Mots clés : Lignines industrielles, lignosulfonate, techniques de caractérisation, groupes fonctionnels, formule expansée C9, réaction Mannich, réactivité envers le formaldéhyde, sites actives, dépolymérisation, hydroxymethylation, aldéhyde non toxique, glyoxale, adhésifs, pMDI, résine phenol-formaldehyde, analyse thermomécanique (TMA), bois, panneaux de particules, panneaux.Des adhésifs sans formaldéhyde ont été formulés à partir de lignine dépolymérisée en milieu alcalin. Ces adhésifs appliqués à des panneaux de particules ont permis d'obtenir des résultats qui dépassent les normes actuelles (IB>0,35MPa). L'étude à été menée en différentes étapes qui se résument ensuite.Dans un premier temps, cinq lignines industrielles d'origines différentes, en l'occurrence la lignine Kraft, le lignosulfonate, la lignine soude-antraquinone, la lignine organosolv et la lignine du procédé bioéthanol, ont été caractérisées par rapport à leur composition chimique et caractéristique structurelle. Concernant la détermination des groupements fonctionnels (hydroxyle phénolique, hydroxyle aliphatique, methoxyle, carbonyle, carboxyle y sulfonate), nous avons appliqué des méthodes statistiques aux résultats obtenus par plusieurs méthodes d´analyses de ces groupements fonctionnels et nous avons sélectionné les plus adéquats dans chaque cas. D'autre part, nous avons comparé toutes les lignines analysées du point de vue de leurs groupements fonctionnels. Parallèlement, nous avons établi pour la première fois la formule C9 la plus complète et représentative de chacune des 5 lignines étudiées. Enfin, l'éventuelle utilisation de ces lignines dans les adhésifs a été vérifiée, moyennant la détermination de la distribution de leur poids moléculaire et de leur réactivité envers le formaldéhyde.Quand ces lignines industrielles ont été caractérisées, nous nous sommes attachés à sélectionner le matériel adéquat pour leur éventuelle incorporation dans les adhésifs.En effet, la sélection du type de la lignine est basée principalement sur son prix et sa disponibilité. Sachant que le procédé organosolv est encore en phase de développement et que le procédé Kraft utilise la lignine comme un combustible et pour récupérer une partie des réactifs, les lignosulfonates restent les seuls disponibles en grandes quantités et à un prix compétitif suggérant la possibilité de les incorporés partiellement dans les adhésifs pour panneaux. Malheureusement, le lignosulfonate étudié présente une basse réactivité pour être utilisé sans modification dans la formulation des adhésifs destinés aux panneaux de particules.Ainsi, nous nous sommes attachés à améliorer la réactivité du lignosulfonate avec un procédé simple et facile à réaliser. Ce procédé consiste à dépolymériser la lignine en milieu alcalin permettant d'obtenir une lignine possédant de bonnes caractéristiques pour sa commercialisation comme un composé phénolique destiné à être utiliser dans les adhésifs pour panneaux. Cette lignine possède une concentration élevée en groupements hydroxyles phénoliques, un pourcentage élevé de protons aromatiques, un poids moléculaire bas ; d'où une augmentation de 55% de ces sites actives. Cette lignine est produite dans les conditions optimales à l'échelle laboratoire dans un réacteur en mode discontinu dotée d'une capacité de 10L et récupérée en forme solide moyennant un système de séchage par pulvérisation. Cette lignine dépolymérisée à été hydroxyméthylée en présence du formaldéhyde et du glyoxale dans la perspective de son incorporation dans les adhésifs pour panneaux.Ensuite, des adhésifs composés de lignine dépolymérisée et hydroxyméthylée ont été préparés, testés et appliqués à des panneaux d'usage extérieur. Ces adhésifs ont permis d'obtenir des panneaux de particules d'usage extérieur qui satisfait les spécifications standards internationales. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec des formulations utilisant une lignine dotée d'un poids moléculaire bas et d'une augmentation de sites actives en comparaison avec la lignine utilisée dans la passé qui possède un poids moléculaire élevé. Nous avons aussi obtenu des résultats acceptables correspondant à des temps de pressage très significatifs par rapport à la pratique industrielle.Finalement, des adhésifs basés sur l´utilisation de lignine dépolymérisé ont été préparés en substituant le formaldéhyde par un aldéhyde non volatile et non toxique, dénommé le glyoxale, testés et appliqués aux panneaux de particules. Ces adhésifs préparés ont résulté en une très bonne cohésion interne des panneaux de particules, dépassant aisément les spécifications standards internationaux pour panneaux d'usage extérieur. Ces adhésifs ont montré une bonne réactivité en produisant des panneaux dans des temps de pressage comparables à ceux générés par les adhésifs commerciaux basés sur l´utilisation du formaldéhyde. Enfin, nous avons optimisé le pourcentage d'adhésifs utilisés en fabriquant des panneaux possédant les caractéristiques requises pour usage extérieur. / PALABRAS CLAVES : Ligninas industriales, lignosulfonato, técnicas de caracterización, grupos funcionales, formula expandida C9, reacción Mannich, reactividad con el formaldehído, centros activos, despolimerización, hidroximetilación, aldehído no-tóxico, glioxal, adhesivos, pMDI, resina fenol-formaldehído, curado rápido, análisis termomecánico (TMA), madera, tableros de partículas, paneles.Se han formulado adhesivos a partir de lignina despolimerizada en medio alcalino libres de formaldehído. Estos adhesivos se han aplicado a tableros de partículas y han generado resultados (IB > 0.35) pasando las especificaciones estándar internacionales. Para lograr estos objetivos la investigación se ha desarrollado en diferentes etapas que se resumen a continuación.La caracterización de diferentes ligninas técnicas de cinco origines distintos tal como la lignina Kraft, el lignosulfonato, lignina sosa-antraquinona, lignina organosolv y la lignina del proceso bioetanol. Estas ligninas han sido caracterizadas para determinar sus composiciones químicas y sus características estructurales. En la determinación de sus grupos funcionales (hidroxilos fenólicos y alifáticos, metoxilos, carbonilos, carboxilos y sulfonatos) se ha comparado estadísticamente entre varios métodos analíticos permitiendo seleccionar los adecuados por cada grupo funcional. Se han comparado también entre todas las ligninas analizadas desde la perspectiva de sus grupos funcionales. Finalmente, se ha establecido por primera vez la formula expandida C9 más completa y representativa de cada lignina. Después, la caracterización se completó para determinar su potencial frente a su posterior incorporación en adhesivos determinando sus distribuciones de pesos moleculares y sus reactividades.Una vez se han caracterizado las diferentes ligninas técnicas surge la necesidad de seleccionar el material adecuado para su utilización en adhesivos. Así pues, la elección del tipo de lignina se basó en su precio y disponibilidad. Si se tiene en cuenta que los procesos organosolv todavía están en fase de desarrollo y que el proceso Kraft emplea dicha lignina como combustible en el proceso y para recuperar una parte de los reactivos, los lignosulfonatos serían los únicos disponibles en gran cantidad y a un precio capaz de hacer atractiva la posibilidad de incorporarlos parcialmente en adhesivos para paneles.Desafortunadamente, el lignosulfonato caracterizado presenta una baja reactividad para su utilización directa en adhesivos para paneles.Así, se ha conseguido mejorar la reactividad del lignosulfonato mediante un proceso simple.Este proceso consiste en despolimerizar la lignina en medio alcalino, permitiendo obtener una lignina de buenas características para su comercialización como un compuesto fenólico destinado a su incorporación en adhesivos para paneles. Esta lignina posee un elevado contenido de hidroxilos fenólicos, alto porcentaje de protones aromáticos, bajo peso molecular y presenta un incremento del 55% en sus sitios activos. Esto se traduce en su elevado grado de hidroximetilación. Se produjo una lignina con mejores características en las condiciones optimas a escala piloto en un reactor discontinuo, con una capacidad de 10L, y se recuperó en forma sólida de su medio acuoso utilizando un spray dryer a escala laboratorio. Esta lignina despolimerizada ha sido hidroximetilada en presencia de formaldehído y glioxal para su posterior incorporación en adhesivos.Los adhesivos basados en la utilización de lignina despolimerizada e hidroximetilada han sido preparados, caracterizados y se han aplicado a paneles de uso exterior. Estos adhesivos han permitido obtener tableros de partículas de uso exterior que satisfacen las especificaciones estándar internacionales. Se han obtenido mejores resultados con formulaciones basadas en el uso de lignina con bajo peso molecular y que presenta un incremento en sus sitios activos comparando a ligninas de alto peso molecular utilizadas en el pasado. Se han obtenido resultados aceptables a unos tiempos de prensado suficientemente significativos respecto a los usados industrialmente.Finalmente, se han preparado y ensayado adhesivos basados en la utilización de lignina despolimerizada, sin formaldehído en su preparación y que se ha sustituido por un aldehído no volátil y no tóxico denominado glioxal, para aplicarlos a tableros de partículas. Los adhesivos preparados han generado una buena cohesión interna de los tableros de partículas pasando las especificaciones estándar internacionales para paneles de uso exterior. Estos adhesivos muestran suficiente reactividad para generar paneles en tiempos de prensado comparables a los de adhesivos comerciales preparados con el formaldehído.Se ha optimizado el porcentaje de adhesivo utilizado generando tableros con las características exigidas para uso exterior. / Keywords: Industrial lignins, lignosulfonate, characterization techniques, functional groups, expanded C9 formula, Mannich reaction, formaldehyde