Tres estratègies adreçades a aportar una major perspectiva en el camp de la teràpia fotodinámica antimicrobiana comprenen la primera part de la tesi. En una primera aproximació, sis fotosensibilitzadors catiònics, amb diferent càrrega elèctrica neta i estructura, han estat caracteritzats en dissolució i les seves propietats fotoinactivadores provades contra diferents tipus de microorganismes. En una segona aproximació, conjugats entre un fotosensibilitzador i el pèptid antimicrobià Apidaecina 1b han estat analitzats fotofísica i mecanísticament, i les seves propietats correlacionades amb la seva habilitat fotosensibilitzadora en bacteris. En l'última aproximació, dues proteïnes fluorescents –TagRFP i miniSOG- han estat expressades en E. coli i s'ha estudiat la seva fototoxicitat així com el seu mecanisme d'acció. A més, s'ha reevaluat i estudiat en detall la capacitat de miniSOG per fotosensibilitzar la formació d'oxigen singlet. En la segona part de la tesi, l'interès s'ha centrat en la detecció d'oxigen singlet. En la primera secció, s'ha avaluat la capacitat de detecció en dissolució d'una nova díada composta per un naftoxazol i una trampa química d'oxigen singlet. En l'última secció, es desenvolupa, prova i discuteix la viabilitat de nanopartícules de poliacrilamida com a plataforma potencial per a la detecció d'oxigen singlet en sistemes intracel•lulars. / Tres estrategias destinadas a aportar una mayor perspectiva en el campo de la terapia fotodinámica antimicrobiana componen la primera parte de la tesis. En una primera aproximación, seis fotosensibilizadores catiónicos, con distinta carga eléctrica neta y estructura, han sido caracterizados en disolución y sus propiedades fotoinactivadoras probadas contra diferentes tipos de microorganismos. En una segunda aproximación, conjugados entre un fotosensibilizador y el péptido antimicrobiano Apidaecina 1b han sido analizados fotofísica y mecanísticamente, y sus propiedades correlacionadas con su habilidad fotosensibilizadora en bacterias. En la última aproximación, dos proteínas fluorescentes –TagRFP y miniSOG- han sido expresadas en E. coli y se ha estudiado su fototoxicidad así como su mecanismo de acción. Además, se ha reevaluado y estudiado en detalle la capacidad de miniSOG para fotosensibilizar la formación de oxígeno singlete. En la segunda parte de la tesis, el interés se ha centrado en la detección de oxígeno singlete. En la primera sección, se ha evaluado la capacidad de detección en disolución de una nueva díada compuesta por un naftoxazol y una trampa química de oxígeno singlete. En la última sección, se desarrolla, prueba y discute la viabilidad de nanopartículas de poliacrilamida como plataforma potencial para detección de oxígeno singlete en sistemas intracelulares. / Three strategies addressed to give further scope on to the antimicrobial photodynamic therapy field comprise the first part of the thesis. In a first approach, six cationic photosensitisers varying in the net electrical charge and structure have been characterised in solution and their photoinactivation skills have been tested against different types of microorganisms. In a second approach, conjugates between a photosensitiser and the antimicrobial peptide Apidaecin 1b have been analysed in a photophysical and mechanistic way, and their properties have been correlated with their bacterial photoinactivation ability. In the last approach, two fluorescent proteins –namely TagRFP and miniSOG- have been expressed in E. coli and their phototoxicity has been studied and characterised mechanistically. Moreover, the capacity of miniSOG to photosensitise singlet oxygen formation has been revisited and studied in detail. In the second part of the thesis, focus has been shifted towards singlet oxygen detection. In the first section, the probing ability of a new dyad comprising a naphthoxazole moiety plus a singlet oxygen chemical trap has been evaluated in solution. In the last section, we develop, test, and discuss the feasibility of a polyacrylamide nanoparticle scaffold as a potential platform for singlet oxygen detection in intracellular systems.

