiaron los efectos de una serie de variables como temperatura, fuerza iónica, concentración de hidróxido cálcico o relación masa de resina / volumen de disolvente, sobre la cinética y termodinámica de las etapas de síntesis del producto y regeneración de la resina. También se modeló la etapa de síntesis, obteniéndose una muy buena correlación con los resultados experimentales, hecho que permitió además optimizar parámetros como la concentración de hidróxido cálcico en función de la relación m/V.Como última etapa, se comparó también en términos ecológicos el proceso diseñado con el proceso de producción industrial de cátodo de mercurio. Para ello, se utilizó la herramienta de gestión medioambiental LCA, considerando cuatro categorías de análisis: efecto invernadero, disminución de recursos abióticos, consumo de uranio y liberación de mercurio al medio ambiente. El resultado de este análisis concluye que si se quiere obtener mediante el proceso de resina un producto final de la misma concentración que el proceso de cátodo de mercurio, los valores de efecto invernadero y disminución de recursos abióticos se disparan, a causa del coste energético de evaporar una gran cantidad de agua. Sin embargo, para aplicaciones donde concentraciones más bajas sean también factibles, el proceso de resinas diseñado se convierte en un método muy competitivo medioambientalmente hablando y con claras aplicaciones de futuro. / This thesis is dedicated to the study of the mercury as a global pollutant in our environment. For this purpose, two different approaches have been chosen. On the one hand, trying to acquire a better understanding of the mercury cycle by studying its different compounds (species) in environmental matrices as soils or sediments. On the other hand, inquiring on the prevention as a working tool. Thus, more environmentally friendly processes have been developed, while using environmental assessment tools like Life Cycle Assessment (LCA).The mercury speciation studies in soil and sediment samples were carried out from two different points of view. The first one was based on the modified Westöö method, where an extraction in toluene was combined with a re-extraction to an aqueous phase, followed by the analysis with a capillary electrophoresis system (HPCE). Three different steps were studied from the selected methodology: 1. the conservation conditions, 2. the re-extraction step to an aqueous phase and 3. the separation and quantification of the species by HPCE, while developing a method for the on-line pre-concentration of the species.By means of this study, it was concluded that freezing appeared to be the most adequate measure for the conservation of mercury species in polluted soils. Considering the re-extraction step, the active role of the cysteine and sunlight on organomercury compounds degradation was also pointed out. On the other hand, the designed pre-concentration method allowed an improvement on the detection limits of more than one order of magnitude.The second approach consisted of the direct analysis of the soil samples by X-ray spectroscopy (XAFS). Such techniques, and particularly XANES (X-rAy Near Edge Structure), permit without almost sample pre-treatment the correct identification of the different species of the target element (Hg, in the study case). The identification is achieved by the excitation of deep core electrons (K and L lines). Therefore, spiked samples containing both organic and inorganic mercury species where successfully quantified. The liability of such techniques for qualitative data was also demonstrated, taking into account the covalent character of the bond established between mercury and some neighbouring groups. Regarding the process development, a resin-based process for alkaline hydroxide production was designed, by using as a unique reagents calcium oxide and sodium chloride. Thus, the effect of some variables as temperature, ion strength, calcium hydroxide concentration or resin weight / solvent volume rate (m/V) on the kinetics and thermodynamics of the process was studied. Synthesis and regeneration steps were separately considered and studied. The synthesis step was also modelled, obtaining a good correlation with experimental results. Such modelling was found also to be very useful for the improvement of some steps of the process, like the adequate calcium hydroxide concentration considering the initial m/V ration.The last step was the direct comparison of the resin-based process with the mercury cathode process for the sodium hydroxide production, from an ecological point of view. For this purpose, the assessment tool LCA was used, taking into account four different categories: global warming, abiotic resources depletion, uranium consumption and mercury release to the environment. The conclusion was that the resin-based process appears to be highly pollutant if sodium hydroxide 50% wants to be obtained. In this case, the energy needed for the evaporation of huge amounts of water results in high values of global warming and abiotic resources depletion. On the other hand, if lower concentrations are needed, the process become very competitive in terms of environment respect.

En l'actualitat s'està donant un canvi de mentalitat, tant social com polític o econòmic, per a la millora dels aspectes mediambientals. Així aquest canvi es pot començar a veure en diferents aspectes socials com són les formacions de les plataformes Agenda 21, en aspectes polítics com pot ser la participació en el Fòrum de les Cultures 2004 o en àmbits empresarials amb la creació de normatives ISO en temes de gestió mediambiental, com és la norma 14001.És per aquest motiu que les aplicacions científic-tecnològiques en aspectes de neteja, depuració d'aigües o obtenció d'energies més netes, estan tenint un increment molt important. De totes elles la fotocatàlisi heterogènia sembla que és la que té un futur més prometedor. Aquesta tecnologia es fonamenta en l'aprofitament de la llum solar per a produir reaccions d'oxidació i reducció. Les reaccions d'oxidació són aprofitades per a degradar contaminants orgànics i les de reducció són aprofitades per a la reducció de protons a hidrogen. El problema que presenta aquesta tecnologia és que es fonamenta en l'aprofitament de la llum UV, que representa només el 8% de la llum solar total. Aquest percentatge no permet una aplicació industrial prou rendible.En aquest treball s'ha realitzat una recerca de materials idonis per a la fotocatàlisi, trobant que el material amb les característiques fotocatalítiques més idònies és el TiO2 en la seva forma cristal·lina anatasa. Encara que aquest material es prepara majoritàriament en forma de pols, presenta un problema a posteriori dels processos de catàlisi, que és la seva recuperació. Per a aquest motiu s'han sintetitzat capes primes de TiO2 sobre substrats de vidre i quars mitjançant la tècnica MOCVD. En aquest treball s'han trobat les millors condicions de preparació per tal d'obtenir una resposta fotocatalitica major.Paral·lelament a l'optimització de les condicions de síntesis s'han realitzat estudis teòrics per comprovar els efectes del dopatge en el TiO2. La creació de vacants d'oxigen en l'estructura cristal·lina aconsegueix la formació d'una semibanda semiocupada propera a la banda de conducció. Això permet la promoció d'electrons d'aquesta semibanda a altres amb una energia menor que la del gap, permetent l'excitació a longituds d'ona dins de la regió del visible.Els experiments realitzats amb aquest tipus de material dipositat sobre vidre i quars per MOCVD, demostren aquesta absorció dins de la regió del visible. Aquestes dades d'absorció són confirmades amb les obtingudes amb la tècnica de fotoconductivitat. Les aplicacions industrials que pot presentar aquest material, sota radiació visible, són nombroses. En aquest cas s'ha provat la fotodegradació de nonilfenols i dioxines. Aquestes dues substàncies estan catalogades per les autoritats nord-americanes i europees com dues de les substàncies més tòxiques presents en el mediambient. Per al cas de la fotodegradació de nonilfenols s'ha aconseguit una degradació del 98% d'aquest en 30 minuts En ambdós casos, la fotodegradació de nonilfenols i dioxines, s'ha demostrat que aquesta s'aconsegueix sense la formació d'intermitjos de major toxicitat. Les proves de fotodegradació amb catalitzador de TiO2 estequiomètric sota radiació visible ha demostrat una nul·la activitat. / En la actualidad se está dando un cambio de mentalidad, tanto en lo social como en lo político y en lo económico, para la mejora de aspectos medioambientales. Esto se traduce en la formación de Agendas 21 locales, participación política, como en el Forum 2004 de Barcelona o la creación de normas ISO medioambientales por parte del empresariado. Por este motivo las aplicaciones científico tecnológicas, en aspectos como limpiezas, depuración u obtención de energías más limpias, están teniendo un incremento más que destacable. De todas ellas la fotocatálisis heterogenia parece tener un futuro más prometedor. Esta tecnología se fundamenta en el aprovechamiento de la luz solar para producir reacciones redox. Las reacciones de oxidación son aprovechadas para degradar contaminantes orgánicos y las de reducción para la obtención de hidrogeno a partir de los protones. El problema que presenta esta tecnología es que se fundamenta en el aprovechamiento de la radiación UV, que representa sólo el 8% de la luz solar total. Este porcentaje no permite una aplicación industrial rentable.En este trabajo se ha realizado una búsqueda de materiales idóneos para la fotocatálisis, encontrando que el material que presenta las mejores características es el TiO2 en su forma cristalina anatasa. Aunque este material se prepara, en su gran mayoría, en forma de polvo, presenta un problema a posteriori a los procesos de catálisis, que es su recuperación. Por este motivo se han sintetizado capas delgadas de TiO2 sobre sustratos de vidrio y cuarzo mediante la técnica MOCVD. En este trabajo se han encontrado las mejores condiciones de preparación para obtener la mejor respuesta fotocatalítica. Paralelamente a la optimización de las condiciones de síntesis se han realizado estudios teóricos para comprobar los efectos del dopaje en el TiO2. La creación de vacantes de oxigeno en la estructura cristalina consigue la formación de una semibanda semiocupada cercana a la banda de conducción. Esto permite la promoción de electrones de esta semibanda a otras con una energía menor a la del gap, permitiendo la excitación a longitudes de onda dentro de la región del visible.Los experimentos con este tipo de material demuestran una absorción óptica en la región del visible. Estos datos vienen confirmados por los