reactivity, active sites, depolymerization, hydroxymethylation, non-toxic aldehyde, glyoxal, adhesives, pMDI, phenol-formaldehyde resin, fast-curing, thermomechanical analysis (TMA), wood, particleboard, panels.Lignin-based wood adhesives, in which has been used depolymerized lignin in alkaline medium without formaldehyde in their preparation, have been prepared and tested for application to wood panels such as particleboard. The adhesive yields good results (IB>0.35) of the panels, enough to pass confortably relevant international standard specifications for exterior-grade panels. To obtain these results the present work has been divided in different parts as summarized below.The characterization of different technical lignins from five different origins such as Kraft, lignosulfonate, soda/anthraquinone, organosolv and bioetanol process lignins.These lignins were characterized to determine its chemical composition and structural characteristics. We have compared statistically different analytical methods for functional groups determination (such as phenolic and aliphatic hydroxyls, methoxyl, carbonyl, carboxyl and sulfonate groups) and selected the adequate in each case.Also, comparisons between all commercial lignins in terms of functional groups were reported. Then, the more complete and representative expanded formula C9 for each lignin under study is established. Finally, the characterization was completed to determine their potential to incorporate them in adhesives by determining their weight molecular distribution and reactivities.Once lignins have been characterized we have selected the good material for its incorporation in adhesives. Therefore, selected lignin type is based on its price and availability. If we consider that organosolv processes were in phase of development and Kraft process use this lignin to produce energy and recovering part of the reagents; the lignosulfonate is the only lignin exist in huge quantity with a price able to make attractive the possibility to incorporate them partially in wood adhesives. Unfortunately, the characterized lignosulfonate presents a low reactivity for its direct incorporation in wood adhesives.Therefore, the reactivity enhancement of lignosulfonate was obtained by simple process. This process consists to depolymerize lignin in alkaline medium and allows to obtaining lignin with good characteristics for its commercialization as a phenolic material suitable to use in wood adhesives. This lignin has a high phenolic hydroxyl, high aromatic protons content, low molecular weight and presents an increase of 55% of its active sites. This means a high hydroxymethylation level. We have produced lignin with good characteristics in the optimum conditions in pilot-scale reactor (10L) and recovered in solid form using a spray-dried system. This depolymerized lignin was hydroxymethylated with formaldehyde and glyoxal for its incorporation in adhesives.Lignin-based adhesives has been prepared and tested for application to wood panels such as particleboard. These adhesives yielded good internal bond strength results of the panels, enough to pass confortably relevant international standard specifications for exterior-grade panels. Formulations based on low molecular mass lignin and presenting an increase in the relative proportion of reactive points yield better results than the higher molecular mass lignin used in the past. These lignin-based adhesives give also acceptable results at particleboard pressing times sufficiently low of industrial significance.Finally, lignin-based adhesives, in which formaldehyde has not been used in their preparation and has been substituted by non-volatile non-toxic aldehyde namely glyoxal, have been prepared and tested for particleboard. These adhesives yielded good internal bond strength results of the panels, sufficient to passe confortably relevant international standard specifications for exterior-grade panels. These adhesives also showed sufficient reactivity to yield panels in press time comparable to that of formaldehyde-based commercial adhesives. The percentage of adhesive used was optimized to produce particleboard with the requirements of the standard.

Since the mid 1980s, Raman and X-ray fluorescence spectroscopy have become instrumental techniques that can be easily and successfully applied to chemical analysis. In this respect, scientific studies of works of art and the materials used in their creation are one of the fields that have received great impulse. Several reasons for the spectroscopic investigation of antiquities and art objects can be pointed out. One of them is the interest in the materials and techniques in use during a certain period or region. This knowledge may be utilized for roughly dating the art object (retrieving pigments with a known date of invention may indicate that the artifact dates from a more recent period). Another reason is that this analysis is a useful source of information during a restoration or conservation treatment, and signs of a previous restoration, retouching or even forgeries can be found. At the beginning of this century investigation in cultural heritage became an important research field that posed great scientific interest, requiring unprecedented interdisciplinary knowledge of a wide spectrum of areas such as history, archaeology, physics, chemistry, engineering, chemometrics and many other disciplines. On the other hand, improvements in the instrumental techniques used have been the goal of many important studies. Even more, in this decade the investigation has been focalized on the development of a new generation of instruments which allows the combination of complementary analytical techniques along with the advantage of portable instrumentation. Both improvements permit a robust and non-destructive chemical analysis of works of art which are difficult or impossible to study in a laboratory (highly valuable masterpieces, large paintings, and wall paintings). Chemometrics methods are the necessary complement to these instrumental improvements. In order to maximize the robustness of these instruments, automatic and robust data processing tools are needed to obtain the maximum possible information from a work of art. This doctoral thesis presents a framework to perform data-fusion systems for classification analysis of pigments investigated in the field of cultural heritage. These systems were developed and evaluated within a European Community research project, the main objective of which was to develop a portable micro Raman and micro X-ray fluorescence instrument (PRAXIS). The general aim of this doctoral thesis is to study different strategies for the implementation of Raman-XRF data-fusion systems, in order to improve classification analysis of pigments investigated in the field of cultural heritage. This study takes into account the nature of the different interferences usually encountered in these types of signals and its elimination by developing dedicated algorithms. Moreover, this study evaluates automation in classification analysis by developing inference systems.In order to reach that global aim these particular objectives are defined:1) To study the nature of stochastic events and signal interferences present in Raman and XRF spectroscopy in order to enable the implementation of chemometrics techniques for classification. This is done in more detail for Raman data, due to the fact that this technique is mainly used in this field for "fingerprint" analysis. The methodology used is Wavelet transform and the improvements achieved in this area are presented in a paper entitled Noise and background removal in Raman spectra of ancient pigments using wavelet transform. 2) To establish the capabilities of a fuzzy logic system for automatic pigment identification. This issue is presented in a paper entitled Fuzzy logic for identifying pigments studied by Raman spectroscopy.3) To review the current state-of-art of data-fusion in analytical chemistry and to establish actual data-fusion methodologies onto a Raman-XRF sensor fusion system. The performance of each data-fusion architecture is discussed in a paper entitled Micro Raman and X-ray fluorescence spectroscopy data fusion for the classification of ochre pigments. 4) To improve data-fusion methodologies by dual-domain analysis achieved by Wavelet transform. The achievements are presented in two papers Data fusion and dual-domain classification analysis of pigments studied in works of art and Data fusion in the wavelet domain by means of fuzzy aggregation connectives.5) To define the necessary parameters and propose a methodology to implement data-fusion strategies in Raman and XRF spectroscopy. StructureThe thesis has been structured in different chapters, each one containing the following information:Chapter 1 is a theoretical chapter; the first part gives an overview of the basic concepts and latest advances in the fields of micro-Raman spectroscopy and micro-X ray fluorescence spectrometry. The characteristics of a new instrument which combines both techniques are presented along with the improvements achieved in that area. In the second part, the background of chemometrics techniques used in this work is presented.Chapter 2 introduces the framework for the study of ancient pigments. It describes the nature of samples analyzed and gives an overview of the different techniques used in the creation of works of art throughout the years. Finally, the instruments used in this doctoral thesis for preliminary and final validation analysis are described.Chapter 3 deals with the data pre-treatment needed before applying chemometric techniques, both for classification and data-fusion. In that respect, the first part focuses on the principles of Wavelet transform as a tool to eliminate signal interferences. This chapter includes a paper in which the development of an innovative method to eliminate noise and background signals from Raman spectra simultaneously is presented. It has been