El treball que es presenta en aquesta tesi doctoral és la continuació i ampliació de la feina feta en el nostre grup en els darrers anys sobre el metal·lacarborà cobalto-bis(dicarballur). Amb la finalitat de la seva aplicació com a components de materials moleculars, calia com a objectiu inicial la síntesi i caracterització de nous derivats en els àtoms de carboni i de bor del clúster, així com l'estudi teòric d'alguns d'aquests compostos que presentaven propietats que no s'havien observat fins al moment. A partir d'aquests compostos s'han buscat aplicacions en els camps del tractament de residus nuclears, motors sintètics moleculars i en el camp de la biomedicina. Finalment i per ampliar el coneixement en el camp dels carborans, s'han fet estudis teòrics del pKa de nido-carborans, s'ha estudiat tant teòrica com experimentalment la reacció de cloració de l'anió [Ph-CB9H9]- i s'ha participat en l'elaboració d'un treball d'interaccions intermoleculars entre molècules de iode i fosfino-carborans.Pel que fa a la síntesi de derivats en els àtoms de carboni, s'han obtingut productes substituïts amb àtoms de fòsfor i de sofre. En el primer cas l'àtom de fòsfor fa de pont entre les dues caixes de dicarballur de manera semblant als derivats del ferrocè anomenats ferrocenofans. Pel que fa als derivats de l'anió cobalto-bis(dicarballur) amb sofre s'han obtingut derivats disubstituïts amb funcions tioèter a partir dels disulfurs orgànics apropiats, i altres en què l'àtom o àtoms de sofre estan pinçant les dues caixes de dicarballur. Les substitucions en els vèrtexs de bor s'han treballat en tres vies diferents. La primera és l'halogenació de l'anió cobalto-bis(dicarballur) amb àtoms de clor, brom i iode emprant diferents mètodes, tant en dissolució com en estat sòlid. S'ha estudiat en més detall la reacció de cloració per la importància dels seus compostos en l'extracció de radionúclids. La segona via que s'ha treballat consisteix en la formació d'enllaços B-C utilitzant les condicions de reacció ben establertes per l'acoblament C-C com la reacció de Kumada o la de Heck. La tercera via parteix ja d'un oxo-derivat de l'anió 1, el zwitterió [8-OC4H8O-1,2-(C2B9H11)2]- (43). Aquest té l'oxigen enllaçat al B(8) fet que el fa que estigui carregat positivament, i per tant susceptible a l'atac de nucleòfils. S'han sintetitzat i caracteritzat un ampli ventall de compostos utilitzant diversos nucleòfils com alcohols, àcids, reactius de grignard, tiols, carborans i tiocarborans. Alguns dels compostos sintetitzats en aquest treball s'han aplicat en diversos camps. Els derivats clorats del cobalto-bis(dicarballur) s'han provat com a agents sinèrgics en l'extracció selectiva de radionúclids amb resultats interessants en quant a la millora de la selectivitat quan s'usen aquests compostos. També s'ha provat la incorporació del metal·lacarborà cobalto-bis(dicarballur) en màquines moleculars, i més concretament en rotors del tipus rotaxà. S'han sintetitzat i caracteritzat nous rotaxans a fi d'estudiar l'efecte intramolecular o intermolecular del clúster de bor en la dinàmica d'aquest tipus de molècules. D'altra banda s'han utilitzat alguns dels oxo-derivats en el vèrtex B(8) en la investigació antimicrobiana i en el tractament en cèl·lules tumorals. Finalment, tot i que els objectius d'aquest treball es centraven en el metal·lacarborà cobalto-bis(dicarballur) també s'ha fet un estudi teòric de carborans tenint en compte que aquests són part del cobalto-bis(dicarballur). En primer lloc s'ha volgut ampliar l'estudi de cloració fet a l'anió 1 sobre un altre clúster de bor. L'anió [Ph-CB9H9]- (86) mostra l'interès de tenir dos punts de reactivitat molt diferent, els vèrtex aromàtics C-H i els del clúster B-H. Per altra banda s'ha buscat un mètode teòric per tal de calcular l'acidesa de nido-carborans mitjançant una metodologia ràpida i senzilla. Per últim s'ha realitzat un estudi que tracta les interaccions entre els fosfinocarborans i el iode. És interessar observar el cas del compost [1-Me-2-PPh2-1,2-C2B10H10] (99) on l'addició de iode no provoca una disminució de la interacció entre ambdós àtoms, indicant la formació d'una estructura del tipus P···I-I···P. Aquest tipus d'estructura també es troba en estat sòlid tal com demostra l'estructura de raigs X. / The work presented in this manuscript is the continuation and extension of the work done in our group during the last years on the cobaltabisdicarbollide metallacarborane. To apply these molecules as components of molecular materials, the initial objectives were the synthesis and characterization of new derivatives of cobaltabisdicarbollide on the carbon and boron vertices of the cluster, as well as a theoretical study of some of these compounds that presented properties not previously observed. The second objective was the application of some of these compounds to different fields such as the treatment of nuclear waste, molecular synthetic motors and in biomedicine. Finally, work on carboranes has also been done as these are part of metallacarboranes. Theoretical calculations of pKa values of nido-carboranes have been done. It has been studied both theoretically and experimentally the chlorination reaction of the anion [Ph-CB9H9]-. Also the intermolecular interaction between iodine molecules and phosphino-carboranes has been studied by computational methods.Concerning the synthesis of carbon functionalized compounds, products substituted with phosphorus and sulphur have been obtained. In the first case the phosphorus is bridging the two dicarbollide cages in a way similar to the already known ferrocene derivatives called ferrocenophanes. Sulphur