La enzima Rubisco es uno de los sitemas biológicos más importantes. Por un lado controla la fotosíntesis y por otro cataliza la reacción que inicia el proceso de la fotorrespiración. Este comportamiento dual y aparentemente contradictorio de la enzima la ha hecho objeto de numerosos estudios. En la Tesis que se presenta hemos aplicado las técnicas propias de la Química Teórica para estudiar su comportamiento. En primer lugar, nuestros resultados indican que la razón para el comportamiento bifuncional de la enzima radica en la geometría tensionada que tiene el sustrato en el interior del centro activo, que hace que tanto el estado electrónico triplete como el singlete se encuentren accesibles y participen en los procesos químicos. En segundo lugar, hemos proporcionado una explicación al fenómeno de autoinactivación de la enzima observado experimentalmente. En tercer lugar, hemos obtenido las estructuras de transición correspondientes a las reacciones de enolización, carboxilación y oxigenación catalizadas por la enzima, caracterizando su acción catalítica y obtieniendo claves para interpretar su comportamiento: el sustrato se encuentra preparado para experimentar adición de CO2 o de O2, y el hecho de que ocurra una u otra reacción sólo depende de la molécula de gas que alcance el centro activo. De esto se desprende que el proceso de oxigenación es inevitable, una vez enolizado el sustrato, y está indisolublemente ligado al de carboxilación.

Aquesta tesi mostra un mètode eficient per integrar numèricament una hamiltoniana k·p per heteroestructures semiconductores zero-dimensionals (punts quàntics). S'ofereixen nombrosos exemples d'aplicació en punts quàntics col·loidals sota camps magnètics, anells quàntics, punts quàntics auto-organitzats sota strain i punts quàntics amb ions magnètics. Especial èmfasi es fa en l'efecte d'acoblament entre bandes de forats lleugers i pesants.

Esta tesis doctoral, que lleva por título: “Síntesis one-pot y propiedades fotoluminiscentes de nanocristales semiconductores II-VI dopados con europio (III)", se enmarca dentro del campo de la nanofotónica, al centrarse en la preparación y caracterización de materiales nanoestructurados cuyas propiedades físicas, especialmente las ópticas, han sido modificadas químicamente. Tal y como el propio título indica, en ella se recopilan los resultados obtenidos en el estudio de nanocristales de CdS y ZnS, cuyas propiedades ópticas son moduladas mediante el dopaje con iones lantánidos, concretamente, Eu3+. La interacción entre los nanocristales semiconductores y los iones lantánidos, responsable de la respuesta óptica exhibida por el material, se trata con profundidad a través de minuciosos estudios espectroscópicos. Además en el trabajo se describen varias rutas de síntesis adoptadas (sol-gel y precipitación) y optimizadas para la preparación de estos materiales así como la caracterización de su estructura mediante diversas técnicas instrumentales adecuadas para el estudio de materiales en la escala nanométrica.

The present thesis work dealt with the study of the polar interiors of self-assembled homocapsules based on aryl-extended calix[4]pyrrole scaffolds, as well as the anisotropic polar interior of a mechanically locked calix[4]arene-calix[4]pyrrole heterocapsule. The properties of the internal cavities of the receptors were probed through the inclusion of different molecules known as guests. Homologous series of aliphatic N-oxides were used in encapsulation experiments to evaluate the size modification and adaptability exhibited by the aromatic cavity enclosed in both systems. Moreover, new super aryl-extended calix[4]pyrroles were synthesized by the elongation of the aromatic walls of aryl-extended calix[4]pyrroles yielding a substantial increased volume of the internal cavity. Additionally, the preparation of an unprecedented calix[4]pyrrole – calix[4]pyrrole molecular container having the two hemispheres mechanically linked was achieved. This capsule features a sizeable increase of its internal volume when compared to the previous calix[4]arene-calix[4]pyrrole molecular container. Both mechanically locked capsules displayed a bis-[2]-catenane topology. Furthermore, the new mechanically locked homo-dimer possesses polar functionalization at the closed ends of both hemispheres. / En la presente tesis se han estudiado las cavidades polares de cápsulas autoensambladas basadas en estructuras de calix[4]pirrolesaril-extendidos, así como también las cavidades de cápsulas formadas por dos hemisferios distintos, uno de calix[4]areno y otro de calix[4]pirrol que se encuentran mecánicamente entrelazados, mediante la encapsulación de distintos tipos de moléculas a las cuales llamamos huéspedes. Series homólogas de N-óxidos alifáticos se utilizaron en los experimentos de encapsulación para evaluar la modificación del tamaño de cavidad y la adaptabilidad exhibida por la cavidad aromática en los dos sistemas capsulares. Además, se ha sintetizado nuevoscalix[4]pirroles super extendidos mediante la elongación de las paredes aromáticas de los anteriormente conocidoscalix[4]pirroles aril-extendidos, lo que ha repercutido en un considerable incremento del volumen de interno de la cavidad. Asimismo, se ha logrado sintetizar un contenedor molecular basado en dos moléculas de calix[4]pirroles en el cual los dos hemisferios están mecánicamente unidos, del mismo modo que lo estaban en la anterior cápsula formada por un calix[4]areno y un calix[4]pirrol. La obtención de esta nueva cápsula molecular ha supuesto un aumento de volumen con respecto a la anterior cápsula también enlazada mecánicamente. Los dos contenedores moleculares descritos presentan una topología de bis-[2]-catenano. La nueva cápsula molecular posee una funcionalización polar interior en los dos hemisferios, una diferencia con respecto a la anterior.