successfully applied for Raman spectra of ancient pigments. Chapter 4 presents a preliminary study of automatic analysis of pigments by means of soft computing solutions such as Fuzzy logic. A published paper is presented in which Fuzzy logic is used to perform an automatic system for pigment identification. This study is extended to a fusion model and X-ray fluorescence analysis data is incorporated in the developed identification system. The ability of fuzzy logic to process imprecise information is described in the last part of this chapter.Chapter 5 deals with three data-fusion architectures and their analysis by means of hard computing solutions as Principal components analysis (PCA) and Partial least squares - discriminant analysis (PLS-DA). The models are implemented for the classification of a set of ancient pigments from Byzantine iconography. Benefits and drawbacks of each method are pointed out. Chapter 6 incorporates a new innovative strategy for data-fusion. The fusion of data in the wavelet domain is discussed and two approaches are presented for Raman and X-ray fluorescence data-fusion: Mid-level and High level dual domain data-fusion. Both are used and successfully applied for the automatic identification of pigments in classification problems with different levels of difficulty. Two papers are included in which both methods are used for the classification of ancient pigments, which face difficult identification problems. These two methods combine the benefits described in the previous chapters of this thesis with the consequent improvement of classification results. The developed systems are suitable to perform a rapid and automatic classification of ancient pigments.Chapter 7 presents a review of the state of the art regarding data-fusion. The different steps necessary to achieve a proper data fusion are discussed. Finally, Chapter 8 presents the conclusions of the thesis and suggests some possible issues for future research. Fusión de datos en espectroscopias Raman y de fluorescencia de rayos X para la identificación de pigmentos en trabajos de arte / Desde mediados de los años 80s, las espectroscopias Raman y de fluorescencia de rayos X (XRF) se pueden considerar técnicas instrumentales de fácil aplicación en el análisis químico. Uno de los ámbitos de gran aplicación de dichas técnicas se centra en el estudio científico de una obra de arte y de los materiales utilizados en su creación. Existen varias razones para la investigación de antigüedades y objetos de arte por medio de técnicas espectroscópicas. Una de ellas es el estudio de los materiales y técnicas aplicados durante un cierto período o en una determinada región. Este conocimiento puede ser muy útil para ubicar aproximadamente un objeto de arte en una determinada época o periodo. Otra razón es que este análisis es una importante fuente de información para la restauración o el tratamiento de conservación, y permite encontrar señales de una restauración anterior, de repintado o de falsificaciones. Desde el comienzo de este siglo, la investigación en el patrimonio cultural se sitúa como un campo de la investigación importante con un gran interés científico. Esta investigación, requiere un importante trabajo multidisciplinario que implica a especialistas en áreas como historia, arqueología, física, química, ingeniería, quimiometría y otras disciplinas. Por otro lado, el objetivo de muchos trabajos científicos y estudios importantes, ha sido el desarrollo y las mejoras en estas técnicas instrumentales de análisis. Más aun, en esta década la investigación está enfocada en el desarrollo de una nueva generación de instrumentos que permiten la combinación de técnicas analíticas complementarias junto con la ventaja de una instrumentación portátil. Ambas mejoras permiten un análisis químico robusto y no destructivo de los objetos de arte, en especial de aquellos en los que resulta difícil o casi imposible de estudiar en un laboratorio. Como por ejemplo obras de arte de gran valor y pertenecientes al patrimonio cultural del país, pinturas de grandes dimensiones y pinturas realizadas en murales. Los métodos Quimiométricos de análisis son el complemento necesario a estas mejoras instrumentales. Con objeto de aumentar al máximo la robustez de estos instrumentos, es necesario proveerlos de herramientas de procesamiento automáticas y robustas para obtener el máximo de información del objeto bajo estudio. Esta tesis doctoral, presenta un marco de referencia para realizar fusión de datos para la clasificación e identificación de pigmentos estudiados en el campo de patrimonio cultural. Estos sistemas se desarrollan y evalúan dentro de un proyecto de investigación de la comunidad europea. El objetivo principal de este proyecto ha sido desarrollar un instrumento portátil para realizar espectroscopias Raman y de fluorescencia de rayos-X (PRAXIS). El objetivo general de esta tesis doctoral es estudiar diferentes estrategias para el desarrollo de sistemas de fusión de datos Raman y XRF para mejorar la clasificación de pigmentos. Este estudio contempla la naturaleza de las distintas interferencias que habitualmente se encuentran en estos tipos de mediciones (espectros) y su eliminación por medio del desarrollo de metodologías adecuadas. También, se evalúa la posibilidad de automatización en el proceso de clasificación. Para alcanzar este objetivo global, se definen los siguientes objetivos particulares: 1) Estudiar la naturaleza de eventos estocásticos (ruido) e interferencias habitualmente presentes en espectroscopia Raman y XRF, con el fin de facilitar la aplicación de técnicas quimiométricas de clasificación. Este estudio se realiza más profundamente para los espectros obtenidos por espectroscopia Raman, ya que es la técnica principalmente utilizada en este campo para una identificación del tipo "huella digital." La metodología usada es la transformada Wavelet y las mejoras logradas se presentan en un artículo titulado "Ruido y eliminación de señales de fondo en espectros Raman de pigmentos antiguos por medio de la transformada Wavelet". 2) Establecer un sistema de lógica difusa para la identificación automática de pigmentos. Este estudio se presenta en un articulo titulado "Lógica difusa para identificar pigmentos estudiados por espectroscopia Raman". 3) Estudiar la situación actual de aplicaciones y desarrollos de fusión de datos en química analítica y establecer las metodologías de fusión de datos reales en un instrumento Raman-XRF. Los resultados obtenidos en distintos modelos de fusión de datos se discute en un articulo titulado "Fusión de espectros Raman y de fluorescencia de rayos X para la clasificación de pigmentos ocres". 4) Mejorar las metodologías de fusión de datos por medio del análisis en el dominio dual dado por la transformada Wavelet. Los logros obtenidos se presentan en dos artículos "Fusión de espectros y análisis de clasificación en el dominio dual de pigmentos estudiados en obras de arte" y "Fusión de datos en el dominio Wavelet por medio de conectores de agregado difuso". 5) definir los parámetros necesarios y proponer a una metodología llevar a cabo las estrategias de fusión de espectros en espectroscopias Raman y XRF. Estructura La tesis ha sido la estructura en capítulos diferentes, donde cada uno contiene la siguiente información: El capítulo 1 es un capítulo teórico; donde en una primera parte se da una apreciación global de los conceptos básicos y de los últimos adelantos en espectroscopias Raman y de fluorescencia de rayos X. Las características de un nuevo instrumento que combina ambas técnicas se presentan junto con las mejoras logradas en él. En una segunda parte, se describen las técnicas quimiométricas usadas en este trabajo. El capítulo 2 describe la naturaleza de las muestras estudiadas y de su uso en la creación de obra de arte. Finalmente, se describen instrumentos Raman y XRF usados en esta tesis doctoral. El capítulo 3 presenta el tratamiento necesario en los datos antes de aplicar las técnicas quimiométricas, ya sea para la clasificación y/o fusión de datos. En ese sentido, se presenta un estudio de la aplicación de la transformada Wavelet como una herramienta para eliminar las interferencias señaladas. Este capítulo incluye un artículo en el que nosotros presentamos el desarrollo de un método innovador para eliminar simultáneamente las señales de ruido y fondo es espectros Raman. El capítulo 4 presenta un estudio preliminar del análisis automático de pigmentos por medio de la lógica difusa. Se presenta artículo donde la lógica difusa es utilizada para realizar un sistema automático de identificación de pigmentos. Este estudio se extiende a un modelo de fusión y por el cuál la información obtenida por XRF es incorporada en el sistema de identificación desarrollado. El capítulo 5 presenta tres arquitecturas de fusión de datos y el posterior análisis por medio de técnicas quimiométricas como el análisis de componentes Principal (PCA) y la regresión por mínimos cuadrados parciales para análisis discriminante (PLS-DA). Los modelos se llevan a cabo con el estudio de pigmentos antiguos referidos a la iconografía bizantina. Esta parte acaba señalando los beneficios y desventajas de cada método. El capítulo 6 presenta una nueva estrategia para la fusión de datos, que es la fusión de datos en el dominio del wavelet. Se discuten los fundamentos y se presentan dos modelos de fusión de datos Raman y XRF en el dominio wavelet: El nivel medio y el nivel alto, ambos se aplican a la identificación automática de pigmentos. Dos artículos son incluidos, donde se describen ambos métodos y se presenta su aplicación para la clasificación de pigmentos antiguos. El Capítulo 7 presenta un estudio sobre el estado actual en la investigación de fusión de datos y su aplicación en química analítica. Las etapas necesarias para desarrollar métodos apropiados de fusión de análisis. Finalmente, en el capítulo 8 presenta las conclusiones de la tesis y propone posibles trabajos de investigación futura.