derivatives of cobaltabisdicarbollide have been obtained as disubstituted molecules with thioether groups obtained from the appropriate organic disulfides. C,C bridging molecules in which one or two sulphur atoms bridge both dicarbollide cages have also been obtained. Boron substituted vertices have been studied in three different ways. The first concerns halogenation of cobaltabisdicarbollide anion with chlorine, bromine and iodine atoms by using different methods, such as solution or solid state reactions. It has been studied more deeply the chlorination reaction because of the importance of these compounds on the extraction of radionuclides. The second way studied concerning the derivatization of 1 refers to the formation of B-C bonds by using either Kumada reaction or Heck reaction conditions. The third way of cobaltabisdicarbollide derivatization has as the starting product the oxo-derivative of 1, the zwitterion [8-OC4H8O-1,2-(C2B9H11)2]- (43). This compound has an oxygen atom bonded to the B(8) vertex with a positive charge and this position is susceptible to the attack by nucleophiles. We have synthesized and characterized a wide range of compounds by using different nucleophiles such as alcohols, acids, Grignard reagents, thiols, carboranes and thiocarboranes. Some compounds synthesized during this work have been used in different applications. Chlorinated derivatives of cobaltabisdicarbollide have been tested as synergic agents in the selective extraction of radionuclides for nuclear waste treatment. It has been tested the incorporation of metallacarborane cobaltabisdicarbollide in molecular machine structures, and more precisely in rotors like organic molecules called rotaxanes. We have synthesized and characterized new rotaxanes specially designed to study intramolecular or intermolecular effects of the boron cluster in the dynamics of this kind of molecules. Moreover, some oxo-derivatives at the B(8) vertex of cobaltabisdicarbollide have been applied in the research of antimicrobial and antitumoral treatments. Finally and although the aims of this work were centered on cobaltabisdicarbollide, some theoretical and experimental studies on carboranes have been done taking into account that these are part of the cobaltacarborane. Firstly we would like to improve the understanding of the chlorination reaction, extending the work done for 1 to other boron clusters. Anion [Ph-CB9H9]- (86) was selected because it has two very different reactivity points, aromatic C-H groups and B-H cluster vertices. On the other hand we have described a theoretical method to calculate the acidity of nido-carboranes by means of a fast, reliable and simple methodology. Finally, the last part of the manuscript was focused on interactions between phosphino-carboranes and iodine. It is remarkable the behaviour of compound [1-Me-2-PPh2-1,2-C2B10H10] (99), where upon addition of iodine the decrease of the interaction can't be observed. This behaviour can be explained by the formation of a P···I-I···P moiety, which can be observed in solid state by its x-ray crystal structure.

Este trabajo aborda el estudio teórico de la interacción entre oxígeno molecular y complejos biomiméticos de distintos metales de transición (LM-O2, M = Cu, Ni, Mn), mediante una estrategia computacional que combina cálculos con el método Difference-Dedicated Configuration Interaction (DDCI) y el análisis Valence Bond ortogonal (OVB) de la función de onda del estado fundamental. Se han analizado principalmente dos aspectos: (i) la identificación del estado fundamental y la posición relativa de los estados más bajos en energía y (ii) la extensión de la transferencia de carga entre los fragmentos LM y O2. Esta estrategia es especialmente adecuada para sistemas que presentan un carácter superóxido/peróxido intermedio, para los que las asignaciones experimentales concitan serias dudas. / The present work deals with the theoretical study of the interaction between molecular O2 and different transition metal biomimetic complexes (LM-O2, M = Cu, Ni, Mn), by means of a computational strategy combining Difference-Dedicated Configuration Interaction (DDCI) calculations and an Orthogonal Valence Bond (OVB) analysis of the ground state wave functions. Two main aspects have been analyzed: (i) the identification of the ground state and the relative position of the low-lying states and (ii) the extension of the charge transfer between the LM and O2 fragments. This strategy is particularly suited for systems presenting an intermediate superoxide/peroxide character, where the experimental assignments raise serious doubts.

L'expressiódels gens obtinguts de l'anàliside microarrays s'utilitza en molts casos, per classificar les cèllules. En aquestatesi, unaversióprobabilística del mètodeDiscriminant Partial Least Squares (p-DPLS)s'utilitza per classificar les mostres de les expressions delsseus gens. p-DPLS esbasa en la regla de Bayes de la probabilitat a posteriori. Aquestsclassificadorssónforaçats a classficarsempre.Per superaraquestalimitaciós'haimplementatlopció de rebuig.Aquestaopciópermetrebutjarlesmostresamb alt riscd'errors de classificació (és a dir, mostresambigüesi outliers).Aquestaopció de rebuigcombinacriterisbasats en els residuals x, el leverage ielsvalorspredits. A més,esdesenvolupa un mètode de selecció de variables per triarels gens mésrellevants, jaque la majoriadels gens analitzatsamb un microarraysónirrellevants per al propòsit particular de classificacióI podenconfondre el classificador. Finalment, el DPLSs'estenen a la classificació multi-classemitjançant la combinació de PLS ambl'anàlisidiscriminant lineal.