obtenidos por fotoconductividad.Las aplicaciones industriales que presenta este material bajo radiación visible son numerosas. En este caso se ha probado la fotodegradación de nonilfenol y dioxinas. / Nowadays, new environment requirements have produced a change in people social, political and economical mentality. Those changes are visible and reflected in social activities like local forum discussions organization such as Agenda 21, or the Forum Barcelona 2004, but also economical like the ISO14001 implementation.These are one of the reasons why, new scientific and technological efforts in waste water treatments or less contaminant energies processes are growing up. From all of them, one of the most promising processes is the heterogeneous photocatalysis because it can be use as degradation process but also to produce hydrogen which is the most promising energetic vector. This technology is based on the use of the light to produce redox reactions. Oxidation reactions are useful to degrade organic compounds and reduction reactions are able to obtain hydrogen from protons. The most important limitation of the photocatalysis is that standard catalysers require UV light as energy source. This kind of radiation represents only the 8% of the total energy from the sun. This low reaction yield makes this technique un-attractive to the industry.In the present work, TiO2, in its anatase form has been prepared as thin film by the MOCVD technique and its degradation properties have been characterised. In parallel to this work, theoretical studies have confirmed the effects of TiO2 auto-doping on the energy band-gap variation. Oxygen vacancies in the crystal structure have been found to produce the formation of a semi-occupied band next to the conduction band. This phenomenon permits electrons excitations by applying a radiation in the visible range.Optical measurements have confirmed the absorption in the visible range (about 500 nm) for understoichiometric TiO2-x thin films due to electron transitions from the new band. These values are confirmed by photoconductivity measurements.The film growth parameters have been studied in order to optimize the thickness, roughness, and composition to obtain the highest degradation activity in the visible range, obtaining an increase of 10% in the photodegradation rate. AFM studies have allowed to know how affect the growth to the surface and photodegradation rate. Photodegradation of nonylphenols and dioxins, which are classified as one of the most hazardous substances present in the environment for US and European authorities, have been tested using visible light. TiO2 films with no oxygen understoichiometry did no show photodegradation in the visible range.In the case of nonylphenol, the photodegradation reaction shows a 98% yield after 30 minutes. For dioxins, in the same time, was obtained a 40% yield of degradation. In both cases, no hazardous by-products were formed after catalytical degradation.

La química de coordinació del tecneci i reni té un rol important en el disseny i síntesi de nous radiofàrmacs per a medicina nuclear. Els compostos amb el radionucli 99mTc s'utilitzen rutinàriament en diagnosi per imatge gràcies a les seves propietats nuclears així com a la seva disponibilitat. Els complexos de reni són models estructurals dels complexos de tecneci ja que compostos homòlegs presenten propietats físiques i paràmetres de coordinació molt similars.En el present treball es presenta la síntesi de tres noves famílies de complexos amb aquests metalls:1) S´han portat estudis de coordinació amb tres nous lligands difosfina amb una estructura similar, però amb cadenes èter de diferent llargària I amb grups amb diferent càracter lipofílic. La reacció d'aquests lligands amb el complex de dioxoreni (V) [ReO2py4]Cl condueix a la formació del complexos trans-[ReO2L2]Cl. Totes les dades estan d'acord amb la coordinació del lligand difosfina, com a quelat, amb el fragment trans-ReO2. La reacció entre el precursor gluconat d'oxoreni (V) I els lligands difosfina també condueix a la formació d'idèntics complexos trans-[ReO2L2]+. Els resultats que es van obtenir amb els estudis de marcatge amb compostos de 99mTc són similars a aquells complexos de reni caracteritzats químicament, suggerint la formació d'espècies isostructurals. Els estudis de biodistribució amb rates evidencien la influència dels grups èter (redueixen l'activitat de fons a la sang i en el fetge) i el caràcter lipofílic (influència en l'acumulació en el cor).2) En el segon grup de complexos, es va emprar l'aproximació '3+1' per a preparar nous complexos aniònics de reni i tecneci. Aquests nous compostos aniònics podrien ser útils com a radiofàrmacs per al ronyó com a conseqüència de: a) la seva naturalesa aniònica, b) el seu baix pes molecular, c) les propietats de les mol-3cules petites que contenen grups sulfonat, els quals són substrats per al sistema renal de transport d'anions.Aquesta estratègia sintètica pot conduir a la formació de complexos amb la barreja de lligands monodentat/tridentat, essent el MESNA el tiol monodentat i HSCH2CH2SCH2CH2SH el lligand tridentat escollit. El 2-mercaptoetansulfonat de sodi (Coenzim M, MESNA) és un fàrmac de baixa toxicitat i múltiples aplicacions. El complex [ReO(S(CH2)2S(CH2)2S)(SCH2CH2SO3)]- va ser preparat per dues vies sintètiques diferents i l'estructura cristal·lina fou resolta mitjançant difracció de raigs X de monocristall. L'addició de MESNA i lligand tridentat sobre una solució que contenia el precursor de gluconat de 99mTc es va seguir mitjançant mètodes cromatogràfics, confirmant-se la formació d'una mescla de productes formada pel complex 3+1 de tecneci [99mTcO(S(CH2)2S(CH2)2S)(SCH2CH2SO3)]- i el complex amb el monotiol [99mTcO(SCH2CH2SO3)4]5-. La limitada solubilitat en aigua del complex 3+1 de reni permetria explicar l'alt rendiment obtingut en la síntesi amb reni en comparació amb el menor rendiment observat en la mateixa reacció amb complexos homòlegs de 99m-Tc. Posteriorment es van realitzar estudis anàlegs emprant fosfines sulfonades, enlloc del MESNA, com a lligand monodentat.3) Tot i que la majoria dels radiofàrmacs de 99mTc que s'empren rutinàriament estan fonamentats en el fragment Tc(V)-oxo, en els darrers anys els complexos tricarbonílics de Tc(I) i Re(I) han esdevingut de gran interès per a la seva potencial aplicació com a nous radiofàrmacs per a diagnosi i teràpia com a conseqüència de la seva estabilitat in vivo, ésser cinèticament inerts i tenir una mida reduïda. En aquest treball s´han utilitzat lligands bidentats amb grups sulfonats, així com lligands carbonil, per a assolir la síntesi de complexos que continguin grups polars però que siguin capaços de travessar barreres lipofíliques. La reacció d'aquests lligands bidentats amb el precursor [NEt4][Re(CO3)Br3] condueix a complexos fac-[Re(CO3)(L)Br]. Els resultat obtinguts amb els estudis de marcatge realitzats amb compostos de 99mTc són similars a aquells obtinguts amb els complexos homòlegs de reni que havien estat prèviament caracteritzats. / The coordination chemistry of technetium and rhenium plays an important role in the design and synthesis of new radiopharmaceuticals for nuclear medicine. Compounds with the radionuclide 99mTc are routinely used for diagnostic imaging due to their availability and to their nuclear properties. Rhenium complexes are structural models of the technetium complexes since the homologous compounds display very similar coordination parameters and physical properties.In the present work it has been reported the synthesis of three new families of complexes with these metals:1) Coordination studies have been performed with three new diphosphine ligands with similar structure, but with ether chains of different length and groups of different lipophilicity. The reaction of these ligands with the dioxorhenium(V) complex [ReO2py4]Cl led to the trans-[ReO2L2]Cl complexes. All the data agree with the formation of diphosphine complexes chelated to the trans-ReO2 unit. The reaction between the precursor oxorhenium (V) gluconate and the diphosphine ligands yielded the same trans-[ReO2L2]+ complexes. The results obtained in the labelling studies with the 99mTc compounds are similar to those of the chemically characterised rhenium complexess, suggesting the formation of isostructural species. Biodistribution studies with rats evidenced the influence of ether groups (reduce the background activity in the blood and liver) and the lipophylic character (influence on the uptake into the heart)2) In the second group of complexes, the '3+1' approach was used to prepare new anionic rhenium and technetium complexes. These new anionic complexes could be useful as kidney radiopharmaceuticals in view of: a) their anionic nature; b) their low molecular weight, c) the properties of small molecules with sulphonate groups, which are substrates for the renal anion transport system.This strategy approach can lead to tridentate/monodentate mixed ligand complexes with the monodentate thiol MESNA using an appropriate tridentate ligand such as HSCH2CH2SCH2CH2SH. Sodium 2-mercaptoethane sulphonate (Coenzyme M, MESNA) is a non-toxic drug with pharmaceutical applications. The anionic rhenium complex [ReO(S(CH2)2S(CH2)2S)(SCH2CH2SO3)]- was prepared by two different ways and the structure was solved by X-ray methods. The analysis by chromatographic methods of the reaction products after subsequent addition of MESNA and the tridentate ligand to the 99m-Tc gluconate precursor revealed the formation of a mixture of the 3+1 technetium complex [99mTcO(S(CH2)2S(CH2)2S)(SCH2CH2SO3)]- and the complex with the monothiol [99mTcO(SCH2CH2SO3)4]5-. The limited solubility of the 3+1 rhenium complex in water can explain the high yield obtained in the rhenium synthesis, in contrast with the lower yield observed in the same reaction with the homologous technetium-99m complexes. Sulfonated phosphines have also been tested as a monodentated ligand instead of MESNA.3) Although all routinely used 99mTc-radiopharmaceuticals are based on the Tc(V)-oxo core, in the last few years Tc(I) and Re(I) tricarbonyl complexes gained a considerable attention to produce new diagnostic and therapeutic radioharmaceuticals thanks to their kinetic inertia, small size and in vivo stability. In this work we have used bidentated ligands with sulfonated groups and carbonyl ligands to achieve the synthesis of complexes with polar groups and capable of traversing lipophylic barriers. The reaction of these bidentated ligands with the [NEt4][Re(CO3)Br3] precursor led to the fac-[Re(CO3)(L)Br] complexes. The results obtained in the labelling studies with the 99mTc compounds are similar to those of the chemically characterised rhenium.