Una de les estratègies en el campde la fotosíntesis artificial consisteix en un sistema modular en que els diferents components indispensables d’un un aparell funcional són estudiats de manera independent per al seu futur acoblament. Aquesta tesi s’ha centraten la sintesis i caracterització d’una sèrie de nous compostos mono- i dinuclears de ruteni amb lligands de tipus polipiridil. S’ha estudiat l’aplicabilitat d’aquests nous compostos com a catalitzadors en processos tant importants com son l’oxidació d’ aigua a oxigen molecular i la reduccio de diòxid de carboni a àcid fòrmic. També, s’han estudiat en gran detall les propietats d’origen supramolecular detectades en els compostos dinuclears, fomentat per la directa implicació d’aquest tipus d’interaccions en els processos catalítics estudiats. / Artificial photosynthesis seeks to functionally mimik the photosynthetic process carried out by nature, and combine the energy from the sun with water to obain a “solar” fuel like hydrogen. One of the strategies in the field, consists on a modular approach in which all the components needed are studied independently, in view of their future assembly in a final operative device. This thesis has been focused on the synthesis and characterization of a series of new mono and dinuclear ruthenium componud with polylpyridylic ligands. The aplication of these new compounds as catalysts in very important processes such as water oxidation and CO2 reduction has been studied. Additionally, the suprmolecular properties detected in the dinuclear compounds has been studied in great detail, which has been promoted by the direct implication of such type of interactions in the catalytic processes studied.

The use of concrete in disposal facilities to store low- and intermediate-level nuclear waste requires that the durability of this material is optimal for the lifetime of these repositories. One of the most important processes that put such durability at risk is the attack of concrete by water with low mineral content and neutral pH, altering its microstructure (decalcification, dissolution of cement phases, increased porosity and loss of barrier properties ). Therefore, to yield reliable estimations of the durability of cement-based materials we need to increase our knowledge of the reactivity of these materials. Within this context, in this Thesis, the dissolution kinetics of the calcium silicate hydrate (C-S-H) -the main binding phase in all cement-based systems- and the processes responsible for mortar alteration have been studied. The dissolution kinetics of C-S-H gel was determined by flow-through experiments. Demineralized water caused C-S-H dissolution and changes in the composition of the solutions. It was observed that the C-S-H gel dissolved incongruently when the Ca/Si ratio was high and congruently as the Ca/Si ratio decreased to the tobermorite-like stoichiometric Ca/Si ratio of 0.83. A dissolution rate law for C-S-H gel with Ca/Si ratio equal to 0.83 was proposed based on the dissolution rates normalized to the final BET surface area. Additionally, reactive transport modeling of the changes in aqueous chemistry allowed the fitting of the rate constants for C-S-H with Ca/Si ratio ranging from 1.7 to 0.83. Solid examination by SEM-EDX and EPMA showed some variability of the Ca/Si ratios of the analyzed particles, suggesting the existence of compositional domains with variable Ca/Si ratios. 29Si MAS-NMR spectra showed an increase in polymerization of the reacted C-S-H, and also the formation of Si-rich domains in some cases, mainly under slow flow conditions. Additionally, the changes in the microstructure of the dissolving C-S-H gel were characterized by small angle neutron scattering (SANS). The SANS data were fitted using a fractal model. The SANS specific surface area (ST) tended to increase with time up to 31 days. Thereafter, it diminished as the C-S-H gel dissolved. The rest of the fitted parameters (particle diameter (Do), fractal exponents (DV and DS), etc.) reflect a more open and ordered nanostructure of the gel. To study the altered mortar (64% cement I42.5R / SR and 36% fly ash) two types of experiments were performed. On one hand, Column experiments using mortar fragments of ¿ 2 mm in size were performed with CO2-free atmosphere at room temperature. Variation of the chemical composition and the inspection of the mortar fragments by means of optical inspection, SEM and XRF-before and after the experiments- allowed interpretation of the occurring dissolution and precipitation reactions. The aqueous chemical data were modeled using the CrunchFlow reactive transport code in which the obtained dissolution rate law for the C-S-H gel and the associated kinetic parameters were incorporated. On the other hand, evaporation experiments with mortar samples , under controlled N2 atmosphere, temperature and relative humidity, were performed at the laboratory scale to study the effect that the evaporation-induced water flow through on the mortar. First, variation in the water flux and temperature along the evaporation experiments was modeled with the multiphase flow and heat transport code CodeBright. Secondly, the multicomponent reactive transport code Retraso coupled to CodeBright was used to simulate the variation of solution composition along the samples during the experiments. The previously obtained C-S-H gel dissolution rate law and associated kinetic parameters were included in the model. / El uso de hormigón en instalaciones de almacenamiento de residuos radiactivos de baja y media actividad requiere que la durabilidad de este material sea óptima durante el tiempo de vida de estos depósitos. Uno de los procesos más importantes que puede poner en riesgo su durabilidad es el ataque del hormigón por agua de bajo contenido mineral y pH neutro, alterando su microestructura (descalcificación, disolución de las fases de cemento, aumento de la porosidad y pérdida de propiedades barrera). Por lo tanto, para obtener estimaciones fiables de la durabilidad de los materiales base cemento es necesario incrementar nuestro conocimiento de la reactividad de estos materiales. Dentro de este contexto, en esta Tesis, se han estudiado la cinética de disolución del silicato cálcico hidratado (gel C-S-H) -principal fase de unión en todos los sistemas base cemento- y los procesos responsables de la alteración de mortero. La cinética de disolución de gel C-S-H se determinó mediante experimentos de flujo continuo. El agua desmineralizada causó la disolución del gel C-S-H además de cambios en la composición de las soluciones. Se observó que el gel C-S-H disuelve incongruentemente cuando la relación Ca/Si es alta y congruentemente a medida que la relación Ca/Si disminuyó hacia la estequiometria de una tobermorita cuya relación Ca/Si es de 0.83. Se propuso una ley de velocidad de disolución para el gel con una relación de Ca/Si de 0.83 basada en las velocidades de disolución normalizadas con el área superficial final (BET). Adicionalmente, el modelado de los cambios en la química acuosa con el tiempo mediante transporte reactivo permitió el ajuste de las constantes de velocidad para el gel C-S-H con una relación de Ca/Si que varía entre 1.7 y 0.83. El análisis del sólido mediante SEM-EDX y EPMA mostró cierta variabilidad de las relaciones Ca/Si de las partículas analizadas, sugiriendo la existencia de dominios de composición con relaciones Ca/Si variables. Los espectros de 29Si MAS RMN mostraron un aumento en la polimerización del gel C-S-H reaccionado, y también la formación de dominios ricos en Si en algunos casos, sobre todo en condiciones de flujo lento. Los cambios en la microestructura del gel C-S-H se analizaron mediante dispersión de neutrones a bajo ángulo (SANS), mostrando un aumento con el tiempo hasta 31 días del área superficial específica de SANS (ST) y posterior disminución por efecto de la disolución. Los demás parámetros obtenidos del ajuste (diámetro de las partículas (Do), exponentes fractales (DV y DS), etc.) reflejan una nanoestructura del gel más abierta y ordenada. Para el estudio de la