En aquesta tesi ens centrem en les estructures d'or i la seva activitat catalítica. La tesi discuteix la producció d'epòxid de propè sobre les superfícies d'or, el mecanisme de formació de sistemes monodimensionals de gran interès tecnològic i la modelització de nanopartícules de sistemes reals amb activitat catalítica en processos essencials com l'activació de l'oxigen molecular.En general, els resultats aporten detalls acurats dels processos estudiats en total concordança amb la bibliografia com, per exemple, que l'epoxidació sobre la superfície d'Au(111) no és el camí més favorable o que el mecanisme de formació de nanofils be determinat per l'augment de coordinació dels àtoms que interaccionen. Igualment s'aclareix on i com succeeix la reacció de dissociació d'O2 sobre les nanopartícules d'or, delimitant la mida de les partícules actives. A més la tesis inclou simulacions microcinètiques per a optimitzar els processos que poden tindre lloc a la industria. / In this thesis we focus on the structures of gold and its catalytic activity. This thesis discusses about the production of propylene epoxide on gold surface, the formation mechanism of mono-dimensional systems with technological interest as well as the modelling of real nanoparticles with catalytic activity on essential processes such as molecular oxygen activation.In general, the results provide accurate details of the studied processes in agreement with the literature. For instance, that the epoxidation process on Au(111) surface is not the most favourable way; or that the formation mechanism of nanowires is determined by increased coordination of binding atoms. The results also illustrate where and how the reaction of O2 dissociation occurs on gold nanoparticles, delimiting the size of active particles. In addition, the thesis includes microkinetic simulations to optimize the processes that could be in industry.

La present tesi s'ha desenvolupat dintre de la línia de recerca que el grup té sobre el desenvolupament de nous sorbents polimèrics per a aplicar-los com a sorbents en extraccions en fase sòlida. En aquest cas, els sorbents sintetitzats són altament selectius per a la molècula d'interès i es coneixen com a sorbents d'empremta molecular. Pel que fa al mètode de síntesi s'han explorat diferent tipus de polimeritzacions així com diferents tipus d'interacció entre els components que constitueixen el polímer a fi de millorar tant el procés de síntesi com el reconeixement de la molècula objectiu un cop obtingut el polímer per tal d'obtenir extraccions altament selectives. Aquest sorbents s'han aplicat per a l'extracció de compostos considerats com a contaminants orgànics emergents en mostres tant d'orina humana com aigües de riu o de depuradora amb resultats satisfactoris en tots els casos, demostrant que aquest sorbents són una bona opció a l'hora de realitzar extraccions altament selectives. / The present thesis has been developed within the research trend that the group has on the development of new polymeric materials for their used as sorbents in solid-phase extraction. In this case, the sorbents synthesised are highly selective for the molecule of interest and are known as molecularly imprinted polymers. Regarding the synthesis of these polymers, several polymerisation protocols as well as several kinds of interactions that can be established between all the components involved in the synthesis of the polymers have been exploited. The sorbents obtained were further applied in the selective extraction of several compounds framed within the group of emerging organic pollutants from human urine, river water or effluent water from sewage plants. In any case, a successful extraction of the target analyte was easily achieved by using any of the sorbents developed, thus proving that these sorbents are a good option when aiming to selectively extract the compound of interest from highly complex matrices.

Durant molt temps, catàlisi homogènia ha estat gairebé sinònim amb catàlisi amb met¬alls de transició, amb un petit espai reservat a la biocatàlisi. Les coses han canviat molt en els últims anys. Des d'aproximadament l'any 2000, l'organocatàlisi, on el catalitzador és una molècula orgànica petita, sovint amb propietats quirals, ha crescut ràpidament fins a esdevenir un dels camps més importants de la química orgànica. A mesura que el camp de la investigació s'expandeix, el coneixement mecanístic esdevé més crítica per entendre les subtileses de la reacció i ajudar en el desenvolupament de processos més eficients. La química teòrica, amb la seva capacitat per localitzar els intermedis i estats de transició, pot ser molt útil en aquesta direcció. Aquesta tesi tracta de l'estudi com¬putacional del mecanisme de tres reaccions organocatalítiques representatives. 1. Hidroxialquilació Friedel-Crafts asimètrica d'indoles catalitzada per àcids de Brønsted quirals La catàlisi per àcids de Brønsted quirals és una àrea de ràpid creixement en organocatàlisi. L'aigua és una de les molècules més simples que pot actuar com a àcid de Brønsted. La coordinació de les molècules d'aigua a la funció carbonil en reaccions de Diels¬Alder i reordenaments de Claisen resulta en un increment de la velocitat de reacció. Carmona i col•laboradors van utilitzar una molècula d'aigua unida a un fragment d'iridi quiral com a catalitzador àcid de Brønsted per produir una reacció Friedel¬Crafts (FC) entre acetat de 3,3,3-trifluoromethylpyruvat i indole a baixa temperatura. Basant¬se en els seus resultats experimentals, hem dut a terme un estudi computacional en el mecanisme d'aquesta reacció i avaluat el paper catalític del complex de l'aigua amb iridi en aquesta reacció. La primera etapa de la reacció és la formació d'un enllaç C¬C juntament amb la transferència d'un protó de la molècula d'aigua al substrat, el segon pas és la l'etapa determinant, consistent en la transferència d'un protó de l'indole cap al grup OH provinent de la molècula d'aigua. El paper catalític del complex metàl.lic és la modulació de les propietats àcid / base de l'aigua coordinada, ja que la molècula d'aigua actua com a donador i acceptor de protons en les diferents etapes. Hem estat també capaços d'explicar l'origen de la l'estereoselectivitat del procés, que és el resultat d'una combinació subtil de les interaccions no covalents, tant atractives com repulsives, entre el catalitzador i el substrat. 