El nitrógeno presenta propiedades electrónicas como polarizabilidad y electronegatividad, así como características cristaloquímicas -radios iónicos, índices de coordinación- muy próximas a las del oxígeno. Ello permite que ambos aniones puedan sustituirse mutuamente en las mismas posiciones cristalográficas, formando disoluciones sólidas. En este sentido nos podemos plantear diseñar nuevos edificios cristalinos de fases nitruradas de metales de transición que presenten estructuras similares a las de los óxidos con aplicaciones por sus propiedades magnéticas, catalíticas, conductividad electrónica o iónica, superconductividad, como materiales para baterías, como dieléctricos, ferroeléctricos, etc.El trabajo experimental realizado ha permitido aislar con éxito dos términos de una nueva familia de oxinitruros de Ruddlesden-Popper de estroncio y niobio. Ésta se formuló como un intercrecimiento de n capas de tipo perovsquita que contienen un nitrógeno por capa [SrNbO2N] y una capa de tipo cloruro sódico [SrO], es decir [SrO][SrNbO2N]n. Dicha formulación inicial se realizó por analogía con los oxinitruros conocidos SrNbO2N y Sr2TaO3N, si bien se esperaba poder modificar el estado de oxidación formal del niobio desde +5 hacia valores inferiores mediante dopaje con metales electropositivos en la posición del estroncio, o por variación de la relación N/O, incluyendo la posible existencia de vacantes aniónicas. Se han obtenido como fases puras los términos n= 1 y n= 2 mediante la reacción:n+1 SrCO3 + n/2 Nb2O5 + n NH3 _ Srn+1NbnO2n+1Nn + 3n/2 H2O + (n+1) CO2Además de los términos n= 1 y n= 2 se han observado miembros de la familia con n= 3 y 4 como defectos extensos en imágenes de microscopía electrónica de alta resolución. Asimismo se ha podido preparar el nuevo compuesto Sr3Ta2O5N2 mediante un procedimiento análogo al de las fases de niobio, lo que teniendo en cuenta la existencia del término n= 1 (Sr2TaO3N), permite formular la familia homóloga de tántalo [SrO][SrTaO2N]n.El estudio de estas fases mediante difracción de electrones conduce al grupo espacial I4/mmm, que es el de más alta simetría de entre los observados en compuestos de tipo Ruddlesden-Popper.Hasta el momento, los oxinitruros preparados no presentan ninguna transición superconductora entre 300 y 4 K, ni carácter metálico. ¿Por qué los óxidos con valencia mixta d0-d1 suelen ser metálicos y los oxinitruros preparados no presentan este comportamiento? A priori parece que ambos tipos de compuestos deberían mostrar las mismas propiedades físicas ya que en los dos casos tenemos una ocupación parcial de las bandas del bloque t2g del metal y estas bandas deben presentar una buena deslocalización. Para entender mejor las propiedades de transporte en los oxinitruros preparados, y debido a que por otro lado, en los óxidos laminares con configuración electrónica d0 se plantea a menudo la posibilidad del dopaje para variar el estado de oxidación formal del metal de transición, se ha desarrollado un modelo cualitativo que permite la comprensión de las propiedades de transporte de sistemas laminares relacionados con la estructura perovsquita para contages electrónicos entre d0 y d1. Inicialmente se analiza la estructura electrónica correspondiente al caso hipotético de un sistema construido a partir de octaedros ideales y posteriormente se analizan distintos casos reales de estructuras con dos, tres y cuatro capas de octaedros en los que se estudia el efecto que tienen distintos factores cristaloquímicos sobre la naturaleza y la dispersión de las bandas.Este estudio nos aporta una herramienta muy útil para la predicción de la naturaleza de los niveles parcialmente ocupados que determinan las propiedades de transporte de este tipo de compuestos, conociendo su estructura y número de electrones. Asimismo, a partir de los resultados de este análisis podemos entender porque los oxinitruros preparados por el momento no presentan comportamiento metálico. / Nitrogen presents some properties like polarizability, electronegativity, ionic radii and coordination numbers quite similar to oxygen. This allows that both anions can be exchanged in the same crystallographic position, creating solid disolutions. Following this approach we can design the formation of new transition metal nitride compounds with analogous structures to their parent oxides. The substitution of oxygen by nitrogen will promote the modification of their physical properties (magnetic, catalytic, electronic or ionic conductivity, superconductivity, applications as dielectric materials, electrodes for batteries, ferroelectrics,...).The experimental work has allowed us to synthesize two members of the new family of Ruddlesden-Popper strontium niobium oxynitrides. This compounds consist of an intergrowth of n perovskite layers with one nitrogen per layer [SrNbO2N] and a layer of [SrO] with NaCl structure. So we have the general formula [SrO][SrNbO2N]n. This materials were prepared following the approach used for the already known SrNbO2N and Sr2TaO3N oxynitrides. With the aim of modifying the niobium oxidation state from +5 to lower values, we carried out some experiments in order to substitute the strontium for lanthanum and to change the N/O ratio. We have obtained as pure phases the members n= 1 and n= 2 following the reaction:n+1 SrCO3 + n/2 Nb2O5 + n NH3 _ Srn+1NbnO2n+1Nn + 3n/2 H2O + (n+1) CO2Apart from the n= 1 and n= 2 members we have observed the n= 3 and n= 4 phases as extended intergrowths in high resolution transmission electron microscopy images. We have also been able to synthesize the new compound Sr3Ta2O5N2 using the ammonolysis system. Since the n= 1 phase, Sr2TaO3N, had already been prepared, we could establish the new family [SrO][SrTaO2N]n.The space group I4/mmm was determined by electron diffraction. This group has the highest symmetry among the observed for the Ruddlesden-Popper phases.Up to now, the prepared oxynitrides are not metallic and magnetic measurements do not show any superconducting transition down to 4 K. Why the mixed valence oxides are often metallic and the prepared oxynitrides do not have this behaviour? It looks like both compounds would present the same physical properties since they have partial occupation of the t2g bands, and this bands would have a good delocalization. In order to understand the transport properties of the prepared oxynitrides and due to the current interest in the intercalation of alkali-metal cations in the layered oxide systems, we have developed a qualitative model that is useful to understand the transport properties of laminar perovskite related systems with electronic configurations d0-d1. In a first stage the electronic structure of an idealized system (regular octahedrons) is constructed. Then, several compounds with n= 2, n= 3 and n= 4 are analyzed. We have studied the effect of different factors on the nature and dispersion of the bands.With this study we have developed a really useful tool to predict the nature of the partially occupied bands that determine the transport properties of this type of compounds. We just need to know the crystal structure and the electron count. It has also been useful to understand the properties of the prepared oxynitrides.

