The aim of the thesis "Evaluation of the neurobehavioral effects of manganese exposure on rodents. Influence of stress", is to study and deepen about the manganese (Mn) potential prenatal, postnatal and adult toxic effects on the Central Nervous System (CNS), and about the possible impact of the stress situation on these toxic effects.Mn, as other trace elements, must be between certain limits of concentration in human and animal bodies, to work on well. An over exposition to Mn is associated to changes on CNS, with psychologic and neurologic symptoms, at the beginning the features are psychiatric alterations ("manganese madness"), that are very similar to the esquizofrenic ones. While at the first stages it can revert, at he last stages it persists, being irreversible.Development period is considered especially susceptible to a wide range of toxic expositions. Young animals not only absorve and retention Mn dramatically, but also they had showed a higher relative accumulation of Mn in CNS.Research in neurotoxicology on human beings give us advantages and disadvantages. In epidemiologic studies cause-effect or dose-effect relations can not be detected. Experimental control over the exposition is required to identify the relation between dose and Mn derived effects, in order to avoid this we chose research animals, rodents, to work on them. Mn neurotoxicity has been demonstrated when it is inhaled or injected, while possible toxic effects from Mn oral ingestion has been poorly studied, and data reported are not conclusive. There is also a lack of attention on Mn effects on development.After Mn intoxication symptoms observed in human beings are resembling to Parkinson symptoms, and this coincidence force the research to dopaminergic system, which has been extensively studied in relation to Mn effects. However, nowadays, the study of possible mechanisms of Mn neurotoxic action not only involves dopaminergic system, but also other transmitter systems. On the other hand, physic and psychologic stressors, provoke changes at CNS and more specifically, at dopaminergic system level.Given that, Mn and stressful situations affect, directly or indirectly, dopaminergic system function, Mn exposition at the same time that stress exposition could result as an interaction, increasing or modifying the effects of Mn on the CNS. The aim of this thesis is to assess the neurobehavioral effects of Mn prenatal, postnatal and in adults exposure on rodents and interactions of Mn and stress.Four studies has being done to reach the general goal of this thesis; and in with each one we could assess: Materno-toxic and feto-toxic effects of hydrocortisone (HC) and Mn prenatal exposure. Effects of Mn and stress prenatally exposed on postnatal development. Effects of chronic Mn oral exposure and stress exposure in adults. Neurobehavioral effects of two kinds of stress: restraint and noise.All these assessments gave us data about Mn toxicity: maternal, fetal, developmental and in adult animals. We also evaluated two types of stress models because of the rising interest in the assessment of stressful situations and more specifically in order to know the most suitable model of stress to use, in each case, in the future. / La tesi doctoral que porta per títol "Avaluació dels efectes neuroconductuals de l'exposició a manganès en animals d'experimentació. Influència de l'estrès", vol estudiar i aprofundir en els potencials efectes tòxics del manganès (Mn) sobre el sistema nerviós central (SNC), i la possible influència que les situacions d'estrès exercirien sobre aquesta toxicitat, a nivell prenatal, postnatal i en els éssers ja adults.El Mn, com altres elements essencials, ha de mantenir-se entre uns certs límits de concentració per un funcionament òptim de l'organisme. L'exposició excessiva a Mn està associada amb canvis al SNC, amb símptomes tant psicològics com neurològics, caracteritzats en el seu inici per una alteració psiquiàtrica ("bogeria mangànica") que recordaria força a l'esquizofrènia. Mentre que en fases inicials pot ser reversible, el manganisme més avançat persistiria, essent irreversible.El període del desenvolupament es considera especialment susceptible a un ampli rang d'exposicions tòxiques. Els animals molt joves no només absorbeixen i retenen Mn de manera excepcional sinó que també han mostrat una acumulació relativa més gran del Mn al SNC.Els estudis de neurotoxicitat del Mn conduïts en poblacions