2. Mecanisme de la síntesi enantioselectiva d'una cetona de Wieland-Miescher La cetona Wieland¬Miescher (WM) és un intermedi clau per a moltes reaccions. La preparació eficaç dels compostos de tipus cetona Wieland¬Miescher amb alta enantioselectivitat és per tant un desafiament en química orgànica. En un intent d'abordar aquest problema, el grup de Bonjoch ha dut a terme una síntesi enantioselectiva d'alta eficiència d'una cetona WM utilitzant N¬Ts¬(Sa)¬binam¬L¬prolinamida com a organocatalitzador, sota condicions lliures de dissolvent amb l'assistència d'àcid benzoic. El pas clau és una reacció d'anul • lació de Robinson, el procés requereix un 1% en mols de trietilamina com a base per a la reacció de Michael inicial i un 1% en mols de N¬Ts¬(Sa)¬Binam¬L¬prolinamida i 2,5% en mols d'àcid benzoic per a la reacció aldòlica intramolecular. Es va estudiar el mecanisme de la reacció aldòlica intramolecular en col • laboració amb el grup experimental. Hem estat capaços d'aclarir el mecanisme de la reacció amb prolinamida. Segueix les tendències generals del mecanisme amb prolina, amb l'important matís que la presència d'un àcid carboxílic com a co¬catalitzador és necessària en els passos inicials de la reacció, en particular per a la formació del intermedi imini. En contrast, l'àcid carboxílic no té cap efecte sobre la enantioselectivitat, perquè surt del sistema després de la formació de l'enamina, i està absent en l'estat de transició que condueix a la formació d'enllaços C¬C, on es decideix la enantioselectivitat de la reacció. L'origen de l'enantioselectivitat de la reacció també s'ha aclarit. Es basa en la rigidesa del catalitzador, que té dos punts d'ancoratge per al substrat, el doble enllaç C = N format a l'intermedi enamina, i els enllaços d'hidrogen NH ... O entre el catalitzador i el substrat. El substrat s'ha de distorsionar per unir¬se adequadament a aquest punts d'ancoratge, i aquesta distorsió és menor per a l'estat de transició que condueix a l'enantiòmer afavorit. 3. Mechanisme de la reacció de cicloaddició [4+2] catalitzada per derivats quirals de l'àcid fosfòric Els compostos heterocíclics amb àtoms de nitrogen i oxigen són abundants en la naturalesa i exhibeixen una àmplia gamma de propietats biològiques interessants, incloent comportament antihipertensiu i anti¬isquèmic. Els grups piranobenzopirà i furanobenzopirà, amb tres anells fusionats, són particularment interessants. Un enfocament atractiu per a la síntesi d'aquests compostos és una cicloaddició [4 +2] entre una hidroxibenzaldimina i un furà. Aquesta reacció és catalitzada per derivats d'àcid fosfòric. Hem analitzat en detall els resultats contradictoris publicats recentment pels grups de Fochi i Rueping. Fochi i col • laboradors van publicar el 2010 la síntesi de furanobenzopirans fusionats en cis mitjançant la cicloaddició [4 +2] amb demanda electrònica inversa (IED) de ο¬hidroxibenzaldimines amb 2,3¬dihidro¬2H-furà (DHF) catalitzada per derivats d'àcid fosfòric amb (S)¬BINOL. En el mateix any, Rueping i Lin van publicar la síntesi de furanobenzopirans fusionats en trans a partir dels mateixos reactius però amb un catalitzador del tipus (S)¬BINOL derivat de la N-triflilfosforamida. Els mateixos reactius i catalitzadors lleugerament diferents produeixen diferents diastereòmers del producte. L'estat de transició per a l'atac del furà a l'adducte entre hidroxibenzldimina i catalitzador controla la selectivitat del procés. Els enllaços d'hidrogen juguen un paper crític en l'estructura de l'estat de transició, però la seva força no decideix la selectivitat. Els estats de transició d'energia més baixa tenen un enllaç d'hidrogen, mentre que alguns estats de transició d'energia més alta en tenen dos de força similar. La selectivitat està controlada per interaccions atractives anell¬anell entre catalitzador i substrats. Els estats de transició d'energia afavorits tenen més interaccions, o les tenen amb distàncies més curtes (i per tant, probablement més fortes). La diferència entre el derivat de l'àcid fosfòric amb (S)¬BINOL (sistema de Fochi), que porta a un furanobenzopirà fusionat en cis, i el derivat de N¬triflylfosphoramida amb S)¬BINOL (sistema de Rueping), que porta a un furanobenzopirà fusionat en trans, va poder ser reproduida i explicada. La presència del substituent triflil sobre l'àtom de nitrogen del sistema de Rueping limita les possibles orientacions de l'àtom d'hidrogen sobre el mateix centre, i com a resultat impedeix l'orientació òptima de l'anell de furà clau per estabilitzar l'estat de transició que condueix al producte fusionat en cis. Com a resultat, el catalitzador de Rueping porta al producte fusionat en trans. Aquest impediment no existeix en el sistema de Fochi, que per això dóna lloc al producte fusionat en cis. 4. Observacions generals Hem estudiat tres processos organocatalíticas diferents que condueixen a productes quirals amb mètodes del funcional de la densitat (DFT) i amb mètodes híbrids funcional de la densitat / mecànica molecular (DFT / MM), i hem estat capaços d'obtenir un acord raonable amb els resultats experimentals, i de donar explicacions qualitatives per l'origen de l'enantioselectivitat en cadascun dels casos. L'estudi computacional de l'organocatàlisi enantioselectiva s'assembla molt a la de la catàlisi enantioselectiva amb metalls de transició, però hi ha alguns matisos significatius. En primer lloc, la descripció electrònica del sistema organocatalític és, en principi, més fàcil, tot i que la introducció de les correccions de dispersió és obligatori, com en qualsevol procés en què les interaccions estèriques poden tenir un paper important. En segon lloc, els problemes relacionats amb la complexitat isomèrica i conformacional són molt més crítics en organocatàlisi. La densitat dels isòmers conformacionals d'energia baixa és molt més gran, i això planteja una complicació en l'esforç que ha de ser fet per obtenir barreres d'energia quantitativament precises. El conjunt del treball d'aquesta tesi es confirma poder de la química computacional per a l'estudi de l'organocatàlisi quiral. També dóna una idea dels diferents mecanismes pels quals la enantioselectivitat es pot transmetre en organocatàlisi: des de les interaccions estèriques habituals entre catalitzador i el substrat, fins al paper clau de la rigidesa catalitzador observada en el sistema prolinamida. El camp de l'organocatàlisi enantioselectiva computacional està tot just començant, i podem esperar nous resultats interessants en el futur pròxim. / For a long time, homogeneous catalysis was almost synonymous with transition metal catalysis, with a small niche reserved to biocatalysis. Things have changed very much in recent years. Since about the year 2000, organocatalysis, where the catalyst is a small organic molecule, often with chiral properties, has grown rapidly to become one of the most important fields in organic chemistry. As the research field is expanding its role, mechanistic knowledge becomes more critical to understand the reaction modes and as¬sist in the development of more efficient processes. Theoretical chemistry, with its abil¬ity to locate intermediates and transition states, can be very helpful in this concern. This thesis is devoted to the computational study of the mechanism of three representative organocatalytic reactions. 