Una primera part del treball es va basar en la purificació dels SWNTs impurs de partida (de l'empresa CarboLex). La caracterització d'aquest material per ATG va permetre determinar un contingut d'òxids metàl·lics (Ni/Y) d'un 40.7 % en pes; la relació d'àrees integrades del mode tangencial dels nanotubs i de formes desordenades de carboni de l'espectre Raman és d'11.6. Imatges de TEM permeten veure com els nanotubs coexisteixen de manera altament heterogènia amb formes desordenades de carboni i metalls. La distribució de diàmetres calculada tenint en compte les interaccions de Van der Waals és d'1.40 - 1.63 nm.Es va realitzar una primera purificació per tractament amb àcid. Les millors condicions experimentals trobades són 24 hores de reflux amb una concentració 1.00 mgNT/ml d'HNO3 2.6 M. La millor mostra té una puresa del 96.6 % en pes respecte els metalls i una relació d'àrees de 5.8 de proporció de nanotubs respecte formes desordenades de carboni.Es van realitzar tractaments tèrmics en oxigen a 300ºC posteriors al tractament àcid. Aquests van resultar sempre efectius en l'eliminació de formes desordenades de carboni, obtenint com a millor mostra una relació d'àrees de 21.4. No totes les mostres obtingudes tenien una relació d'àrees superior a la de la mostra impura, en canvi totes han augmentat el seu grau de puresa respecte a les corresponents tractades àcidament.Finalment es va realitzar un procés de recuit, en el buit a 1000 ºC amb diferents temps de reacció. No es va aconseguir realitzar un procés de recuit amb èxit, ja que en tots els casos la quantitat de formes desordenades de carboni presents a la mostra va resultar ser superior a la corresponent mostra no tractada. Una segona part es va basar en l'estudi de la funcionalització dels nanotubs de carboni per tal de purificar-los i solubilitzar-los. Es van assajar diferents vies de funcionalització amb amines aromàtiques (2-aminoantracè (aan)), alifàtiques (Octadecilamina (oda)) i fluorades (4-perfluorooctilanilina (pfa), 2,4-bis(perfluorooctil)anilina (pf2a) i la 1-H,1-H,-pentadecafluorooctilamina (foa)), basades en SWNTs producte de reaccions de formació del clorur d'àcid (Via 1 i via 3) o de tractaments àcids (Via 3 i via 4). La caracterització dels materials funcionalitzats obtinguts amb aminoantracè per les tres vies anomenades demostra que aquestes són finalment equivalents. Depenent de la basicitat d'aquestes amines, anàlisis d'XPS van permetre determinar:- Els SWNTs-oda tenen aquesta molècula quimioadsorbida en la superfície dels SWNTs. L'XPS dóna que l'energia d'enllaç del N1s de l'amina és de 399.4 eV, la qual coincideix amb el valor corresponent a una amida patró (399.2 eV). - En els SWNTs-amines polifluorades les amines no s'enllacen químicament als nanotubs sinó que estan fisiadsorbides o atrapades per interaccions febles a l'estructura d'aquests. L'XPS dóna que l'Eb N1s = 400.2 eV es correspon a l'Eb del N1s de l'amina patró (400.1 eV). - Els SWNTs-aan tenen part de l'amina quimioadsorbida sobre els nanotubs i part que no s'enllaça químicament. L'XPS mostra un pic que es pot resoldre amb dues gaussianes amb energies d'enllaç properes a 399 eV i 400 eV, les quals es poden assignar a la presència de l'aan enllaçat químicament via enllaç amida i aminoantracè no enllaçat. L'espectre d'emissió de les dissolucions de SWNT-aan presenten dues bandes (738.5 nm i 465 nm), les qual indiquen la formació de dues espècies químiques noves, i entre elles diferents, que emeten a longituds d'ona diferent de l'aan (483 nm en THF). La funcionalització dels nanotubs s'ha revelat com un bon mètode de solubilitzar o dispersar aquests materials en diferents dissolvents. / The first part of this work was done in the purification of SWNTs purchased at CarboLex. Material characterization by TGA enabled us to determine that there was 40.7 weight % of metal oxide (Ni/Y); integrated area ratio of carbon nanotubes tangential mode and disordered carbon in Raman spectrum was 11.6. In TEM images can be marked out nanotubes, metals and disordered carbon. Calculated diameter distribution (taking care of Van der Waals interactions in ropes) is 1.40-1.63 nm.The first purification treatment was an acid treatment. Results confirm metal elimination, and the optimal conditions found were reflux with nitric acid 2.6 M, 24 hours with a concentration 1.00 mgNT/ml d'HNO3. The best sample had 3.4 weight % of metal oxide and an area ratio of 5.8.Thermal treatments in oxygen and 300ºC were realized after the acid one. These ones removed disordered carbon, obtaining area ratio of purified nanotubes in the order of 21.4. Moreover, there were samples that do not reach the purity of raw material.Finally, we performed an annealing treatment at 1000ºC and vacuum at different reaction times. Unfortunately we could not make it successful because the quantity of disordered carbon was higher than the thermal purified ones.The second part of this work was based on carbon nanotubes functionalization for their purification and solubilization. Different synthesis routes were assayed: aromatic amines (2-aminoanthracene (aan)), aliphatic (Octadecilamine (oda)) and fluorated amines (4-perfluorooctilaniline (pfa), 2,4-bis(perfluorooctil)aniline (pf2a) and 1-H,1-H,-pentadecafluorooctilamine (foa)). These reactions were based on the formation of acyl chloride (way 1 and 3) or acid treatment (Way 3 and 4). Characterization of carbon nanotubes functionalized with aan allowed us to confirm that all the routes were equivalent. Depending on the amines basicity, XPS analysis allowed us to see that:- SWNTs-oda: oda molecule is chemisorbed in SWNTs surface. XPS analyses show that this amine has a binding energy of N1s 399.4 eV. This one corresponds to the value of the measured standard (amide) 399.2 eV. - SWNT-perfluorated amines: molecules are not covalent attached to nanotubes, they are physisorbed or trapped into ropes by weak interactions. XPS analyses show that this amine has a binding energy of N1s 400.2 eV. This one corresponds to the value of the measured standard (amine) 400.1 eV. This can be explained due to the low basicity of the fluorated amines.- SWNT-aan: this amine is partially chemisorbed and partially physisorbed. XPS analyses show one band which is formed by two Gaussian peaks with binding energies near 399 eV and 400 eV. Each one corresponds to the aan covalent attached to nanotubes and to aan adsorbed to the surface. Emission spectrum of soluble SWNT-aan shows two peaks (738.5 nm and 465 nm) different from the free aan (438 nm in THF). These ones can be understood as two different and new species formed. We can state that nanotubes functionalization is a good way for the solubilization or dispersion of these materials in different solvents.