alteración del mortero (64% de cemento I42.5R/SR y un 36% de cenizas volantes) se realizaron dos tipos de experimentos. Por un lado, se realizaron experimentos de flujo continuo en columna (fragmentos de ¿ 2 mm de tamaño), en atmósfera sin CO2 a temperatura ambiente. La variación de la composición química y la inspección de los fragmentos de mortero por medio de la inspección óptica, SEM y XRF -antes y después de los experimentos- permitió interpretar que reacciones de disolución y precipitación habían tenido lugar. Los datos de la química acuosa se modelaron utilizando el código de transporte reactivo CrunchFlow en el cual fueron incorporados la ley de velocidad de disolución obtenida anteriormente y los parámetros cinéticos asociados al gel C-S-H. Por otro lado, se realizaron experimentos de evaporación con probetas de mortero, bajo condiciones controladas de atmósfera de N2, temperatura y humedad relativa, para estudiar el efecto que este flujo sobre el mortero. Los experimentos fueron modelados mediante el código CodeBright (variación en el flujo de agua y la temperatura) y posteriormente con el código Retraso acoplado a CodeBright para simular la variación de la composición de la solución a lo largo de las probetas de mortero, incluyendo la ley de velocidad de disolución del gel y los parámetros cinéticos asociados

En la present Tesi Doctoral s’han dissenyat i sintetitzat una família de lligands supramoleculars de tipus bis(fosfina) i una de tipus bis(fosfit) que combinen un lloc de coordinació de metalls de transició per a catàlisi i un altre de regulació, tipus cadena polioxietilènica, per a interaccions no covalents. El concepte de regulació ha estat provat en els catalitzadors de rodi derivats d’aquests lligands en hidroformilació i hidrogenació asimètrica de diferents alquens. Paràmetres com l’activitat catalítica i l’enantioselectivitat (i la regioselectivitaten el cas de la hidroformilació) han estat millorats amb l’adició d’espècies catiòniques. Aquests estudis han estan complementats amb estudis de coordinació i d’afinitat. En el marc d’aquesta Tesi Doctoral també es va desenvolupar un dels pocs exemples de receptors amb regulació distal per a àcids dicarboxílics. / In the present PhD Thesis, two families of supramolecular bis(phosphite) and bis(phosphine) ligands have been designed and synthesized. These ligands combine a catalytic site for enantioselective organometallic catalysis and a regulation site based on a polyoxyethylene chain for ion-dipole non-covalent interactions. The concept of regulation has been proven inrhodium-mediated asymmetric hydroformylation and hydrogenation reactions of different alkenes using catalysts derived from the ligands that incorporate a distal regulation site. Parameters such as catalyst activity and enantioselectivity (and regioselectivity for hydroformylation) were improved by thesimple addition of cationic species as regulating agents. Within this thesis,one of the few known examples of receptors with distal regulation for dicarboxylic acids has also been developed.

La recerca de nous catalitzadors sòlids bàsics de tipus Brønsted ha estat en el punt de mira de nombrosos estudis recents, degut al seu gran potencial per a dur a terme reaccions de condensació ald-olica. Aquests materials sòlids eviten l'ús industrial de solucions aquoses de tipus KOH i NaOH, reduint significativament els problemes de generació de residus, corrosió o no reutilització dels catalitzadors. En els darrers anys, ha crescut l'interès en l'estudi dels hidròxids dobles laminars (layered double hydroxides, HDL) o compostos de tipus hidrotalcita, com a catalitzadors de nombroses reaccions, o bé, en altres aplicacions.Per tal de generar catalitzadors sòlids bàsics de tipus Brønsted, un HDL de Mg-Al, tractat tèrmicament, pot ser reconstruït degut al seu conegut efecte memòria. La reconstrucció es realitza per contacte del sòlid amb vapor d'aigua (fase gas) o per immersió en aigua liquida (fase liquida), ambdues en atmosfera inert. Un aspecte en discussió es la relació entre el procediment de rehidratació aplicat i l'activitat catalítica dels HDL de Mg-Al reconstruïts. En aquest treball s'han estudiat detingudament els processos de rehidratació en fase gas o en fase liquida. Donat que el procés de rehidratació porta a la formació d'un material de tipus meixnerita, el qual presenta centres bàsics de Brønsted en l'espai interlaminar, es mostra que l'accessibilitat cap a aquests centres bàsics es un factor determinant de l'activitat d'aquests catalitzadors en reaccions de condensació aldòlica. Per altra banda, s'ha estudiat també la sensibilitat dels catalitzadors HDL de Mg-Al reconstruïts en fase gas, a l'addició de promotors alcalins, per tal d'assegurar la seva influencia en l'activitat catalítica.La recerca descrita en aquest treball de tesi s'ha centrat en l'estudi dels procediments d'activació/rehidratació, i en conseqüència, en la morfologia dels catalitzadors de tipus hidrotalcita. Les propietats bàsiques s'han caracteritzat mitjançant diferents tècniques, com la desorció a temperatura programada de diferents molècules sonda, i mitjançant reaccions model del tipus condensació aldòlica entre citral-cetones. Una altra alternativa interessant és l'ús de líquids iònics, amb una amplia aplicació com a solvents, degut a les seves propietats físiques i químiques. L'ús dels líquids iònics amb propietats bàsiques, pot proporcionar catalitzadors eficients en moltes reaccions de condensació aldòlica. En aquest sentit, s'analitzen diferents aspectes com l'ús d'un líquid iònic suportat (l'hidròxid de colina), la seva activitat catalítica en diverses reaccions de condensació aldòlica i la caracterització de les propietats bàsiques. / The research about the use of new solid Brønsted-type basic catalysts has been the focus of many recent studies because of their potential for aldol condensation reactions. Besides, these solid materials avoid the industrially use of KOH and NaOH reducing several problems such as waste production, corrosion and not recovery of the catalysts. In recent years, there has been a growing interest in layered double hydroxides (LDH) or hydrotalcite-like compounds to perform numerous catalytic reactions and other applications. In order to provide solid Brønstedtype basic catalysts, a thermally treated Mg-Al LDH can be reconstructed due to its known memory effect, by rehydration in contact with water vapour or immersed in liquid water under decarbonated atmosphere. The catalytic performance of a reconstructed Mg-Al LDH in relation to the rehydration procedure applied is not well understood. In this work, careful studies of rehydration procedures (gas or liquid phase) over decomposed Mg-Al LDH have been performed. Since the rehydration process leads to a meixnerite-like material, having Brønsted basic sites in the interlayer space, it is shown that accessibility towards these basic sites is a key factor determining the performance of the catalysts in aldol condensation reactions. The sensitivity of gas-phase reconstructed Mg-Al LDH to the addition of alkaline promoters has been also studied to assess their influence on the catalytic performance. The research described in this thesis has focussed on getting more insight in the activation/rehydration procedure and consequently, in the final morphology of hydrotalcite-like compounds. The basic properties have been characterised by several techniques such as temperature programmed des orption of different probe molecules and by illustrative test reactions suchas the liquid-phase aldol condensation between citral-ketones. Another interesting alternative is the use of ionic liquids, which have attracted a large attention as solvents in recent years, due to their physical and chemical properties. Besides, the use of ionic liquids with basic properties could provide efficient catalysts for several condensation reactions. In this area, we also report the use of a supported ionic liquid (choline hydroxide), its catalytic performance in aldol condensation reactions and the characterisation of basic properties.