1. Asymmetric Friedel-Crafts hydroxyalkylation of indoles catalyzed by chiral Brønsted-acids Chiral Brønsted¬acid catalysis is a rapidly growing area of organocatalysis. Water is one of the simplest molecules with Brønsted–acid capabilities. The coordination of water molecules to the carbonyl function in Diels–Alder reactions and Claisen rearrangements results in the enhancement of the reaction rate. Carmona and co¬workers used a water molecule attached to a chiral iridium fragment as a Brønsted–acid catalyst to yield the Friedel–Crafts (FC) reaction between ethyl 3,3,3 trifluoromethylpyruvate and indole at the low temperature. Based on their experimental results, we have carried out a computational study on the mechanism of this reaction and evaluated the catalytic role of the metal complex and water in this reaction. The mechanism of this reaction is stepwise, the first step is the formation of a C¬C bond together with the transfer of a proton from water molecule to the substrate; the second step is the rate determining one, which is the transfer of a proton from indole to the ¬OH moiety of the water molecule. The catalytic role of the metal complex is the modulation of the acid/base properties of the coordinated water, and the water molecule acts as a proton donor and acceptor. We have been also able to explain the origin of the the stereoselectivity of the process, which is a result of a subtle combination of the non¬covalent interactions, both attractive and repulsive, between catalyst and substrate. 2. Mechanism for the enantioselective synthesis of a Wieland-Miescher ketone The Wieland¬Miescher (W¬M) ketone is a key intermediate for many reactions. The efficient preparation of Wieland¬Miescher ketone¬type compounds with high enantioselectivity is thus a challenging problem in organic chemistry. In an attempt to address this issue, the Bonjoch group reported a highly efficient and enantioselective synthesis of a W¬M ketone using N¬Ts-(Sa)¬Binam¬L¬prolinamide as the organocatalyst, under solvent¬free conditions and the assistance of benzoic acid. The key step is a Robinson annulation reaction; it requires 1 mol% triethylamine as the base in the initial Michael process and 1 mol% of N¬Ts¬(Sa)¬binam¬L-prolinamide and 2.5 mol% of benzoic acid in the intramolecular aldol process. We studied the mechanism of the intramolecular aldol process in collaboration with the experimental group. We were able to clarify the mechanism of the reaction with prolinamide. It follows the general trends of the mechanism with proline, with the important caveat that the presence of a carboxylic acid as co¬catalyst is mandatory in the initial steps of the reaction, in particular for the formation of the iminium intermediate. In contrast, the carboxylic has no effect on the enantioselectivity, as it departs the system after enamine formation, and is absent in the transition state leading to C¬C bond formation, where the enantioselectivity of the reaction is decided. The origin of the enantioselectivity of the reaction has been also clarified. It is based on the rigidity of the catalyst, which has two anchoring points for the substrate, the C=N double bond in the enamine intermediate, and the N¬H...O hydrogen bonds between catalyst and substrate. The substrate has to distort to bind properly to this anchoring points, and this distortion is smaller for the transition state leading to the favored enantiomer. 3. Mechanism of [4+2] cycloaddition reaction catalyzed by chiral phosphoric acid derivatives N¬ and O¬containing heterocyclic compounds are prominent in nature and exhibit a wide range of interesting biological properties, including antihypertensive and anti¬ischemic behavior. Pyranobenzopyran and furanobenzopyran frameworks, containing three fused rings are particularly interesting. An appealing approach to the synthesis of these compounds is a [4+2] cycloaddition between a hydroxybenzaldimine and a furan. This reaction is catalyzed by phosphoric acid derivatives. We have analyzed in detail the recent puzzling results by the groups of Fochi and Rueping. Fochi and co¬workers reported in 2010 the synthesis of cis¬fused furanobenzopyrans obtained through inverse¬electron¬demand (IED) [4+2] cycloaddition of ο-hydroxybenzaldimines with 2,3¬dihydro¬2H¬furan (DHF) catalyzed by (S)¬BINOL¬derived phosphoric acid. In the same year, Rueping and Lin reported the synthesis of the trans¬fused furanobenzopyrans from the same reactants but with a (S)¬BINOL¬derived N-triflylphosphoramide catalyst. The same reactants and slightly different catalysts produced different diastereomers of the product. The transition state for the attack of DHF on the adduct between hydroxybenzldimine and catalyst controls the selectivity of the process. Hydrogen bonds play a critical role on the structure of the transition state, but their strength does not rule the selectivity. The lowest energy transition states have one hydrogen bond, while some higher energy transition states have two hydrogen bonds of similar strength. The selectivity is instead controlled by attractive ring¬ring interactions between catalysts and substrates. The lower energy transition states have more interactions, or shorter (thus likely stronger) ones. The difference between the (S)¬BINOL¬derived phosphoric acid (Fochi system), leading to a cis¬fused furanobenzopyran, and the (S)¬BINOL¬derived N¬triflylphosphoramide system (Rueping system), leading to a trans¬fused furanobenzopyran, could be reproduced and explained. The presence of the triflyl substituent on the nitrogen atom of the Rueping system constrains the possible orientations of the hydrogen atom on this same atom, and as a result precludes the optimal orientation of the furan ring that led to the stabilization of the key transition state in the Fochi system leading to the cis¬fused product. The cis¬fused product being disfavored because of this constraint, the trans¬fused product is formed with the Rueping catalyst. 