A polymer containing small amounts of ionic groups either along the polymer backbone chains or as pendant groups is defined as ionomer. As originally proposed by Eisenberg, the interaction between ionic groups leads to the formation of multiplets containing a small number of ion pairs, and also to ionic clusters, which constitute a second phase made of many multiplets as well as portions of the hydrocarbon chains. These ionic structures have been shown to act as strong electrostatic cross-links, which provide altered physical properties, such as enhanced mechanical properties and high melt viscosity, among others. Both aromatic polyesters as aliphatic are polymeric materials widely used today. Their most familiar applications are in clothing, food packaging and water and carbonated soft drinks bottles. Major part of biodegradable synthetic polymers are polyesters, and in particular, aliphatic polyesters. Monomers for the latter can be synthesized from renewable resources. Biodegradable polyesters play a key role in medical applications due to their biodegradability and versatile synthesis able to afford tailored properties; they are currently employed as biomaterials for medical purposes such as surgical sutures, scaffolds, screws and reinforcing plates as well as controlled release drug carriers, since they are biocompatible and nontoxic. This thesis is focused to the chemical modification of aromatic and aliphatic polyesters through the incorporation of various concentration and different ionic groups. We synthesized poly(hexamethylene terephthalate) and poly(butylene succinate)-based ionomers and investigated the effects of the ionic substitution on physical properties, crystallization rates and hydrodegradability of these polyester ionomers. In addition, we also studied the influence of the ionic interaction with nanoclays in the formation of ionomers-based nanocomposites. This thesis embodies a multidisciplinary task work that includes synthesis, spectroscopy characterization, evaluation of thermal and mechanical properties, hydrolytic degradation and nanocomposites preparation: the synthesis procedure of copolyesters was made in all cases by polycondensation in melt-phase. Different conditions of temperature, catalyst and time required were used for each family of copolyesters depending on both the stability and the reactivity of the comonomers involved in the synthesis. The copolyesters synthesized incorporated sulfonated, ammonium, trimethylamonium and tributylphosphonium ionic groups into their chains. The hydrolytic degradation results suggest that the insertion of sulfonated groups in the copolyesters make them more hydrophilic allowing better solvation and an easier attack of water on the ester groups. Nanocomposites with nanoclays were obtained by using different approaches for mixing and in some cases by making use of compatibilizers. Octadecyltrimethylammonium, 1,12-dodecylenediammonium salts and a terpolyester ionomer were used for compatibilization. The clay was used either unmodified or modified with alkylammonium soaps. Results obtained by the different procedures were compared and the effect of the compatibilizers on the mixing efficiency and composite properties were evaluated. Characterization was carried out by 1H and 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, FTIR spectroscopy, gel permeation chromatography (GPC), differential scanning calorimetry (DSC), and thermogravimetry analysis (TGA). The changes in crystal structure upon copolymerization were followed by X-ray diffraction (XRD). / Un polímero que contiene pequeñas proporciones de grupos iónicos, ya sea a lo largo de la cadena principal como en los grupos laterales, es definido como ionómero. Según lo propuesto originalmente por Eisenberg, la interacción entre los grupos iónicos conduce a la formación de multipletes que contienen un grupo reducido de pares iónicos, y también a la formación de clusters, los cuales constituyen una segunda fase compuesta de muchos multipletes, así como de porciones de cadena hidrocarbonada. Estas estructuras iónicas han demostrado actuar como enlaces electrostáticos fuertes entrecruzados, los cuales producen modificacion en las propiedades físicas tales como una mejora de las propiedades mecánicas y un incremento en la viscosidad en fundido, entre otras. Tanto los poliésteres aromáticos como los alifáticos son materiales poliméricos usados ampliamente en la actualidad. Sus aplicaciones más conocidas van desde el campo textil hasta el envasado de alimentos y líquidos como el agua o bebidas carbónicas. La mayoría de los polímeros sintéticos biodegradables son poliésteres alifáticos. Estos poliésteres suelen ser biocompatibles y no