Metal nanoparticles catalysts considered in this work included systems consistingessentially of a single metal component (Ag) and bimetallic system. Bimetallic systemsof miscible (Au-Cu and Au-Ag) and immiscible components (Ir-Au) have beeninvestigated. The study of these materials with chemical probes including chemisorptionand selected catalytic reaction, in conjunction with physical and chemical methods suchas electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), temperature programmed reduction(TPR), UV-vis, photoelectron spectroscopy (XPS) has been performed to contribute theknowledge of their structures. The fact that surface composition can differ substantiallyfrom bulk composition was also studied. High resolution electron microscopy (HRTEM)provided independent evidence of the highly dispersed nature of the metal clusters.Concepts concerning the effect of additives on the structure and physicochemical andcatalytic properties of oxide catalysts in selective oxidation reactions were considered.This work was also carried out in an attempt to study the different oxygen species formedon silver. Of particular interest is to understand the role and nature of the elusivesubsurface O species in the function of silver as an oxidant catalyst. The effect ofadditives on acid-base and redox properties and on their bearing on catalytic performancewas discussed, with particular emphasis on alkaline metal additives such as cesium andsodium. The phenomena occurring in monophasic and supported mixed oxide containingthe additives, including modification of structure, segregation, defect formation and spilloverof the reactants was also described.The nature of the surface of the bimetallic systems was the question of interest. Will theindividual clusters be monometallic or will they contain atoms of both metals andtherefore be bimetallic? It is interesting to consider how the state of dispersion the metalcatalysts affects the relationship between chemisorption capacity or catalytic activity andcatalyst composition. The bimetallic clusters discussed thus far have been combination ofa Group VIII and a Group IB metal. In spite of the great importance in petrochemistry,skeletal hydrocarbon reactions, such as hydrogenolysis of methylcyclopentane, offers aninteresting fingerprint of the dependence of specific rate on catalyst structure. The firstreported case of a reaction with large dependence on catalyst structure was performed forneopentane on platinum. This result led Boudart to classify reactions on metals as: (i)"facile" or "structure-insensitive" reactions, for which the specific rate does not dependupon the size of the metal particle, and (ii) "demanding" or "structure sensitive"reactions, for which the specific rate is highly dependent on the metal dispersion. Therate per surface metal atom is the fundamental interest. Thus, the metal dispersion isextremely important parameter to be determined. An experimental scheme based onselective H2 chemisorption was developed to investigate the surface composition ofbimetallic system. With this capability, the activity of such a catalyst was referred to theamount of metal in the surface rather than to the metal content of the catalyst as a whole.The interaction between catalytically active metal oxide particles and oxide carriersgreatly influences their structure and size. Vanadia catalysts constitute also a relevantexample of the influence of this interaction. Accordingly, it was decided to study theeffect of the support (TiO2 and MCM-41) with the aim of understanding theinterrelations on the catalytic properties of V2O5 as a way to improve its performance forthe selective oxidation of ethanol.Finally, the catalytic role of the different basic sites in hydrotalcite interlayer wasenvisaged through the study of the styrene epoxidation in liquid phase. Hydrotalcite-likecompounds are not only interesting for their industrial applications, but are also beautifulexamples of the scientific preparation of catalysts. All the stages of the preparation of acatalyst based on hydrotalcite-like precursor need precise chemical foundations in orderto avoid inhomogeneties and/or chemical segregations, which would be detrimental tothe properties of the final compounds. Layered double hydroxides (LDHs), also knownas hydrotalcites or anionic clays, are a class of ionic lamellar compounds made ofpositive-charged hydroxide layers with charge balancing anions and water moleculessandwiched between layers. Exfoliated Mg-Al layered double hydroxide in water wasinvestigated in the styrene epoxidation. The change in the basic properties during therehydration process of the calcined samples as well the influence on catalytic activitywas studied. Hydrotalcites are very attractive for this type of oxidation reaction becausetheir ability to give Lewis type acid-base bifunctional catalysts or basic catalysts withBrönsted type sites, proceeding from the mixed oxide and the meixnerite-like structures,respectively. / En este trabajo se han sintetizado y estudiado diferentes catalizadores a base denanopartículas metálicas con diferentes tamaños y morfologías. Se han estudiado tantosistemas monometálicos como bimetálicos con componentes de diferentes miscibilidad (porejemplo sistemas Au-Cu y Au-Ag de total miscibilidad, así como Ir-Au de prácticamentetotal inmiscibilidad) con la finalidad de estudiar el cambio que producen tanto en el tamañocomo en la morfología de las nanopartículas obtenidas.Los nanomateriales obtenidos han sido estudiados mediante el empleo de diferentestécnicas de caracterización como pueden ser, fisisorción, quimisorción microscopiaelectrónica (SEM-TEM), difracción de rayos X (XRD), reducción a temperaturaprogramada (TPR), espectroscopia ultravioleta-visible (UV-vis), espectroscopiafotoelectrónica (XPS), etc., así como mediante diferentes ensayos catalíticos modelo con lafinalidad de correlacionar las propiedades físico-químicas de dichos materiales con losmétodos de síntesis de éstos.Se ha hecho especial énfasis en el estudio de las diferentes especies de oxígeno quepresentan estos nanomateriales en superficie, así como su correlación con la actividadcatalítica que presentan en diferentes reacciones de oxidación selectiva de olefinas. Por otraparte, la modificación de las propiedades ácido-base de dichos materiales y su carácterredox cuando se adiciona metales alcalinos del tipo sodio y cesio, también ha sidoexhaustivamente estudiado.La formación de sistemas bimetálicos y su homogeneidad, así como el efecto de dispersióny el cambio en sus propiedades físico-químicas que hace un metal sobre el otro, ha sidotambién objeto de estudio en este trabajo. Este hecho se ha puesto en evidencia en elestudio de reacciones de hidrogenolisis del metilciclopentano que permite una buenacomprensión de la actividad catalítica, así como de la dependencia de la estructura en laactividad catalítica previamente ya descrita por Boudart.La interacción entre las especies metálicas cataliticamente activas y los soportes empleadostambién pueden ejercer una notable influencia en la estructura y tamaño de la especieactiva, y por consiguiente en el comportamiento catalítico. En este contexto, se hanestudiado la interacción de óxido de vanadio en diferentes soportes como TiO2 y MCM-4,para comprender el comportamiento catalítico del V2O5 en otra reacción test como es la deoxidación selectiva del etanol.Finalmente, el papel del los diferentes sitios básicos de materiales tipo hidrotalcita, elestudio de la exfoliación de dichos materiales y el cambio en sus propiedades básicasdespués de diferentes protocolos de rehidratación han sido estudiados en otra reacción testcomo es la reacción de epoxidación del estireno en fase liquida.