4. General observations We have studied three different organocatalytic processes leading to chiral products with density functional theory (DFT) and density functional theory / molecular mechan¬ics (DFT/MM) methods and we have been able to obtain a reasonable agreement with experimental results, and to provide qualitative explanations for the origin of enantiose-lectivity in each of the cases. The computational study of enantioselective organocatalysis closely resembles that of enantioselective transition metal catalysis, but there are some significant nuances. In first place, the electronic description of the organocatalytic system is in principle easier, although the introduction of dispersion corrections is mandatory, as in any process where steric interactions may play an important role. In second place, the problems re¬lated to isomeric and conformational complexity are much more critical in organocatal¬ysis. The density of available isomers, conformational or not, available at low energy is much higher, and this poses a severe strain in the effort that has to be made to obtain quantitatively accurate energy barriers. The whole body of work in this thesis confirms the power of computational chemistry for the study of chiral organocatalysis. It also gives insight into the different mechanisms by which enantioselectivity can be transmitted in organocatalysis, from the usual steric interactions between catalyst and substrate to the less frequent key role of catalyst rigidity observed in the prolinamide system. The field of computational enantioselective organocatalysis is just starting, and we can expect new exciting results in the foreseeable future.

"Síntesis y caracterización de nuevas poliesteramidas: estudio de sus propiedades."El estudio de los polímeros biodegradables ha adquirido un gran interés en los últimos años por ser una alternativa al reciclado de los productos plásticos. En este contexto, los poliésteres alifáticos constituyen el grupo de polímeros más extensamente estudiado ya que la presencia de grupos ésteres les confiere una gran susceptibilidad a la degradación. Sin embargo, los poliésteres alifáticos lineales poseen temperaturas de fusión muy bajas y reducidas propiedades mecánicas. Por otro lado, en contraste a los poliésteres, las poliamidas alifáticas son materiales con excelentes propiedades térmicas y mecánicas pero resistentes a la degradación. Las poliesteramidas son una familia de polímeros de gran interés puesto que pueden combinar las ventajas de los polímeros anteriormente citados.En este trabajo, se han estudiado nuevas poliesteramidas constituidas principalmente por a-aminoácidos naturales, tales como glicina y L-alanina, debido a su potencial degradabilidad en medios enzimáticos. Se ha insistido en los polímeros caracterizados por una secuencia regular aminoácido-diol-aminoácido-diácido, proponiendose y comparandose dos procedimentos alternativos de síntesis basados en una poliamidación interfacial o en una poliesterificación térmica.Entre los polímeros estudiados con más detalle podemos citar:a) Derivados de butanodiol, al conferir un carácter hidrofílico y por tanto favorecer la degradabilidad del material.b) Derivados de unidades rígidas como el ácido tereftálico o el oxálico por mejorar las propiedades térmicas.Las poliesteramidas alifáticas relacionadas con los nylons y poliésteres 6 10 o 12 10 y que no contienen aminoácidos no se degradan en medio enzimático proteolítico y la degradación hidrolítica transcurre muy lentamente.Además de la síntesis y caracterización de las poliesteramidas, se han realizado estudios estructurales de compuestos modelo, segmentos representativos de los polímeros, con la finalidad de obtener datos cristalográficos para una posible extrapolación a la estructura de las poliesteramidas.Por último, se realizó un estudio del empaquetamiento molecular de poliésteres alifáticos relacionados como son el 6 10 y el 12 10 a través del cual se determinó la orientación azimutal de las cadenas y su desplazamiento relativo. / "Synthesis and characterization of new poly(ester amide)s: a study of its properties."During the last years a great effort has been devoted to study biodegradable polymers since they can help minimize some of today¦s severe waste management problems. Among then, aliphatic polyesters are perhaps the most easily biodegradable synthetic polymers known, due its highly hydrolizable backbone. However, their applications have been limited because of their low melting point and poor mechanical behavior. On the other hand, aliphatic polyamides are materials with excellent mechanical properties but with an enhanced resistance to degradation. In this context, poly(ester amide)s are a family of polymers able to combine the properties mentioned before.In this work, we discuss the possibilities of a new series of poly(ester amide)s that involves a-amino acids, since an enhanced biodegradability is expected. We consider two synthesis methods based on the interfacial polyamidation and thermal polyesterification to prepare poly(ester amide)s represented by the regular secuence: amino acids-diol-amino acids-diacid.Polymers with stiff units like oxaloyl or terephthaloyl residues were studied and characterized because these groups improve thermal properties. We have also studied polymers that incorporate 1,4-butanediol according to its major hydrophylicity responsible for the high degradability of the materials.Other subject of this work is to know how the amino acid content and the ratio between amide and ester groups influences thermal behavior and degradability.In addition to the synthesis and characterization of poly(ester amide)s, we investigated the structure of several related model compounds in order to obtain crystallographyc parameters to extrapolate to the structure of the polymers.Finally, a detailed structural refinement of related polyesters 6 10 and 12 10 has been studied using transmission electron microscopy and X-ray diffraction because of its great interest as degradable polymers.