humanes comporten avantatges i desavantatges. En els estudis epidemiològics, les relacions causa-efecte o dosi-efecte no poden ser identificades. Es requereix el control experimental sobre l'exposició per poder identificar clarament relacions entre la dosi i l'efecte del Mn, d'aquí l'elecció de treballar amb animals d'experimentació, rosegadors.La neurotoxicitat del Mn ha estat demostrada quan aquest és inhalat o bé administrat per via parenteral. En canvi, els possibles efectes derivats del consum elevat de Mn per via oral han estat poc estudiats i no existeixen dades concloents al respecte. Així mateix, els efectes del Mn sobre el desenvolupament han rebut poca atenció.La simptomatologia observada en humans després de la intoxicació per Mn és semblant a la observada en la malaltia de Parkinson, la qual cosa ha fet que el sistema dopaminèrgic hagi estat àmpliament estudiat en relació als efectes del Mn. Tot i que en l'actualitat els possibles mecanismes de l'acció neurotòxica del Mn no es centren només en aquest sistema. Per altra banda, els estressors tant físics com psicològics, provoquen canvis a nivell de SNC, i concretament a nivell del sistema dopaminèrgic.Donat que el Mn i l'estrès afecten de forma directa o indirecta el funcionament del sistema dopaminèrgic, l'exposició concurrent a Mn i estrès es pot manifestar com una interacció, augmentant o modificant els seus efectes sobre el SNC. L'objectiu general d'aquest treball ha estat dirigit a avaluar els efectes neuroconductuals de l'exposició a Mn en rosegadors sobre la toxicitat materna, fetal, postnatal i en el subjecte adult, així com la influència que l'estrès pot exercir en aquesta exposició. En concret s'han fet 4 estudis per aconseguir l'objectiu general d'aquesta tesi; i en cadascun d'ells s'han estudiat:Els efectes materno i feto-tòxics de l'exposició prenatal a hidrocortisona (HC) i manganès (Mn), administrats s.c. (subcutani) Els efectes de l'exposició prenatal a Mn (administrat s.c.) i estrès en el desenvolupament postnatal. Els efectes de l'exposició crònica en adults a Mn i estrès, administrat via oral. Els efectes neuroconductuals de dos tipus d'estrès: estrès per immobilització i estrès per soroll.Mitjançant aquests estudis s'han obtinguts resultats que ens donen informació sobre la toxicitat: materna, fetal, durant el desenvolupament i en els animals adults. També hem avaluat diferents tipus o models d'estrès degut al gran interès que té l'avaluació de l'estrès i, en concret, la idoneïtat del model d'estrès a utilitzar en cada cas i en el futur.

Enzymes are high-weight molecules which catalyze most of the metabolic processes in living organisms. Very often, these proteins contain one or more 1st row transition metal ions in their active center (Fe, Cu, Co, Mn, Zn, etc.), and are known as metalloenzymes or metalloproteins. Among these, metalloenzymes that activate molecular oxygen and use it as terminal oxidant stand out because of the wide range of catalyzed reactions and their exquisite selectivity. In this PhD dissertation we develop low-weight synthetic bioinspired complexes that can mimic structural and/or functional features of the active center of oxigenases. In the first part, we describe the use of unsymmetric dinuclear Cu complexes which are capable of performing the oxidation of phenols and phenolates in a analogous manner of the tyrosinase protein. In the second part, we describe the use of mononuclear manganese complexes in the oxidation of alcanes and alquenes. / Els enzims són molècules d’elevat pes molecular que catalitzen la majoria de processos metabòlics en els éssers vius. Sovint aquestes proteïnes contenen un o diversos ions metàl•lics de la 1a sèrie de transició en el seu centre actiu (Fe, Cu, Co, Mn, Zn, etc.), essent anomenats metal•loenzims o metal•loproteïnes. D’aquests, els metal•loenzims que activen la molècula d’oxigen i l’utilitzen com a oxidant ressalten per la varietat de reaccions catalitzades i la seva exquisida selectivitat. En aquesta tesi doctoral, desenvolupem complexos de baix pes molecular que puguin mimetitzar estructural i/o funcionalment els centres actius de les oxigenases. En una primera part, es descriu la utilització de complexos assimètrics dinuclears de Cu capaços de dur a terme l'oxidació de fenols i fenolats de manera similar a la proteïna tirosinasa. En una segona part, es descriu l'ús de complexos mononuclears de manganès per a l'oxidació d'alcans i alquens.