tóxicos y juegan un papel clave en aplicaciones médicas debido a su síntesis versátil capaz de proporcionar propiedades a medida. Actualmente se vienen empleando como biomateriales en suturas quirúrgicas, implantes óseos porosos, tornillos y placas de refuerzo, así como portadores de fármacos de liberación controlada. Esta tesis está enfocada en la modificación química de poliésteres aromáticos y alifáticos mediante la incorporación de diferentes grupos iónicos y con diversas concentraciones. Se han sintetizado ionómeros en base al poli(hexametilen tereftalato) y poli(butilen succinato) y se han investigado los efectos de la sustitución iónica sobre las propiedades físicas, velocidades de cristalización e hidrodegradabilidad de estos poliésteres. Además, se ha estudiado la influencia de las interacciones iónicas con nanoarcillas en la formación de nanocompuestos a base de ionómeros. Esta tesis supone un trabajo multidisciplinar que incluye síntesis, caracterización espectroscópica, evaluación de propiedades térmicas y mecánicas, estudio de la degradación hidrolítica y preparación de nanocompuestos; el proceso de síntesis de los poliésteres ha sido realizado en todos los casos mediante policondensación en estado fundido. Se han utilizado condiciones diferentes de temperatura, catalizador y tiempo para cada familia de poliésteres dependiendo de la estabilidad y de la reactividad de los comonomeros involucrados en la síntesis. Los copoliésteres sintetizados incorporaron en sus cadenas grupos iónicos sulfonados, amonio, trimetilamonio y tributil fosfonio. Los resultados de la degradación hidrolítica sugieren que la inserción de grupos sulfonados en los poliésteres, los hace más hidrofílicos permitiendo una mejor solvatación y un ataque más fácil del agua a los grupos éster. Los nanocompuestos con nanoarcillas fueron obtenidos mediante diferentes metodologías de mezclado y en algunos casos haciendo uso de compatibilizadores. Para la compatibilización se usaron el bromuro de octadeciltrimetilamonio, el dicloruro de 1,12-dodecildiamonio y un ionómero terpoliéster. Se empleó la arcilla montmorillonite tanto sin modificar como modificada con grupos alquilamonio. Se compararon los resultados obtenidos mediante los diferentes procedimientos y se evaluaron los efectos de los compatibizadores en la eficacia de mezclado y en las propiedades de los composites. La caracterización se llevó a cabo mediante resonancia magnética nuclear de 1H y 13C (NMR), espectroscopia de infrarrojo, cromatografía de exclusión molecular (GPC), calorimetría diferencial de barrido (DSC), y análisis de termogravimétrico (TGA). Los cambios en la estructura cristalina debidos a la copolimerización fueron seguidos mediante difracción de rayos X (XRD).

Aquesta tesis inclou els resultats de recerca bàsica de la química de metallocavitands. El primer projecte descriu els efectes produïts per la constricció del complex organometàl•lic (THF-d8)•Ir(I)•COD en l’interior de la cavitat aromàtica de la octaamida cavitand d’en Rebek. L’inesperat comportament dinàmic del complex organometàl•lic inclòs dóna lloc a l’observació de sorprenents exemples d’isomerisme supramolecular . El segon projecte gira entorn la síntesis d’una nova classe de heptaamida cavitants funcionalitzats amb una unitat de piridina . La coordinació de Rh(I)•COD amb la sèrie de heptamidas produeix complexes organometàl•lics mono catiònics amb diferent geometries de complexació. Els metalo-cavitands de Rh(I) obtinguts foren assajats com a catalitzadores en la reacció d’hidrogenació de norbornadiè. El tercer projecte descriu el disseny, la síntesis i la caracterització d’un nou cavitand funcionalitzat amb un complex de Ru(II)•(H2O) terpiridina que conté com a lligand auxiliar 2-(fenilazo)piridina. El Ru(II)•(H2O) cavitand fou utilitzat com a catalitzador en la reacció d’epoxidació d’olefines i en la reacció d’oxidació d’alcohols primaris. / Esta tesis contiene los resultados de tres estudios sobre la química de metalo-cavitandos. En el primer proyecto describe los efectos producidos por el confinamiento del complejo organometálico (THF-d8)•Ir(I)•COD en la cavidad aromática de la octamida cavitando de Rebek. El inesperado comportamiento dinámico que experimenta el complejo organometálico incluido dio lugar a la observación de ejemplos sorprendentes de isomerismo supramolecular. En el segundo proyecto se describe la síntesis de una nueva clase de heptaamida cavitandos funcionalizados con una unidad de piridina. La coordinación de Rh(I)•COD con la serie de heptaamidas produce complejos organometálicos monocatiónicos con diferentes geometrías de complejación. Los metalo-cavitandos de Rh(I) así obtenidos se usaron como catalizadores en la