Tras la activación con complejos catiónicos de oro(I), los 1,6-eninos conteniendo alcoholes o éteres se pueden atrapar intra- o intermolecularmente con alquenos o éteres bencílicos. Esta reacción estereospecífica da lugar a compuestos tricíclicos relacionados con los sesquiterpenos 4-epiglobulol y 4-aromadendreno. La síntesis racémica del 4-epiglobulol se comenzó a partir del geranyl acetona que es comercial. Hemos cumplido la síntesis total del producto natural (±)-epiglobulol en 5 pasos con un rendimiento total de 16%.Hemos investigado el acoplamiento C-C mediado por oro, mostrando que en un ciclo catalítico el paso retrasando es la adición oxidante. Hemos diseñado 4 ligandos nuevos que intramolecularmente tienen capaz de añadirse oxidativamente formando ciclos de 5 o seis miembros. Sin embargo, no hemos podido provocar la adición oxidante con ninguno de los ligandos. Hemos cumplido la síntesis del producto natural (-)-agrimonol en 8 pasos con un rendimiento total de 1.3%. / 1,6-enynes,bearing alcohol oretherfunctionalgroups,activatedbycationicgold(I) complexes can be trappedintra- orintermolecularlyfromalkenesorbenzylethers. Thisstereospecificreactiongivestricyclicproductsrelatedtosesquiterpenes 4-epiglobulol and 4-aromadendrene. Theracemicsynthesis of 4-epiglobulol startedwithcommerciallyavailablegeranylacetone. Wehavecompletedthe total synthesis of natural product(±)-epiglobulol in 5 stepswith a total overallyield of 16%. Wehaveinvestigatedthe C-C couplingmediatedbygold, showingthat in thecatalyticcyclethefrustratedstepistheoxidativeaddition. Wedesigned 4 new ligandsthatintramolecularlyhavethecapacitytooxidativelyaddforming 5 or 6 memberedcycles. However, none of theformedcomplexesunderwentoxidativeadditionwiththeligands. Wehavecompletedthe total synthesis of natural product (-)-agrimonol in 8 stepswith a total overallyield of 1.3%.with a selectivity of 3:1 startingfromcommerciallyavailable 3,5-dimethoxy-phenyl bromide.

The main objective of this thesis was to synthesise and apply new polymeric sorbents to obtain good recoveries in the solid-phase extraction (SPE) of organic polar pollutants in real water samples. The synthesised sorbents were used in SPE on-line coupled to high-performance liquid chromatography in order to establish analytical methods which can determine these pollutants in tap and river water samples.These synthesised sorbents were several chemically modified polymeric sorbents obtained by introducing different polar functional groups in the chemical structure of a polystyrene-divinylbenzene resin. Thus, the surface of these polymers was more hydrophilic and the polar compounds could be more strongly retained in these sorbents than in the unmodified resin and other commercially available sorbents. Nevertheless, the increase in the capacity of retention of the chemically modified sorbents also implied that more interferences from the matrix were retained, such as humic substances. These substances appear in the chromatograms as an initial broad band which hampers the determination of the more polar analytes. For this reason, a method based on the addition of sodium sulphite to the sample was developed to decrease this matrix interference.The synthesis of molecularly imprinted polymers was also studied. These polymers were prepared using 4-nitrophenol as the template and the non-covalent method, and allowed 4-nitrophenol to be selectively extracted from real water samples. It was also demonstrated the possibility to use these polymers as sorbents in the SPE on-line coupled to liquid chromatography. / L'objectiu fonamental de la present Tesi Doctoral ha estat el desenvolupament i aplicació de nous sorbents polimèrics per tal d'obtenir bones recuperacions en l'extracció en fase sòlida (SPE) de contaminants orgànics polars presents en mostres d'aigua. Aquests sorbents han estat emprats en la SPE acoblada en línia a la cromatografia de líquids d'alta resolució (HPLC) per tal d'establir mètodes d'anàlisi d'aquests contaminants en aigües de diferent procedència.Existeixen molts sorbents comercialment disponibles per a realitzar el procés de SPE, però la majoria donen molt baixes recuperacions pels analits més polars i per tant aquests compostos són difícils de determinar a baixos nivells. Una altra important limitació d'aquests sorbents és la seva manca de selectivitat, fet especialment important quan s'analitzen mostres mediambientals d'elevada complexitat. Per tal d'obtenir unes recuperacions més elevades pels analits polars que amb els sorbents convencionals, en la present tesi s'han desenvolupat nous sorbents polimèrics químicament modificats mitjançant la reacció de Friedel-Crafts. Aquesta reacció ha permès la introducció de diferents grups funcionals polars una la reïna de poliestirè-divinilbenzè (PS-DVB). La seva introducció ha augmentat la polaritat de la superfície de la reïna i d'aquesta manera els analits polars han quedat