The catalytic asymmetric oxidation of alkenes has special interest from both industrial and academic points of view. For this reason, catalysts able to perform these reactions in a faster and more effective manner have been developed along the latest years. This thesis describes the synthesis of new N-donor ligands (one bidentate, one bridging tetradentate and a family of spiro tetradentate), some of them chiral. The coordination of these ligands to different manganese salts is also described, giving mono-, bi- and pentanuclear complexes that have been fully characterized through structural, spectroscopic, electrochemical and magnetic techniques, using in some cases computational calculations. All complexes have been evaluated as catalysts for the epoxidation of aromatic and aliphatic alkenes. The effect of additives and ionic liquids in the catalytic media has also been studied, giving in general better results and allowing the catalyst reusability. Finally, the nature of some intermediate catalytic species was investigated. / Les reaccions catalítiques d'oxidació asimètrica d'alquens tenen una gran importància tant des d'un punt de vista acadèmic com industrial. Per aquest motiu en els darrers anys s'han desenvolupat catalitzadors capaços de portar a terme aquestes reaccions d'una forma més ràpida i eficaç. En aquesta tesi es descriu la síntesi de nous lligands N-donors (un bidentat, un tetradentat pont i una família de tetradentats spiro), alguns d'ells quirals. S'ha estudiat la coordinació d'aquests lligands a diferents sals de manganès generant complexos mono-, di- o pentanuclears que s'han caracteritzat exhaustivament mitjançant tècniques estructurals, espectroscòpiques, electroquímiques i magnètiques, utilitzant en alguns casos mètodes computacionals. S'ha avaluat l'activitat catalítica dels complexos en l'epoxidació d'alquens aromàtics i alifàtics i s'ha estudiat l'efecte que tenen els additius i líquids iònics en el medi catalític, que han portat generalment a millors resultats i han permès la reutilització del catalitzador. Finalment s'ha estudiat la naturalesa d'alguns intermedis catalítics.

En aquest treball de tesi doctoral es presenta l’estudi del magnetisme de diferents materials de naturalesa metal•lorgànica emmarcats en diferents famílies. Per un cantó, tenim molècules d’alt espí amb anisotropia magnètica uniaxial negativa. Aquesta anisotropia genera una barrera d’energia en aquestes molècules que impedeix al moment magnètic girar lliurement i l’orienta de forma preferent en una direcció de l’espai. El moment magnètic pot canviar el seu sentit d’orientació superant la barrera d’energia de forma clàssica per activació tèrmica o quànticament per efecte túnel. Aquesta propietat es pot utilitzar per aplicacions tecnològiques d’aquestes molècules en el camp de la gravació magnètica d’ultra-alta densitat o en el camp de la computació quàntica, com a qubits magnètics. En la primera part d’aquesta tesi es presenten els estudis de les propietats magnètiques d’algunes d’aquestes molècules pertanyents a la família del Mn12, en diferents entorns (des de monocristalls fins a partícules polimèriques passant per dissolucions), així com noves tècniques de caracterització magnètica d’aquestes molècules com és el dicroisme circular magnètic. Aquest mètode ens permet per primera vegada mesurar alguns fenòmens de física fonamental en aquestes molècules mitjançant caracterització magneto-òptica, com és ara l’efecte túnel del moment magnètic macroscòpic. En el segon bloc d’aquesta tesis es presenta l’estudi del magnetisme d’una nova família de materials nanoporosos altament innovadors, sintetitzats a partir de radicals trifenilmetílics perclorats (PTM), funcionalitzats amb diferents grups carboxílics. L’ús d’aquests radicals ens ha portat a l’obtenció no només de materials nanoporosos amb un alt grau de porositat i unes propietats magnètiques destacables. La cristal•lització d’aquests radicals ha permès la obtenció del primer ferromagnet nanoporós purament orgànic, amb una temperatura de transició del ordre de 125 mK. La cristal•lització de combinacions d’aquests radicals amb ions de metalls de transició en la aproximació metal-orgànica ha donat lloc a varis sistemes notables. La combinació de ions de Cu(III) amb radicals PTM ens permet obtenir la primera esponja magnètica, material nanoporós amb uns 3 nm de diàmetre i amb propietats de pèrdua i reabsorció de solvents reversibles i detectables a través de les seves propietats magnètiques, convertint-se per tant en un sensor magnètic selectiu a certs dissolvents. Per altra banda, la combinació de ions de Co(II) amb els radicals PTM ens porta a la primera estructura nanoporosa magnètica formada per sistemes helicoïdals no inter penetrats i que presenta uns fenòmens de relaxació lenta molt inusuals: aquesta relaxació presenta una forta dependència amb el camp magnètic aplicat y pot ser