Extractos de plantas de la familia Stemonoacea son ricos en compuestos conocidos como alcaloides de Stemona y han sido ampliamente utilizados dentro de la medicina natural de China y Japón para el tratamiento de enfermedades respiratorias tales como la bronquitis y la tuberculosis, así como contra enfermedades parasitarias. Los alcaloides de Stemona son policíclicos y la gran mayoría incorporan en su estructura un esqueleto de 1-azabiciclo[5.3.0]decano así como uno o más anillos de alfa-metil-gamma-butirolactona. Hasta el momento se han sintetizado 13 de ellos, pero la mayoría de síntesis son largas, complejas y con bajos rendimientos. En nuestro grupo de investigación se inició hace algunos años un proyecto dirigido a la síntesis de algunos alcaloides de Stemona, utilizando como paso clave una reacción de cicloadición 1,3-dipolar entre una nitrona cíclica de 5 miembros y un éster alfa,beta-insaturado de 6 átomos de carbono convenientemente funcionalizado. A partir de un intermedio azabicíclico común se pretende llegar a distintos alcaloides del grupo Stemoamida (que presentan un anillo de lactona fusionado al sistema azabicíclico) y Tuberostemospiromina (que presentan un anillo de lactona unido de forma espiránica). Con este objetivo se ha sintetizado una nueva nitrona enantioméricamente pura y a escala multigramo como intermedio clave para la síntesis de los alcaloides. A partir de esta nitrona se han obtenido intermedios azabicíclicos sobre los que se ha ensayado la formación del anillo de lactona espiránico presente en los alcaloides del grupo Tuberostemospironina, y más concretamente los alcaloides stemospironina y stemonidina. La síntesis de stemospironina continúa actualmente en estudio, habiéndose obtenido intermedios cuyos centros estereogénicos presentan la misma configuración relativa que el alcaloide. Paralelamente, teniendo en cuenta la disyuntiva patente en la literatura sobre la existencia del alcaloide stemonidina, se han llevaron a cabo estudios dirigidos a la síntesis de este alcaloide. Tanto la lactona espiránica como la que se encuentra como sustituyente del anillo de pirrolina se construyeron mediante una reacción tipo Reformasky sobre una cetona y un aldehído, respectivamente. A partir de los resultados obtenidos podemos concluir que la estructura asignada a stemonidina es equívoca y que, muy probablemente, el alcaloide es en realidad stemospironina. / Extracts of plants of the Stemonoacea family are rich in compounds known as alkaloids Stemona and widely have been used within the natural medicine of China and Japan for the treatment of respiratory diseases such as the bronchitis and the tuberculosis as well as against parasitic diseases.The alkaloids of Stemona are polyciclic and the great majority incorporates in their structure a skeleton of 1-azabicyclo[5.3.0]decane as well as one or more ring of alpha-metil-gamma-butirolactona. Until the moment the total synthesis of 20 of them has been published, but most of synthesis they are long, complex and with low yields. In our group of investigation a project directed to the synthesis of some alkaloids of Stemona began some years ago, using like step nails a reaction of 1,3-dipole cicloaddicion between one nitrone of 5 members and a ester alpha, beta-insaturate of 6 carbon atoms properly functionalised. From an azabicyclic intermediate it is tried to arrive at different alkaloids from the group Stemoamide (that presents a ring of lactona fused to the azabicyclic system) and Tuberostemospiromine (that present a united ring of spiro-lactona form). With this objective nitrona enantiomeric pure and on scale has been synthesized how intermediate key for the synthesis of the alkaloids. From this nitrone intermediate azabicyclic have been obtained on which the formation of the ring of spiro-lactone has been tried present in the alkaloids of the Tuberostemospironina group. We carried out the preparation of the precursory epoxide of the ring of lactone with good diastereoselectivity, being stated that the conformation adopted by the oxirane makes difficult the formation of corresponding lactone. Considering the greater accessibility of the convex face of the azabicyclic system, we decided to modify the synthetic strategy taking advantage of this characteristic, obtaining itself intermediate advanced whose estereogenic centers present the same relative configuration that the stemospironine alkaloid. Parallelly, considering the disjunctive patent in Literature on the existence of the stemonidina alkaloid, directed studies were carried out to the synthesis of this alkaloid. As much spiro-lactona as the one that is as group of the pirrolina ring were constructed by means of a reaction of Reformasky on a ketone and an aldehyde, respectively. From the obtained results we can conclude that the assigned structure to stemonidina is ambiguous and that, more likely, the alkaloid is in fact stemospironina.

Aquesta Tesi Doctoral s'ha basat en el disseny de materials moleculars nanoporosos i magnètics. En aquest sentit, s'ha dissenyat una nova estratègia sintètica enfocada a l'obtenció de materials híbrids metal·lorgànics que combinin canals de grans dimensions i propietats magnètiques interessants. Fins aleshores, el disseny d'un material d'aquestes característiques presentava certes contradiccions sintètiques, fet que provocava que la seva síntesi resultés molt complicada. No obstant, la introducció, per part del nostre grup, d'una variació consistent en l'ús de lligands amb caràcter paramagnètic ha permès obtenir diversos materials amb ambdues característiques.Un primer material molecular nanoporós i amb ordenament magnètic (designat com a MOROF-1, metal-organic radical open-framework) s'ha sintetitzat utilitzant un ió metàl·lic com el coure(II) i un radical perclorotrifenilmetílic trifuncionalitzat amb tres grups carboxílics (D. MASPOCH, NATURE MATERIALS, 2002, 2, 190). Aquest compost presenta unes característiques nanoporoses realment interessants. Les dimensions dels seus canals són d'aproximadament 3 nm. A més, la desorpció i absorció de molècules de dissolvent (etanol o metanol) provoca uns canvis estructurals sorprenents: el materials té un comportament semblant al d'una esponja molecular; conferint-li unes bones característiques per poder actuar com a sensor de dissolvents com el metanol i etanol. A més, aquesta estructura altament porosa s'ordena ferromagnèticament a baixes temperatures. Aquest material també ha vingut acompanyat de dos nous materials, tots ells amb interessants propietats poroses i magnètiques. El material MOROF-2 (D. MASPOCH ET AL., CHEM COMMUN., 2004, 1164) es defineix com un sòlid paramagnètic amb una topologia arquitectònica inèdita fins ara i amb uns canals helicoidals. Altrament, el material MOROF-3 novament s'ordena magnèticament i també presenta una porositat important.Per altra banda, l'ús d'aquest radicals com a blocs moleculars paramagnètics enllaçats per ponts d'hidrogen també ha permès l'obtenció dels primers materials moleculars purament orgànics porosos i magnètics, els quals són estables en absència de dissolvent pressenten una estabilitat tèrmica elevada (275º©). Aicí, l'empaquetament del radical PTMDC forma un material molecular paramagnètic (POROF-1) amb una estructura composta d'uns nanocontenidors moleculars hidrofòbics de fins a 1 nm de diàmetre connectats a través de finestres hidrofíliques de 5 Å (D. MASPOCH ET AL., J. AM. CHEM. SOC., 2004, 126, 730) . D'altra banda, el radical PTMTC forma un segon material purament orgànic porós (POROF-2), el qual s'ordena magnèticament (D. MASPOCH, ANGEW. CHEM. INT. ED., 2004, 43, 1828).S'ha demostrat doncs la viabilitat de l'ús d'aquests nous materials moleculars porosos i magnètics com a materials de partida per la formació de materials moleculars multifuncionals. Aplicant aquesta aproximació, s'ha aconseguit sintetitzar un materials molecular porós que combina canals formats per parets amb diversos grups quirals i propietats magnètiques d'interès. / This thesis has mainly focused on the design of nanoporous and magnetic molecular materials. In this way, in our group, we have designed a new synthetic strategy for the obtaining of hybrid metal-organic materials that could combine large nanopores and interesting magnetic properties. Up to now, the design of this kind of materials shows some synthetic contradictions. However, the recently introduction of paramagnetic ligands in our group has allowed the obtaining several materials that show both characteristics.A first nanoporous molecular ferromagnet (referred as MOROF-1, Metal-Organic Radical Open-Framework) has been synthesized by the use of a paramagnetic metal ion such as Cu(II) and a perclorotrifenilmethyl radical trifucntionalized with three carboxylic functions (D. MASPOCH, NATURE MATERIALS, 2002, 2, 190). This material shows a really interesting nanoporous characteristics. The dimensions of their channels are around 3 nm. Furthermore, the desorption and absorption of solvent molecules (ethanol or methanol) produces surprising structural changes: this material shows a similar behavior of that a molecular sponge; giving an excellent characteristics to behave as a sensor for solvents such as ethanol or methanol. Furthermore, this highly porous structure shows a magnetic ordering at low temperatures.This material has been accompanied by two new materials, both with interesting porosity and magnetic properties. MOROF-2 (D. MASPOCH ET AL., CHEM COMMUN., 2004, 1164) is a paramagnetic solid with a new topology and helicoidal channels. Moreover, MOROF-3 also shows a magnetic ordering and a highly porosity characteristic. On the other hand, the use of this radicals as paramagnetic organic building-blocks linked by hydrogen-bonds has allowed the design of the first purely organic nanoporous and magnetic materials, which are stable in absence of solvent molecules and are stable at high temperatures (275 ºC). Thus, the proper packing of PTMDC radical forms a paramagnetic molecular material (POROF-1) with a structure composed by hydrophobic nanocontainers of 1 nm connected by narrow hydrophilic windows of 5 Å (D. MASPOCH ET AL., J. AM. CHEM. SOC., 2004, 126, 730). Furthermore, PTMTC radical forms a second purely organic material (POROF-2), which are magnetically ordered (D. MASPOCH, ANGEW. CHEM. INT. ED., 2004, 43, 1828).It has been also showed the possible use of this new nanoporous and magnetic molecular materials for the formation of new multifunctional molecular materials. With this aim, a new porous materials that combines channels covered by chiral groups and interesting magnetic properties has been obtained.