més retinguts en aquests sorbents químicament modificats que en la reïna de partida. Aquests nous sorbents s'han comparat favorablement amb altres sorbents comercials de diferents tipus en l'extracció de diversos compostos fenòlics i plaguicides polars.També s'ha avaluat l'efecte de diferents propietats físiques (àrea superficial i diàmetre de partícula i porus) de la reïna de partida sobre el grau de funcionalització en la modificació química del PS-DVB amb el grup o-carboxibenzoil. S'ha obtingut un grau de modificació similar amb tres reïnes i per tant s'ha demostrat que les diferents propietats físiques de les reïnes emprades no tenen efecte sobre el grau de funcionalització amb el grup o-carboxibenzoil. No obstant, s'han obtingut unes recuperacions més grans pels analits més polars amb la reïna que té una àrea superficial més elevada degut a la possibilitat d'un major nombre d'interaccions -.Degut a l'increment de capacitat de retenció dels polímers químicament modificats apareix l'inconvenient que més interferències de la matriu, com ara les substàncies húmiques, queden retingudes en aquests sorbents. Les substàncies húmiques formen part de la matèria orgànica dissolta en l'aigua i apareixen en els cromatogrames en forma de banda inicial ampla que dificulta la determinació dels analits que elueixen primer, és a dir, els analits més polars. En aquesta tesi s'ha desenvolupat un tractament químic de la mostra amb sulfit sòdic que permet reduir considerablement aquesta banda i per tant facilita la determinació dels compostos més polars sense interferència dels àcids húmics.En la recerca de sorbents més selectius per a la SPE, l'experimentació d'aquesta tesi s'ha encaminat cap als sorbents polimèrics amb empremta molecular (MIP). Així doncs, s'ha sintetitzat un nou tipus de sorbent selectiu que consisteix en un polímer amb empremta molecular pel 4-nitrofenol. L'existència d'aquesta empremta molecular pel 4-nitrofenol s'ha demostrat fent un estudi de l'especificitat d'aquest MIP per a l'extracció selectiva del 4-nitrofenol a partir d'una mescla de compostos fenòlics. L'estudi demostra la possibilitat d'emprar un polímer amb empremta molecular com a sorbent en la SPE acoblada en línia a HPLC. Per tal d'obtenir una extracció selectiva del 4-nitrofenol s'han optimitzat alguns paràmetres crítics en el procés de SPE. Aquest sorbent també ha estat avaluat i comparat favorablement amb sorbents comercials en l'extracció de mostres d'aigua del riu Ebre.

Epoxy resins constitute a class of thermosets which contains more than one epoxide group per molecule, which are very reactive to many curing agents like aromatic or aliphatic amines, acid anhydrides or isocyanates. They are used as reinforced composites, adhesives, high performance coatings and encapsulating materials. Epoxy thermosets have excellent electrical and mechanical properties, good adhesion to many metals and resistance to moisture and thermal and environment exposure. Curing agents that show no activity under normal conditions but show activity by external stimulation, like temperature, can be called ’’latent curing agents”. Among the thermal latent curing agents dicyandiamide (DICY) is one of the most employed in epoxy resin technology. The latent nature of this type of curing agents is due to the insolubility in epoxy resins at room temperature. The use of dihydrazides as curing agents has been scarcely reported in scientific literature but there are some dihydrazides commercially available as latent curing agents. In the present study a series of dihydrazides with different structures were prepared by reaction of dicarboxylic diester with hydrazine hydrate in ethanol. These compounds were studied as curing agents in DGEBA/dihydrazide 2:1 (mol/mol) formulations demonstrating their latent character. In the dihydrazides we have prepared, with aliphatic, cycloaliphatic and aromatic moieties a relationship between the melting point of the dihydrazides and the initial curing temperature was observed with the exception of the cycloaliphatic dihydrazide, which was amorphous but initiate the cure at the highest temperature. / En esta tesis, hemos sintetizado y caracterizado una familia de dihidrazidasque han sido utilizadas en el curado térmico de resinas epoxi (DGEBA). Asimismo, se han sintetizado nuevos poliestereshiperramificados con grupos finales no reactivos como modificantes de resinas epoxi, curadas con dihidrazidas y con anhídridos y se han caracterizado los termoestables obtenidos. También hemos sintetizando estructuras dendríticas tipo estrella con núcleos de poliéster aromáticos y brazos de policaprolactona. Estas estructuras se han utilizado como agentes modificantes de sistemas epoxi/anhídrido y epoxi/triflato de iterbio. Se ha podido demostrar la mejora de la tenacidad en los materiales termoestables y de su degradabilidad química, manteniendo sus buenas características termomecánicas.