El creixent interès per a l’obtenció de compostos enantiomèricament purs, ha conduït a un important desenvolupament de la catàlisi asimètrica. En aquest context, aquesta tesis és centra en la síntesis de vàries famílies de lligands quirals altament modulars a partir de compostos de fàcil disponibilitat. Concretament, s'ha treballat en la síntesis de lligands fosfit-tioèter, fosfit-piridina, fosfit-triazola i lligands hidroaximida i tioamida. Tots ells tenen en comú que són sòlids, estables i per tant de fàcil manipulació. Aquests lligands s'han aplicat en la hidrogenació d’olefines funcionalitzades i no funcionalitzades catalitzada per Rh i Ir, en la reducció de cetones mitjançant transferència d’hidrogen catalitzada per Rh i Ru, en reaccions de substitució alílica catalitzada per Pd i en l'addició d'organoaluminats a aldehids catalitzada per Ni. A més a més, en alguns casos s'han realitzat estudis DFT per tal d'agilitzar el procés d'optimització dels lligands. Així doncs, s'ha aconseguit l'obtenció de diferents compostos químics quirals d'alt interès sintètic (alcohols, alcans funcionalitzats i no funcionalitzats, al·lils substituits) en grans enantioselectivitats i en el millor dels casos s'han aconseguit els productes en la seva forma enantiomèricament pura (>99% ee). / El creciente interés para la obtención de compuestos enantioméricamente puros para la obtención de compuestos enantioméricamente puros, ha conducido a un importante desarrollo de la catálisis asimétrica. En este contexto, esta tesis se centra en la síntesis de varias familias de ligandos quirales altamente modulares a partir de compuestos de fácil disponibilidad. Concretamente, se ha trabajado en la síntesis de ligandos fosfito-tioéter, fosfito-piridina, fosfito-triazoles y ligandos hidroaximida y tioamida. Todos ellos tienen en común que son sólidos, estables y por lo tanto de fácil manipulación. Estos ligandos se han aplicado en la hidrogenación de olefinas funcionalizadas y no funcionalizadas catalizada por Rh e Ir, en la reducción de cetonas mediante transferencia de hidrógeno catalizada por Rh y Ru, en reacciones de sustitución alílica catalizada por Pd y en el adición de organoaluminiatos a aldehídos catalizada por Ni. Además, en algunos casos se han realizado estudios DFT para agilizar el proceso de optimización de los ligandos. Así pues, se ha logrado la obtención de diferentes compuestos químicos quirales de alto interés sintético (ej. alcoholes, alcanos funcionalizados y no funcionalizados, alilos sustituidos) en grandes enantioselectividades y en el mejor de los casos se han conseguido los productos en su forma enantioméricamente pura (> 99% ee). / The growing interest in obtaining enantiomerically pure compounds in obtaining enantiomerically pure compounds has led to a significant development in the field of asymmetric catalysis. In this context, this thesis is focused on the synthesis of several families of highly modular chiral ligands from readily available compounds. Specifically, we worked on the synthesis of thioether-phosphite ligands, phosphite-pyridine, phosphite-triazole and hidroaximide and thioamide ligands. They all have in common that are solid, stable and therefore easy to handle. These ligands have been applied in the Rh- and Ir-catalyzed hydrogenation of functionalized and unfunctionalized olefins, in the Ru- and Rh-catalyzed asymmetric transfer hydrogenation of ketones, in Pd-catalyzed allylic substitution reactions and in the Ni-catalyzed addition of organoalumininum to aldehydes. Moreover, in some cases DFT studies have been performed to speed up the optimization of ligands. Hence, a variety of chiral chemical compounds of high synthetic interest (i. e. alcohols, functionalized and non-functionalized alkanes, substituted allyl) lhigh enantioselectivities were achieved and in some cases the products were obtained in their enantiomerically pure form(> 99% ee).

La present tesis va consistir en el disseny de nous nanocatalitzadors de cobalt per a la reacció de Fischer-Tropsh (FT). Les nano partícules de Cobalt van ser sintetitzades utilitzant diferents metodologies: reducció química utilitzant borohidrur de sodi com agent reductor o, descomposició tèrmica de compostos organometàl·lics tals com Co2(CO)8. Les síntesis van ser realitzades en presència de polímers com agents estabilitzants. Després de la síntesis, les nano partícules de cobalt foren aïllades, caracteritzades (utilitzant TEM, HR-TEM, XRD, XPS, ICP, FTIR, TGA i RAMAN) i provades en la reacció de Fischer-Tropsch en fase aquosa. Amb la finalitat de comparar amb catalitzadors suportats clàssics, les nano partícules de cobalt van ser immobilitzades amb TiO2 i provades en FT utilitzant un reactor de llit fix. En aquest estudi es va observar que l'activitat i la selectivitat de les nanopartícules de cobalt en ambdós sistemes catalítics depenien altament de paràmetres tals com el mètode de síntesis, el polímer estabilitzant i la mida de partícula. Aquestes diferències van ser atribuïdes a variacions en l'estructura i composició de les nano partícules que alhora eren intrínseques de cada paràmetre d'estudi. / La presente tesis consistió en el diseño de nuevos nanocatalizadores de cobalto para la reacción de Fischer-Tropsch (FT). Nanoparticulas de cobalto fueron sintetizadas usando diferentes metodologías: reducción química usando borohidruro de sodio como agente reductor o descomposición térmica of compuestos organometálicos tales como Co2(CO)8. Las síntesis fueron realizadas en presencia de polímeros como agentes estabilizantes. Después de la síntesis, las nanopartículas de cobalto fueron aisladas, caracterizadas (usando TEM, HR-TEM, XRD, XPS, ICP, FTIR, TGA and RAMAN) y probadas en la reacción de Fischer-Tropsch en fase acuosa. Con la finalidad de comparar con catalizadores soportados clásicos, las nanopartículas de cobalto fueron también inmovilizadas en TiO2 y probadas en FT usando reactores de lecho fijo. En este estudio se observó que el desempeño (actividad y selectividad) de las nanopartículas de cobalto en ambos sistemas catalíticos dependió altamente de parámetros tales como el método de síntesis, el polímero estabilizante y el tamaño de partícula. Estas diferencias fueron atribuidas a variaciones en la estructura y composición of las nanopartículas que a su vez eran intrínsecas a cada parámetro de estudio / The present thesis consisted in the design of novel cobalt nanocatalysts for the Fishcer-Tropsch (FT) synthesis. Cobalt nanoparticles were synthesized using different methodologies: chemical reduction method using sodium borohydride as reducing agent or thermal decomposition of organometallic precursors such as Co2(CO)8. The syntheses were carried out under the presence of polymer stabilizers. After the synthesis, the cobalt nanoparticles were isolated, characterized (using TEM, HR-TEM, XRD, XPS, ICP, FTIR, TGA and RAMAN) and tested in the Aqueous Phase Fischer-Tropsch synthesis. For comparison purposes with classical supported catalysts, the cobalt nanoparticles were also immobilized on TiO2 and tested in FT using fixed bed reactors. In this study was observed that the catalytic performance (activity and selectivity) of the cobalt nanoparticles in both catalytic systems were highly dependent on parameters such as the synthetic methodology, the polymer stabilizer and the particle size. These differences were attributed to variations in the structure and composition of the NPs intrinsic to each parameter under study.