reacción de hidrogenación de norbornadieno. En el tercer proyecto se detalla el diseño, la síntesis y la caracterización de un nuevo cavitando funcionalizado con un complejo de Ru(II)•(H2O) terpiridina que contiene 2-(fenilazo)piridina como ligando auxiliar. El Ru(II)•(H2O) cavitando fue utilizado como catalizador en la reacción de epoxidación de olefinas y en la reacción de oxidación de alcoholes primarios. / This thesis includes the results of fundamental research on metallocavitand chemistry. The first project describes the effects produced by constraining the organometallic complex (THF-d8)•Ir(I)•COD into the aromatic cavity provided by Rebek’s octaamide cavitand. The unexpected dynamic behavior of the included organometallic complex led to the detection of surprising examples of supramolecular isomerism. The second project deals with the synthesis of an unprecedented series of pyridyl-decorated self-folding heptaamide cavitands. The coordination of Rh(I)•COD with the cavitand’s series produced a cationic organometallic complexes with different binding geometries. The produced Rh(I)-complexes were tested as catalysts in the hydrogenation of norbornadiene. The third project discloses the design, synthesis and characterization of a new cavitand functionalized with a terpyridine Ru(II)•(H2O) complex with 2-(phenylazo)pyridine as an ancillary ligand. The Ru(II)•(H2O) metallocavitand was used as a catalyst in the epoxidation reaction of olefins and the oxidation of primary alcohols.

Thiolate monolayer-protected gold clusters (AuMPCs) are being used in various biological and biomedical applications due to their unique physical and chemical properties. The fact that gold-sulphur bonds are very stable enables the binding of biomolecules in the surface of gold clusters through a cysteine, an amino acid that contains a thiol group (SH). Specific AuMPCs-peptide conjugates can cross the blood-brain barrier without altering its integrity, opening the door for the treatment of pathologies related to the central nervous system, such as Alzheimer or Parkinson. Moreover, AuMPCs represent an alternative to the traditional fluorescence-based biosensors, due to their optical properties and its ability to bind specific antigens when certain AuMPCs-antibody conjugates are used. Several synthetic approaches based on the reduction of gold salts have been proposed to synthesize AuMPCs. In 1951 Turkevich and co-workers used sodium citrate for the reduction of chloroauric acid. In 2002 a novel synthetic method was proposed, named solvated metal atom dispersion method. In this method, neutral gold atoms were mixed with alkanethiols, resulting in the formation of AuMPCs, and molecular hydrogen was detected. This finding, together with the first crystallization and X-ray structure determination of Au102(SR)44 by Jadzinsky et.al., triggered a debate in the field, since the protons that were initially present in alkanethiols were not found in the AuMPC structure. One of the main goals of the present Thesis is to elucidate where the alkanethiol hydrogens go during the formation of the AuMPC. To this aim, ab initio metadynamics have been used to unravel the molecular mechanism of the formation of AuMPCs departing from neutral gold clusters and alkanethiols (Chapter III). Key to the usage of AuMPCs as biosensors is the better knowledge of their optical properties. The HOMO-LUMO gap, is a physical parameter related with optical properties. Density Functional Theory (DFT) is extensively used to obtain a theoretical value of the HOMO-LUMO gap, although it is known to severely underestimate it with respect to the experimental values. Nevertheless, recent computational studies using DFT have reported values of the HOMO-LUMO gap of AuMPCs in a very close agreement with the experimental ones. However, a simplified model of the real system was used, raising the question whether the agreement between the theoretical and the experimental values is fortuitous due to a compensation of errors. Our goal is to obtain HOMO-LUMO gap values using the whole experimental systems, i.e. peptides as the protecting ligands of the gold core and water as solvent (Chapter IV) to demonstrate that only a realistic model, and not only the use of appropriate DFT functionals, can lead to values comparable to the experimental ones. In a first step for the understanding of the reactivity of AuMPCs towards proteins, in Chapter V we modelled the binding of AuMPC towards an antibody. This process, known as ligand exchange reaction, is used to label proteins with gold clusters, as reducing agents cannot be used when certain biomolecules are present. Our results show that the neighbouring amino acids of the cysteine that