descrita mitjançant el model de Davidson-Cole. Així doncs, en aquesta tesi es presenten l’estudi de les propietats magnètiques de diversos materials diferents les propietats dels quals poden ser aprofitades sens dubte per aplicacions d’alt nivell tecnològic que van des de la computació quàntica a sensors magnètics de baixa temperatura, passant per la gravació magnètica d’alta densitat. Els resultats presentats han donat lloc a una sèrie de publicacions en revistes científiques d’alt nivell que es detallen a continuació: 1. Gerbier Ph., et al., Synthesis and Characterization of a [Mn12O12(O2CR)16(H2O)4] Complex Bearing Paramagnetic Carboxylate Ligands. Use of a Modified Acid Replacement Synthetic Approach, Monatshefte für Chemie 134 (2003) 265-276 2. Maspoch D.,et al., A nanoporous molecular magnet with a reversible solvent-induced mechanical and magnètic properties, Nature Materials, 2 (2003) 190-195 3. Ruiz-Molina D.,et al., Isolated Single-Molecule Magnets on the Surface of a Polymeric Thin Film, Advanced Materials, 15 (2003) 42-45 4. Domingo N., et al., Synthesis and Characterization of a new chiral nanomagnet, Polyhedron, 22 (2003) 2355-2358 5. Domingo N., et al., Magnetism of Isolated Mn12 Single-molecule Magnets Detected by Magnetic Circular Dichroism: Observation of Spin Tunneling with a Magneto-optical Technique, Physical Review B 69 (2004) 052405 6. Maspoch D., et al., Self-assembly of a Dicarboxylic Radical: a New Pure Organic Robust Paramagnetic Nanoporous Molecular Material, Journal of the American Chemical Society, 126 (2004) 730-731 7. Maspoch D., et al., A New Robust Nanoporous Pure Organic Magnet, Angewandte Chemie Int. Ed. 43 (2004) 1828-1832 8. Gerbier Ph., et al., Chiral, single-molecule nanomagnets: synthesis, magnètic characterization and natural and magnètic circular dichroism, Journal of Materials Chemistry 14 (2004) 2455-2460 9. Maspoch D., et al.,Open-shell nanoporous salts formed by the supramolecular assembly of a polycarboxylate perchlorinated triphenylmethyl radical and a Co(bpy)3]2+ cation, Crystal Engineering Communications, 6 (2004) 573 - 578 10. Maspoch D., et al., Carboxylic-substituted Polychlorotriphenylmethyl Radicals, New Organic Building-Blocks to Design Nanoporous Magnetic Molecular Materials, Comptes Rendus Chemie 8 (2005) 1213-1225 / This work shows the study of magnetism of different metal-organic materials from different families. On one side, there are the high spin molecules with negative uniaxial magnetic anisotropy. This anisotropy is the origin of an energy barrier in this type of molecules that blocks the orientation of magnetic moment in a single direction of the space. The magnetic moment can change the sense of its orientation in two ways: classically, by thermal activation over the energy barrier, or in a quantic manner, by quantic tunneling effect of the macroscopic magnetic moment through the energy barrier. This property allows thinking about applications of these type of molecules for ultra-high density magnetic recording and quantum computing, as magnetic qubits. The first part of this thesis is devoted to the study of the magnetic properties of some of this molecules of the Mn12 family, in different environments (from monocrystals to polymeric thin films and dissolutions), as well as new characterization techniques for the magnetic characterization of these molecules such as magnetic circular dichroism. This technique, allowed for the first time the measurement of some fundamental physics phenomena in this molecules through magneto-optical characterization, such as the quantum tunneling of the macroscopic magnetic moment. The second part of this thesis is devoted to the study of the magnetic properties of a new family of nanoporous metal-organic and pure organic materials, synthesized on the basis of perclorated triphenylmethyl radicals (PTM), functionalized with different carboxylic groups. The use of this radicals lead to nanoporous materials with a very high degree of porosity combined with interesting magnetic properties. For example, it is shown the first pure organic nanoporous ferromagnet, with a transition temperature of the order of 125 mK. The combination of these radicals with transition metal ions in the metal-organic approximation, also lead to interesting systems. The combination with Cu(III) ions with PTM radicals lead to the first nanoporous magnetic sponge, with reversible properties of solvent absorption-desorption that can be monitorized through its magnetic properties, thus becoming a low temperature magnetic sensor with solvent selectivity. Finally, the combination of Co(II) ions with PTM radicals lead to the firms nanoporous magnetic structure with non-interpenetrated helical networks that show an unusual slow relaxation of the magnetization; this relaxation shows a strong dependence with the magnetic field and can be described with the Davidson-Cole model.