Los puntos cuánticos son nanopartículas semiconductoras que exhiben unas propiedades ópticas y electrónicas dependientes del tamaño. Debido a sus dimensiones en el rango de 1-100 nm, la relación superficie-volumen de estos materiales llega a ser enorme y sus estados electrónicos se vuelven discretos. Además, por el hecho de que el tamaño del nanocristal es más pequeño que el de un excitón, las cargas están espacialmente confinadas y esto eleva sus energías en lo que se conoce como confinamiento cuántico. Así, las propiedades optoelectrónicas están atribuidas a este efecto de confinamiento y esto permite calibrar la emisión. Los puntos cuánticos tienen una fluorescencia muy estable en comparación con los fluoróforos orgánicos que la pierden en cuestión de minutos. Además, y contrariamente a los fluoróforosogánicos, estos nanocristales tienen una amplia excitación y una emisión estrecha lo que los hace extremadamente aplicables para visualización multicolor. Calibrar la longitud de onda de emisión de los puntos cuánticos es simplemente una cuestión de calibrar su tamaño. Por todo estas razones, explicadas en el capítulo 1, los puntos cuánticos han desplazado a los fluoróforos convencionales como método para visualización en los últimos 5 años. Estos puntos cuánticos son tóxicos y necesitan ser encapsulados para prevenir envenenamiento por metales pesados cuando son usados en bioaplicaciones. Un trabajo previo en nuestro laboratorio, detallado en el capítulo 2, encontró un método de síntesis capa-a-capa para obtener nanocebollas, que consisten en varias capas de sílica rellenas con diferentes puntos cuánticos. Esta disposición es muy útil para tener diferentes colores, como si fuesen viales diferentes, confinados en unos pocos nanómetros. La matriz de sílica juega un papel importante para hacer a los puntos cuánticos solubles en agua y proteger su fotoluminiscencia del efecto de apagado, al menos en el rago de pH útil para las aplicaciones viológicas. Cuanto mayor es el grosor de la capa de sílica o mayor el número de capas, mayor es la protección ofrecida a los puntos cuánticos del interior. Basándonos en este principio, mostramos que estas nanocebollas, que nosotros llamamos nanocebollasmulticódigo (Quantum-onion-multicode, QOM), pueden ser usadas como sensor de pH, como se detalla en el capítulo 3. Se ha demostrado que la relación entre la intensidad de fotoluminiscencia entre dos poblaciones de puntos cuánticos se corresponde con el valor de pH del medio, haciendo que nuestro sistema confiera un carácter potencialmente aplicable como sensor ratiométrico de pH. Además, el desarrollo de puntos cuánticos dentro de espferas de sílica como sondas biomoleculares puede dar nuevas percepciones para paliar algunas limitaciones que tienen los puntos cuánticos por sí mismos de forma individual como marcadores biológicos, por ejemplo: mejor fotostabilidad si están dentro de la matriz, mayor superficie disponible para reacciones químicas, mejor capacidad de unión de las esferas, menor toxicidad, y mejor manipulación. Sin embargo, la mayoría de las nanopartículas orgánicas requieren de una funcionalización química con silano, tiol, amino, carboxilo u otros grupos con el fin de otorgarles propiedades aplicables para ser suministradas a células, como son: buena compatibilidad, gran afinidad entre el transportador y la carga, marcaje celular, estabilidad y mayor tiempo de circulación. En el pasado, los hidróxidos de doble capa, también conocidos como materiales tipo hidrotalcita o arcillas aniónicas, han sido la excepción a esta regla. Estos materiales consisten en capas de nanoláminas cargadas positivamente en estructura tipo brucita neutralizada por aniones en el espacio interlaminar. Desde un punto de vista médico, se han publicado muchos cambios interesantes con estos materiales para albergar fármacos y biomoléculas ya sea por intercambio aniónico o por proceso de delaminación-relapilamiento. Este tipo de material has sido usado para transportar puntos cuánticos solubles en agua hechos de teulro de cadmio (capítulo 4) o nanopalos (capítulo 5). Por una parte, las hidrotalcitas intercalan a los puntos cuánticos de teluro de cadmio muy rápido y no se necesitan delaminarse previamente. El material híbrido muestra una alta estabilidad en medio fisiológico a diferentes pH, convirtiéndolo en una herramienta de visualización aplicable para el diagnóstico en nanomedicina. Notoriamente, las propiedades ópticas de los puntos cuánticos sufrieron un salto hacia el azul, atribuido a diferentes factores, como se detalla en el capítulo 4. Sin embargo, este efecto es reversible tras la disolución de la transportador sólido, la hidrotalcita. Con lo que podemos decir que los puntos cuánticos de teluro de cadmio muestran un efecto de memoria óptica. Estas transiciones ópticas se detienen cuando rodeamos los puntos cuánticos de una capa de sílica, preparando puntos cuánticos@silica/hidrotalcita, siendo la capa de sílica una barrera entre las nanopartículas y las arcillas. Esta combinación conduce a una barrera eficiente para los procesos de liberación de puntos cuánticos al medio biológico, tratándose por tanto de un andamiaje inorgánico nanoestructurado que evita toxicidad a la vez que permite una visualización múltiple y un diagnóstico simultáneo en sistemas terapéuticos avanzados. Por otro lado, se prepararon hidrotalcitas cargadas con partículas elongadas luminiscentes de CdSe@CdS, siendo la delaminación el mejor proceso para la carga debido al mayor tamaño de las nanopartículas, como se detalla en el capítulo 5. Este material híbrido resultó tener más luminiscencia y mayor tiempo de vida que cuando estaba cargado con puntos cuánticos, lo que supone una ventaja y un requisito para observaciones in vitro de tiempos prolongados. En consecuencia, se requieren una menor cantidad de nanopartículas y una menor excitación, lo que implica una menor toxicidad o daño a las células. Con estos resultados remarcamos que la combinación de dos campos como son el óptico y el de los nanomateriales, puede crear herramientos potentes para bioaplicaciones. En el capítulo 6, se usan cultivos celulares incubados con los materiales híbridos detallados en los capítulos 4 y 5 para demostrar la utilidad de esta clase de materiales como agentes de visualización. Observamos una dependencia respecto al diámetro de las nanopartículas y la calidad de los resultados, pero se necesitan más pruebas para esclarecer si esta correlación es verdadera o otros factores como la estructura del material transportador están implicados. Finalmente, en el capítulo 7, detallo como, combinando la especificidad de interacciones biomoleculares y la capacidad de calibrado de las propiedades ópticas de puntos cuánticos y fluoróforos, hemos desarrollado por primera vez un sistema in vitro para detectar fibrosis quística tanto de forma cualitativa (1nanoSi) como cuantitativa (2nanoSi). La novedad de nuestro sistema es el uso de procesos de transferencia de energía (FRET), cuyo mecanismo describe como se produce transferencia de energía de un dador (inicialmente en su estado electrónico excitado) y un aceptor a través de un emparejamiento dipolo-dipolo no radiativo. Para que se dé este proceso debe de haber un buen solapamiento entre la emisión del dador y la absorción del aceptor. Además, es un proceso muy dependiente y limitado por la distancia. Hemos anclado un péptido corto previamente marcado con un derivado de rodamina llamado TAMRA a la superficie de las nanoesferas rellenas de un tipo (1nanoSi, rellenas con CdSe540) o dos tipos (2nanoSi, rellanas con CdSe540 y CdSe660, siendo los números las longitudes de emisión) puntos cuánticos. Estas esferas se funcionalizaron con grupos amino para unir los péptidos marcados con TAMRA. Las secuencias de los péptidos diferían en un solo aminoácido: uno tiene prolina y el otro arginina en su lugar. La gente con fibrosis quística tiene mala digestión de péptidos porque los enzimas proteolíticos tienen problemas para llegar al duodeno, que es donde estos enzimas son activos. Elegimos la tripsina como enzima proteolítico por su especificidad de corte, ya que solo corta tras lisina y arginina pero no si estos van seguidos por prolina. Por tanto, en condiciones sanas, la secuencia peptídica sufrirá corte y no se observará FRET en el péptido que no tiene prolina. Al observar los espectros de emisión de los sistemas 1nanoSi vimso que había FRET debido a un buen solapamiento entre la emisión de los puntos cuánticos verdes (CdSe540) y la absorción del fluoróforo TAMRA. Cuando se produce el corte del péptido por la acción de la tripsina, se rompe este proceso de transferencia de energía y la relación entre la fluorescencia entre el dador y el aceptor cambia: el pico del TAMRA decrece mientras que el de los puntos cuánticos verdes aumenta durante la digestión. Pero estos es solo cualitativo, el sistema necesita un tercer componente que no se vea afectado por el FRET para ser cuantitativo. Decidimos usar puntos cuánticos rojos (CdSe660). Ahora nuestro sistema tenia dos capas (2nanoSi), la más interna rellena con puntos cuánticos rojos y la más externa con puntos cuánticos verdes. Tras observar los espectros de emisión vimos que solo cambiaban los picos de los puntos cuánticos verdes y fluoróforo, en cambio el pico de los puntos cuánticos rojos no variaba, lo que significa que solo se producía FRET entre los CdSe540 y el TAMRA. A pesar del pequeño solapamiento entre la emisión del TAMRA y la absorción de los puntos cuánticos rojos, la distancia entre ellos es demasiado grande y no se produce el FRET. Observamos diferentes comportamientos dependiendo de la concentración de tripsina. Usamos la relación entre la intensidad de fluorescencia entre las dos poblaciones de puntos cuánticos como sensor ratiométrico. Dibujando los valores de esta relación de intensidades a través del tiempo obtuvimos las cinéticas de la digestión para diferentes concentraciones de tripsina. A mayor concentración, más rápida era la digestión. La recta patrón resultante de dibujar los valores experimentales de la relación de intensidades I540/I660 para un tiempo de digestión de 10 minutos demostró una buena linearidad que permite determinar la concetración de enzima a niveles clínicamente relevantes para poder diagnosticar la fibrosis quística. En global, estos resultados nos permiten proponer el sistema 2nanoSi como un sensor ratiométrico de fluorescencia y herramienta para calcular la concentración de tripsina, siendo además un método para detectar la fibrosis quítica y otras enfermedades relacionadas con el páncreas fácil de usar, rápido y no invasivo.