should bind to the gold cluster play an essential role in the reaction. Finally, we focus on the study of the mechanism of the enzymatic reaction of a glycoprotein, a-1,3-glycosyltransferase. In recent years, our group has investigated the mechanism of one family of glycosyltransferases (GTs), providing its catalytic itinerary. In this thesis we extend this study to another family of GTs to elucidate whether or not a common molecular mechanism operates for GTs. This study represents one step towards the modelling of the more complex glycosyltransferases immobilized by gold nanoparticles, a promising technique for the development of automated glycosynthesis. The theoretical methods used along this thesis are detailed in Chapter II. / Los clústeres de oro protegidos por tiolatos (AuMPCs) se utilizan en varias aplicaciones biológicas y biomédicas debido a sus propiedades físicas y químicas. El hecho de que el enlace oro-azufre sea muy estable permite la unión de biomoléculas en la superficie de los clústeres de oro a través de una cisteína, un aminoácido que contiene un grupo tiol (SH). Sistemas específicos AuMPC-péptido pueden atravesar la barrera hematoencefálica sin alterar su integridad, pudiéndose utilizar para tratar patologías relacionadas con el sistema nervioso central, como el Alzheimer o el Parkinson. Además, los AuMPCs representan una alternativa a los biosensores tradicionales debido a sus propiedades ópticas y su especificidad ante ciertos antígenos cuando se escoge el sistema AuMPC-péptido adecuado. Métodos basados en la reducción de sales de oro han sido propuestos para sintetizar AuMPCs. En 1951 Turkevich y colaboradores usaron citrato sódico para la reducción de ácido cloroáurico. En 2002 un nuevo método sintético fue propuesto, denominado método de dispersión de átomos metálicos solvatados. En este método, átomos de oro neutros se mezclan con alcanotioles, resultando en la formación de AuMPCs e hidrógeno molecular. Este hecho, junto con la primera cristalización y determinación estructural de Au102(SR)44 llevada a cabo por Jadzinsky y colaboradores, desencadenó un gran debate en el campo, ya que los protones que inicialmente estaban presentes en los alcanotioles no se encontraron en la estructura cristalográfica. Uno de los objetivos de esta tesis es encontrar cómo los átomos de hidrógeno forman H2 durante la formación de AuMPCs. Con este fin, se utiliza metadinámica ab initio para descifrar el mecanismo molecular de la formación de AuMPCs partiendo de clústeres de oro neutros y alcanotioles (capítulo III). Clave para el uso de AuMPCs como biosensores es el conocimiento de sus propiedades ópticas. La energía HOMO-LUMO está relacionada con estas propiedades ópticas. La teoría del funcional de la densidad (DFT) ha sido muy utilizada para obtener valores teóricos de la energía HOMO-LUMO, aunque es sabido que subestima este valor con respecto al obtenido experimentalmente. Aún así, estudios computacionales recientes han seguido utilizando DFT para calcular valores de la energía HOMO-LUMO de AuMPCs, y sorprendentemente los valores obtenidos están de acuerdo con los resultados experimentales. Sin embargo, los sistemas estudiados siempre han sido modelos simplificados de los sistemas reales, originando la pregunta de si la coincidencia es fortuita debido a una compensación de errores. Nuestro objetivo es obtener valores de la energía HOMO-LUMO para sistemas utilizados experimentalmente, es decir, péptidos como ligandos y agua como disolvente (capítulo IV) para demostrar que únicamente un modelo realista y no sólo el uso de funcionales DFT adecuados puede dar resultados comparables con los experimentales. Como primer paso para entender la reactividad de AuMPCs frente a proteínas (capítulo V), se ha modelizado la unión de un AuMPC y un anticuerpo. Este proceso, conocido como reacción de intercambio de ligandos, se utiliza para marcar proteínas con clústeres de oro. Nuestros resultados muestran que los aminoácidos del entorno de la cisteína que debe unirse al clúster de oro juegan un papel esencial en la reacción. Finalmente nos centramos en el mecanismo enzimático de una glicoproteína, la a-1,3-glicosiltransferasa. Recientemente nuestro grupo ha investigado el mecanismo de una familia de glicosiltransferasas (GTs), obteniendo su itinerario catalítico. En esta tesis hemos extendido dicho estudio a otra familia de GTs para averiguar si existe un mecanismo común para todas las GTs. Este estudio representa un primer paso para la modelización de sistemas más complejos de GTs inmovilizadas por AuMPCs, una técnica prometedora para el desarrollo de glicosíntesis automatizada. Los métodos teóricos utilizados en la tesis se describen en el capítulo II.