La urolitiasis es una enfermedad común, que afectará al 12% de la población de la Unión Europea a lo largo de su vida, caracterizada por una alta prevalencia e incidencia, alta morbilidad y altas tasas de recurrencia. Hoy en día, se acepta un origen multifactorial para el proceso litógeno: el fenómeno central corresponde a la sobresaturación de diversos compuestos en orina que pueden cristalizar formando concreciones sólidas, influenciado por la escasez de inhibidores de la cristalización, la presencia de promotores de la precipitación y factores morfoanatómicos del aparato urinario.Las tasas de recurrencia a cinco años se sitúan entre el 44-75%, independientemente que el episodio litiásico se resuelva espontáneamente o mediante intervención urológica. Este hecho es debido a la persistencia de la alteración urinaria responsable de la formación del cálculo. Estas alteraciones son susceptibles de diagnóstico a través de la caracterización del cálculo y de la orina del paciente, y de tratamiento por modificaciones dietéticas o tratamiento farmacológico, disminuyendo así la agresividad de la enfermedad y, consecuentemente, el número de recurrencias. En el momento presente, los esfuerzos principales en el campo de la urolitiasis deberían dirigirse a reducir las tasas de incidencia y recurrencia de la enfermedad, especialmente si tenemos en cuenta los menores costes asociados a los tratamientos profilácticos y la prevención de la enfermedad en relación con los métodos de extracción de cálculos. En este sentido, se requiere un mejor conocimiento de la etiología litiásica y una mejor eficacia en el diagnóstico de las alteraciones litógenas. Bajo este contexto, los principales objetivos de la presente tesis incluyen el desarrollo de metodologías analíticas eficientes para la determinación de marcadores litógenos, la caracterización de las fluctuaciones diarias y estacionales de la composición urinaria en relación al riesgo litógeno y el efecto de varias sustancias químicas (y sus mezclas) sobre la cristalización de oxalato cálcico.Desarrollo de metodologías simples para el análisis de marcadores litógenosLa evaluación adecuada de anormalidades urinarias en pacientes litiásicos es vital para el diagnóstico y tratamiento de la urolitiasis. Por tanto, el desarrollo de métodos analíticos más eficientes para la determinación de marcadores litógenos es crucial para la caracterización adecuada de la urolitiasis, especialmente si tenemos en cuenta los conocidos inconvenientes prácticos de algunos de los métodos existentes. Además, algunos parámetros urinarios (por ejemplo, fitato y pirofosfato) no son analizados de manera rutinaria, probablemente debido a la escasez de metodologías eficientes para su determinación, a pesar de que su conocimiento puede ser de valor para propósitos de diagnóstico y tratamiento de la enfermedad. En este sentido, se identificó una necesidad de metodologías analíticas eficientes que ofrezcan información relevante sobre el manejo de la urolitiasis. La investigación en este campo se centró en 6 marcadores litógenos: oxalato, citrato ácido úrico, creatinina, fitato y pirofosfato. Los principales limitaciones asociadas a las metodologías existentes para estos analitos incluyen su carácter monocomponente, largos y tediosos tratamientos de muestra (requiriendo a menudo etapas como dilución, filtración, centrifugación, ajuste de pH, incubación, purificación, hidrólisis, derivatización...) con consecuentes largos tiempos de análisis, falta de especificidad o la necesidad de componentes especiales (enzimas) que pueden resultar caros en algunos casos (oxalato). El desarrollo de métodos más eficientes, con carácter multicomponente y, por tanto, de mayor rapidez incluyó un método para el análisis de metabolitos urinarios (oxalato, citrato, ácido úrico y creatinina) mediante la electroforesis capilar de zona y un método para la determinación de fitato y pirofosfato en orina mediante la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente. Los parámetros de validación fueron evaluados en ambos casos, indicando rangos lineales y límites de detección adecuados, ausencia de interferencias y buena exactitud y precisión, demostrando, por tanto, su aplicabilidad en el campo clínico. Las principales ventajas de estos métodos (facilidad de tratamiento de muestra, bajos requerimientos de reactivos y muestra, capacidad de análisis multicomponente, cortos tiempos de análisis y alta capacidad de tratamiento de muestra) hacen posible su implementación en laboratorios clínicos para un mejor diagnóstico de la enfermedad litiásica, siendo el principal inconveniente la limitada disponibilidad de la instrumentación requerida en laboratorios clínicos.Caracterización de fluctuaciones diarias y estacionales del riesgo litógenoEn la segunda parte de esta tesis, el estudio de las fluctuaciones diarias y estacionales de la composición urinaria reveló importantes variaciones temporales, produciendo picos relevantes de riesgo incrementado de cristalización patológica de oxalato cálcico. En este sentido, la identificación de periodos de riesgo incrementado de litogénesis es de interés en diseño de tratamientos terapéuticos, encaminados a reducir la sobresaturación urinaria o incrementar la capacidad inhibidora de la orina, mediante cambios dietéticos o tratamiento farmacológico en la etapa en que pueden ser más efectivos. En relación con el curso circadiano, se encontraron fluctuaciones significativas en el sistema sobresaturación / promoción / inhibición de la orina, de especial relevancia en algunos parámetros íntimamente relacionados con la litiasis (volumen/h, calcio, oxalato, magnesio y fitato), que conducen a una variación del riesgo litógeno durante 24 horas. Se identificó un periodo de riesgo incrementado para la cristalización de oxalato cálcico durante el periodo de descanso nocturno, indicando, por tanto, que la orina de 24 horas no refleja de manera apropiada las propiedades de cristalización de la orina. Además, la aplicación de herramientas de análisis multivariable (análisis en componentes principales y análisis de conglomerados jerarquizados) a las orinas de 24-horas fraccionadas reveló que las orinas nocturnas pueden ser diferenciadas de la diurnas en función de su litogenicidad, indicando además cierta homogeneidad en la composición urinaria de dichas muestras. Ambos factores, litogenicidad naturalmente incrementada durante la noche y homogeneidad en la composición urinaria, sugieren que las orinas nocturnas pueden representar un espécimen más adecuado para la evaluación del riesgo de cristalización de oxalato cálcico.Con respecto a la fluctuación de la composición estacional de la orina, se encontraron variaciones remarcables que indican un mayor riesgo de cristalización de oxalato cálculo durante el periodo estival, provocado por una disminución de la diuresis, un aumento de la sobresaturación y la ausencia de una capacidad inhibidora incrementada. Estos resultados indican una necesidad de mantener unos niveles de hidratación adecuados durante el verano, así como incrementar la capacidad inhibidora de la orina por cambios dietéticos o tratamiento farmacológico en aquellos pacientes con gran riesgo de recurrencia. Efecto de varias sustancias (y sus mezclas) sobre la cristalización de oxalato cálcicoEn la tercera parte de esta tesis, se estudió el efecto de múltiples sustancias (y sus mezclas) sobre la cristalización de oxalato cálcico. Se utilizó un ensayo de riesgo litógeno para seguir la cristalización de oxalato cálcico en muestras de orina artificial en presencia de diversas sustancias (fitato, pirofosfato, citrato, sulfato de condroitina y algunos metales traza como Zn2+, Fe3+, Cu2+, Sn2+, Pb2+, Al3+, Ni2+, Cd2+ y Mn2+), los cuales fueron ensayados en concentraciones fisiológicas. Algunas sustancias como fitato, pirofosfato, citrato y sulfato de condroitina demostraron su capacidad para reducir la cristalización de oxalato cálcico, tanto en muestras de orina artificial como orina natural litógena. Además se examinó la existencia de interacciones relevantes entre estas sustancias y sus efectos sobre la inhibición de la cristalización de oxalato cálcico, indicando que dichas interacciones entre los inhibidores y los cristales incipientes en orina pueden resultar en efectos sinérgicos, aditivos o negativos sobre la cristalización de oxalato cálcico. Los efectos sinérgicos se producen cuando sustancias con gran afinidad por el calcio (por ejemplo, mezclas de fitato y pirofosfato) son adsorbidos selectivamente sobre los sitios activos de cristalización de oxalato cálcico, distorsionando la superficie cristalina de manera más efectiva que el mero efecto aditivo de los inhibidores individuales. Los efectos negativos tienen lugar cuando una sustancia con gran afinidad por el calcio (fitato) se encuentra en presencia de altas concentraciones de otra sustancia con menor afinidad (citrato), resultando en un desplazamiento efectivo del primero de los sitios activos de cristalización de oxalato cálcico, disminuyendo así la inhibición total por debajo del efecto aditivo esperado. Finalmente, los efectos meramente aditivos parecen tener lugar cuando las sustancias involucradas en el proceso de inhibición tienen afinidades similares por los sitios activos de cristalización de oxalato cálcico y/o están presentes en orina en concentraciones que no exceden considerablemente entre ellas.Como consecuencia de los efectos relatados, puede concluirse que la capacidad inhibidora de la orina no puede ser asignada a la capacidad inhibidora de cada sustancia individual, sino también a las posibles interacciones entre estas sustancias en el medio complejo que constituye la orina, conteniendo cristales incipientes. En este sentido, las posibles abundantes interacciones de estas sustancias con otros componentes de la orina (formación de complejos, precipitación, quimisorción sobre la superficie cristalina, desplazamiento de la superficie cristalina...) pueden determinar la incapacidad de una determinada sustancia para influir sobre el desarrollo