En els darrers anys, les millores tant a nivell de maquinari com a nivell de programari han suposat un gran avenç, per la química computacional, ajudant-la a estar cada vegada més a prop dels problemes reals de la química i la bioquímica.Així doncs, si fins fa uns anys per descriure un sistema només es podia fer amb un nombre molt limitat d'àtoms, actualment la millor eficiència dels mètodes de mecànica quàntica (QM) i la possibilitat de fer càlculs híbrids (QM/MM), barrejant la mecànica quàntica amb la molecular (MM), fan créixer enormement les possibilitats de càlcul.En aquesta tesi es recullen alguns exemples d'aplicacions dels mètodes QM i QM/MM de la química computacional en diferents situacions de sistemes orgànics (estabilitat dels 4-ehlicens, síntesi assimètrica de 5-helicenoquinones i l'ús de salts de guanidini com a catal·litzadors ens organocatàl·lisi) i de sistemes bioinorgànics (estudi de les format deshidrogenases per entendre l'efecte del seleni i el metall en el centre actiu). / The application of computational chemistry has been expanding in recent years. It is due the huge increase of the available computer resources and the improvement of more effective software. It helps the computational chemistry to become increasingly closer to understand and solve key chemical problems.Some years ago, only small systems with a reduced number of atoms can be studied. Nowadays, the better efficiency of the quantum mechanics methods (QM) plus the possibility to work with hybrid (QM/MM), mixing quantum mechanics and molecular mechanics methods, implies a huge increment of possibilities.In this thesis, some applications of QM and QM/MM are summarized and different organic (thermal stability of 4-helicenes, asymmetric synthesis of 5-helicenequinones and the application of guanidinium salts derivatives as organocatalyst) and bioinorganic (study the role of selenium and molybdenum or tungsten in the active center of the formate dehydrogenases enzymes) have been studied.

La investigación realizada en esta tesis se ha basado en la síntesis y estudio de propiedades de arquitecturas 2D y 3D autoasociadas. En este contexto, derivados de ciclotriveratrileno (CTV) triplemente funcionalizados con unidades de ureidopirimidinona dieron lugar a capsulas autoasociadas capaces de incluir fulerenos de diferente tamaños (C60, C70 y C84) en su interior. La diferencia de estabilidad de los diferentes complejos permitió el desarrollo de una nueva metodología para purificar fulerenos. Basado en este diseño, se sintetizaron también carcerandos los que el fulereno queda atrapado permanentemente en la cavidad. La metodología de Grubbs permitió la unión covalente de las dos hemicapsulas. Además, se han desarrollado nuevos receptores para fulerenos usando unidades cóncavas como el CTV funcionalizados con tres tetratiafulvalenos extendidos. Estos complejos presentaron propiedades interesantes para el desarrollo de nuevos materiales para dispositivos fotovoltaicos. Finalmente, se investigó la síntesis de agregados cíclicos bidimensionales basados en bis-UPys disimétricas con el objetivo de crear nuevo materiales porosos organizados / The research of this thesis has been based on the synthesis and the study of the properties of self-assembled 2D and 3D architectures. In this contex, cyclotriveratrylene (CTV) derivatives triply functionalized with ureidopyrimidinone (UPy) units were synthesized. They self-assemble into a capsule large enough to include fullerenes of different sizes such as C60, C70 or C84. Taking advantage of the stability differences between the complexes, a new methodology for fullerene purification has been developed. Besed on the previous design, carcerands that permanently entraps fullerenes were synthesized using Grubbs methodology to covalently link both hemicapsules. In addition, a new kind of fullerene receptors using the concave surface of the CTV scaffold, endowed with three units of extended tetrathiafulvalene were(exTTF), were studied. These complexes display interesting properties to develop new materials in the field of photovoltaic devices. Finally, the synthesis of cyclic 2D aggregates based on dissymmetric bis-UPys was investigated with the aim of creating new organized porous materials.