de una sal insoluble. Por ejemplo, las interacciones de concentraciones fisiológicas de citrato con el fitato urinario, pueden limitar la alta capacidad inhibidora potencial de éste, con la consiguiente desventaja en la prevención de la cristalización de oxalato cálcico. Por otro lado, se demostró que concentraciones fisiológicas de metales traza en orina no tienen una influencia significativa sobre la cristalización de oxalato cálcico. En este sentido, el catión Fe3+, que es el único metal traza que exhibe una alta capacidad inhibidora en concentraciones fisiológicas, es probablemente incapaz de actuar como inhibidor potente en presencia de concentraciones fisiológicas de citrato, como consecuencia del efecto negativo producido por mezclas de citrato y Fe3+, debido a la formación de complejos estables en solución sin actividad inhibidora. Dado el escaso conocimiento de estas interacciones, podemos afirmar que investigaciones futuras en este campo pueden contribuir a un mejor diseño de los tratamientos profilácticos basados en inhibidores. Evaluación de la orina nocturna como espécimen más apropiado para el estudio de la urolitiasisFinalmente, se llevó a cabo una evaluación preliminar de la eficacia del diagnóstico de alteraciones litógenas por parte de la orina nocturna, utilizada como espécimen urinario alternativo para el estudio de la urolitiasis. En este sentido, el principal objetivo de este trabajo fue obtener un esquema simplificado para un primer diagnóstico simple y exacto de alteraciones litógenas, superando, además, algunas de las limitaciones de los actuales esquemas basados en orinas de 24 horas. Así, las orinas nocturnas permitieron discriminar de manera efectiva los principales factores litógenos de la litiasis oxalocálcica, relacionados principalmente con la deficiencia de la capacidad inhibidora de la orina (bajas concentraciones de fitato, pirofosfato y citrato) para la litiasis de oxalato cálcico monohidrato y elevados valores de pH urinario y calciuria para la litiasis de oxalato cálcico dihidrato. Así, las orinas nocturnas parecen representar un espécimen urinario más apropiado para la evaluación del riesgo litógeno, pudiendo simplificar las investigaciones metabólicas en pacientes litiásicos, dada su fácil implementación en la práctica clínica. Las ventajas de la utilización de este espécimen hacen referencia a la mayor representatividad en relación con el riesgo litógeno y la facilidad de recogida de la muestra urinaria por parte del paciente. En este sentido, la implantación del análisis de la orina nocturna como herramienta de estudio rutinario de la litiasis requiere todavía una serie de estudios complementarios (actualmente en desarrollo), encaminados a establecer los nuevos valores de referencia para los factores litógenos, a extender el estudio a los otros principales tipos de litiasis (fosfatos cálcicos y ácido úrico) y a comparar la capacidad diagnóstica de las orinas nocturnas con el espécimen de orina de 24 horas. Las diferentes contribuciones de esta tesis pueden contribuir a un mejor conocimiento de la etiología litiásica y a un mayor eficacia del diagnostico de las alteraciones litógenas. Ambos factores pueden permitir aumentar la eficacia de la evaluación y seguimiento de la urolitiasis, con el objetivo final de reducir las tasas de recurrencia por adopción de las medidas preventivas más adecuadas. / Urolithiasis is a common disease, which will affect 12% of the European Union population along their life, characterized by high prevalence and incidence, high morbidity and high rates of recurrence. Nowadays, multifactorial origin is accepted for the lithogenic process: the main phenomena is the supersaturation of several compounds in urine that might crystallise forming solid concretions, influenced by the scarcity of crystallization inhibitors, the presence of crystallization promoters and morphoanatomic factors of the urinary tract. The recurrence rate during five years lies between 44-75%, independently that the lithiasic episode is being solved spontaneously or by urologic intervention. This fact is due to the persistence of the urinary alteration which causes the renal stone formation. Such alterations are susceptible to be diagnosed by calculi and urine characterization and treated by dietetic modifications, pharmacological treatment or both, decreasing the aggressiveness of the disease and, consequently, the number of recurrences.At the moment, main efforts in the urolithiasis field should be addressed to reduce incidence and recurrence rates, especially if we consider the lower costs associated to prophylactic treatments and prevention of this disease against to those of calculi extraction. In this sense, better understanding of lithiasic etiology and better efficacy in the diagnosis of lithogenic alterations are required to increase efficacy in the prevention of urolithiasis. Under this context, the main objectives of the present thesis include the development of efficient analytical methodologies for urolithiasis markers, the characterization of diary and stational fluctuations in urinary composition regarding lithogenic risk and the effect of various chemical substances (and its mixtures) on calcium oxalate crystallization. Development of simple analytical methodologies for urolithiasis markersAccurate evaluation of urinary abnormalities in lithiasic patients is known to have vital importance in the reliable diagnosis and treatment of urolithiasis. Thus, the development of more efficient analytical methodologies for urolithiasis markers is crucial for the accurate characterization of urolithiasis, especially if we consider the well-known drawbacks of some existing analytical methods. Moreover, some urinary parameters (i.e. phytic acid and pyrophosphate) are not routinely analysed probably because of the scarcity of efficient methodologies for their determination, despite its knowledge is most valuable for diagnostic and treatment purposes. In this sense, a need for efficient analytical methodologies offering relevant information for urolithiasis management was identified.Research in this field has been focused on 6 urolithiasis markers: oxalate, citrate, uric acid, creatinine, phytic acid and pyrophosphate. Main drawbacks associated to existing methodologies for these analytes include individual determination, large and tedious sample treatment (often requiring dilution, filtration, centrifugation, pH adjusting, incubation, purification, hydrolysis, derivatization.) with consequent large times of analysis, lack of specificity or the need of especial component (enzymes) which could be rather expensive in some cases (oxalate). The development of more efficient, multicomponent and, thus, faster analytical methodologies involved a method for analysis of urinary metabolites (oxalate, citrate, creatinine and uric acid) by capillary zone electrophoresis and a method for the determination of phytic acid and pyrophosphate in urine by inductively coupled plasma mass spectrometry. Validation parameters were evaluated in both cases, indicating appropriate lineal ranges and limits of detection, lack of interferences and good accuracy and precision, thus, demonstrating their applicability. Main advantages of these methods (ease of sample treatment, low requirements of reagents and sample amounts, multicomponent analysis capabilities, short times of analysis and high sample throughput, adequate accuracy and precision.) make feasible its implementation in clinical laboratories for a better diagnosis of urolithiasis illness, being the main associated drawback the limited (but increasing) availability of the required instrumentation.Characterization of diary and stational fluctuations in lithogenic riskIn the second part of this thesis, the study of the diary and stational fluctuations of urinary composition revealed important temporal variations producing relevant peaks of increased risk for the pathologic crystallization of calcium oxalate. In this sense, the identification of periods with increased risk of lithogenesis is of interest in the therapeutic treatment design, by trying to reduce the supersaturation of urine or to increase the inhibitory capacity of given urine by dietary changes of pharmacological treatment at a stage when they could be more effective.With respect to circadian course, relevant fluctuations in the supersaturation / promotion / inhibition system for crystallization in urine, related with some of the urolithiasis-related measured urinary parameters (volume/h, calcium, oxalate, magnesium, phytic acid) were found, leading to a variation on the lithogenic risk during 24 hours. An increased risk period for calcium oxalate crystallization was identified at the nocturnal rest period, thus indicating that 24-hour urines do not reflect properly the crystallization properties of urine. Moreover, application of multivariate statistical analysis (PCA and HCA) to fractionated 24-h urines revealed that nocturnal urines can be differentiated from the diurnal ones by their lithogenecity, also indicating some homogeneity in urinary composition of such samples. Both facts, lithogenecity naturally increased at night and homogeneity in urinary composition, suggested that analysis of nocturnal urines can represent an objective for more appropriate evaluation of calcium oxalate lithogenic risk. With respect to stational fluctuation in urinary composition, remarkable variations were found indicating an increased risk of calcium oxalate crystallization in the summer period, provoked by both a decrease in diuresis with an associated increased supersaturation and a non-increased inhibitory capacity. These results indicate the need for both maintaining adequate hidratation levels during the summer and increasing the inhibitory activity of urine by dietary changes or pharmacological treatment in those patients with higher risks of recurrence.Effect of various substances (and its mixtures) on calcium oxalate crystallizationIn the third part of this thesis, the effect of several substances (and its mixtures) on calcium oxalate crystallization were studied. A test of urinary lithogenic risk was used to follow the crystallization of calcium oxalate from artificial urine in presence of several substances (phytate, pyrophosphate, citrate, chondroitin sulphate and some trace metals including Zn2+, Fe3+, Cu2+, Sn2+, Pb2+, Al3+, Ni2+, Cd2+ y Mn2+), which were assayed in physiological concentrations. Several substances such as phytate, pyrophosphate, citrate and, chondroitin sulphate were proved to significantly decrease the calcium oxalate crystallization, both in artificial and natural lithogenic urines. However, the existence of relevant interactions between these substances and their effect on modulating the inhibition capacity of calcium oxalate crystallization were also examined, indicating interactions between different urinary inhibitors of calcium oxalate crystallization and incipient crystals in urine can result either in synergic, additive or negative effects on the overall inhibition of insoluble urinary salts. Synergistic effects occur when substances with high affinity for calcium (i.e. phytate + pyrophosphate mixtures) are selectively adsorbed on actives sites of calcium oxalate crystallization, disturbing the crystal surface more effectively than the mere additive effect of the individual inhibitors. Negative effects take place when a substance with high affinity for calcium (i.e. phytate) is in presence of high amounts of another substance with lower affinity (i.e. citrate), resulting in a effective displacement of the former from actives sites of calcium oxalate crystallization, thus decreasing the overall inhibition below the expected additive effect. Finally, merely additive effects seem to occur when the substances involved in the inhibition have similar affinities for actives sites of calcium oxalate crystallization and/or they are present in urine in concentrations that do not exceed considerably from each other. As a consequence of the related effects, it can be concluded that the crystallization inhibitory capacity of urine could not be assigned to the inhibitory capacity of each individual substance but also to the possible interactions between these substances in the complex media of urine containing incipient crystals. In this sense, the abundant likely interactions of this compound with other components of urine (complex formation, precipitation, chemisorption on crystal surface, displacement from crystal surface.) can determine the inability of a given substance to disturb the development of a specific insoluble salt. For example, the interactions of physiological concentrations of citrate with urinary phytate, can limit the high inhibitory potential of phytate, with the consequent disadvantage in prevention of calcium oxalate crystallization. On the other hand, physiological concentrations of trace metals in urine do not have a significant influence on calcium oxalate crystallization. In this sense, Fe3+, which is the unique trace metal that exhibit an intrinsic high inhibitory capacity of calcium oxalate crystallization at physiological concentrations, even increased by concomitant presence of phytate and pyrophosphate, is probably unable to act as a powerful inhibitor in presence of physiological concentrations of citrate, as a consequence of the negative effect produced for citrate and Fe3+ mixtures, due to the formation of highly stable complexes in solution without inhibitory activity.Because of the scarce knowledge of such interactions, further investigation in this concern will contribute to best assessment on designing prophylactic treatments with inhibitors. Evaluation of nocturnal urine as most appropriate urinary specimen for study of urolithiasisFinally, efficacy in the diagnosis of lithogenic alterations by the use of nocturnal urines as reference urinary specimen for study of urolithiasis was preliminary evaluated. In this sense, the main objective was to obtain a simplified scheme for a first simple and accurate diagnostic of urinary lithogenic alterations, also overcoming the known limitations of current schemes based on 24-hours urines. Nocturnal urines were able to effectively discriminate the main lithogenic factors of oxalocalcic lithiasis, mainly related to deficient inhibitory capacity (phytic acid, pyrophosphate and citrate concentrations) for calcium oxalate monohydrate and high urinary pH and high calciuria for calcium oxalate dihydrate. Thus, nocturnal urines can represent an objective for more appropriate evaluation of calcium oxalate lithogenic risk, that can be useful and suitable in diagnosing and monitoring of preventive therapy. This analysis, against the 24-hours urinalysis, can also simplify the necessary metabolic investigations in patients, being easy its implementation in clinical practice, with relevant advantages related to greater representativity with respect to lithogenic risk and easy of sample collection by the patient. In this sense, further study (now under development) is required before implementation of nocturnal urines for urolithiasis evaluation in order to establish new reference values for lithogenic risk assessment based on nocturnal urines, to extend the study to the other main kinds of lithiasis (phosphate and uric acid) and to compare the diagnostic power of nocturnal urines with respect to 24-hours specimens. The different contributions of this thesis could deserve for a better understanding of lithiasic etiology and better efficacy in the diagnosis of lithogenic alterations, both required to increase efficacy in the evaluation and monitorization of urolithiasis and to decrease incidence and recurrence rates by adoption of preventive measures.

El reconeixement molecular mitjançant mesures electroquímiques en una àrea d'investigació en ràpida expansió a cavall entre l'electroquímica i la química supramolecular. Actualment s'empren dues estratègies per tal de detectar la interacció entre el receptor i el substrat; extracció del substrat en membrana i detecció posterior del potencial d'aquesta (ISEs, CHEMFETs), o estudi de les pertorbacions electroquímiques induïdes pel substrat al receptor (receptors electroquímics).En la present Tesi Doctoral es descriu la síntesi de 18 macrocicles amb entorns donadors tous (N2S2) o molt tous (NS2P) de 12 i 14 baules amb cadenes alifàtiques llargues (estudis en ISES) i grups electroquímicament actius com el ferrocè (receptors electroquímics macrocíclics). En molts casos s'han optimitzat els processos de síntesis dels macrocicles, i és de destacar que en aquest treball s'ha pogut obtenir el primer bimacrocicle ferrocènic d'entorn N2S2 i el primer fosfamacrocicle ferrocènic d'entorn NS2P. Tots els macrocicles s'han caracteritzat amb profunditat mitjançant espectroscòpia RMN, espectroscòpia IR i espectroscòpia de masses.En la segona part del treball es realitza un estudi complet de la capacitat complexant dels macrocicles en front metalls de les sèries de transició per tal d'estudiar com afecta la mida y els àtoms donadors dels macrocicles en la capacitat coordinant d'aquests. Els metalls estudiats han estat el Cu(II), Ni(II) i Pd(II). Els complexos s'han caracteritzat, sempre que ha estat possible, mitjançant espectroscòpia RMN. En el cas dels macrocicles ferrocènics s'ha realitzat un estudi voltamperomètric profund mitjançant voltamperometria cíclica (CV) per tal d'estudiar les pertorbacions induïdes sobre el potencial E1/2 del parell redox Fc+/Fc en funció del metall de transició coordinat al macrocicle i així determinar la seva capacitat com a receptors electroquímics. Els metalls estudiats han estat el Cu(II), Ni(II), Pd(II), Zn(II), Cd(II), Hg(II), Fe(II), Co(II) i Pb(II).Finalment, en l'últim capítol, es mostren els estudis preliminars realitzats per tal de determinar la utilitat dels macrocicles amb cadenes alifàtiques com a ionòfors en ISE's. Un dels macrocicles estudiats millora el LPD (límit pràctic de detecció) envers el Cu(II) mostrat per altres ionòfors comercials (ionòfor de Cu(II) de FLUKA). / Electrochemical molecular recognition is a fast expanding research area at the interface of electrochemistry and supramolecular chemistry. Two strategies have been applied in order to detect electrochemically host-guest complex formation; extraction of a charged guest into a membrane and detection of the resultant membrane potential (ISE's, CHEMFET's), or study of the electrochemical disturbances induced to the receiver (electrochemical redox-receptors) by the substrate.In the present Doctoral Thesis, we have synthesised 18 macrocycles with soft (N2S2) or very soft (NS2P) donor environments with long aliphatic chains (studies in ISE's) and electrochemically active groups like the ferrocene (redox-receptors). In many cases the macrocyclic synthesis has been improved. It's necessary to highlight that we have obtained the first P-ferrocenylmethyl funcionalizated phosphorous macrocycle, and the first ferrocene- containing bimacrocyclic receptor with a N2S2 environment. All the novel compounds have been characterized using NMR, IR and MS spectroscopy.In the second part of the work a wide complexant study of the macrocycles have been carried out with transition metals. The studied metals have been the Cu(II), Ni(II) and Pd(II). The complexes have been characterized, whenever it has been possible, with spectroscopy NMR (1-D,2-D). In the case of the ferrocene-containing macrocycles we have studied with cyclical voltammetry (CV) the variation Fc+/Fc redox pair potential E1/2 of the free ligand induced by the presence of metals (Cu(II), Ni(II), Pd(II), Zn(II), Cd(II), Hg(II), Fe(II), Co(II), Pb(II)) to gauge its capacity as electrochemical receivers. Finally, in last chapter, we present the preliminary studies carried out in order to know the utility of the synthesised macrocycles with aliphatic chains as possible ionophores in ISE's. One of them shows a detection limit better than the showed by Cu(II) FLUKA commercial ionophore.

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