Els compostos de bortrivalent s’han considerat tradicionalment com a àcids de Lewis, preferint acceptar electrons més que donar-los en el curs de les reaccions, peròdarrerament han sorgit exemples a la bibliografia on el compost trivalent de bor presenta una reactivitat insòlita vers posicions electrofíliques. Aquest fet ens suggereix un nou context nucleofílic per als sintonsboril, que pot ser augmentat depenent dels substituents als quals estigui unit el bor. En aquesta tesi, volem mostrar una visió de les reactivitat soposades mitjançantl’estudi teòric de diferents compostos de bortri coordinats. A més a més també ens hem centrat en l’estudi de dues reaccions, la hidroboració trans no convencional on la unitat borilactuacom a electròfil i la -boració organo catalítica amb un diborà mixton la unitat boril actua com a nucleòfil. / Boron compounds have been traditionally regarded as “Lewis Acids” preferring to accept electrons rather than donate them in the course of their reactions, but current examples of unusual reactivity between tricoordinatedboranes and electrophilic sites suggest another conceptual context for the boryl moieties, based on their nucleophilic character which can be enhanced depending on the substituents on boron. In this thesis, we aim to show an overview of these opposite reactivities through the computational study of different trivalent boron compounds. Moreover, we have also focused our attention in the study of two reactions, the non-conventional trans-hydroboration where the boryl moiety is acting as an electrophile and the organocatalytic-boration with a mixed diboron reagent where the boryl moiety is acting as a nucleophile.

Aquest treball es centra en l’estudi de dos sistemes diferents de films polimèrics. En primer lloc, s’analitza experimentalment la resposta viscoelàstica dels films polimèrics multicapa (sandvitxos) de polietilè lineal de baixa densitat (LLDPE) i etilen-vinil-alcohol (EVOH). A partir de les dades experimentals es troba que la resposta mecànica dels sandvitxos estudiats es pot predir mitjançant una regla additiva utilitzant les dades dels components purs, quan aquests han estat processats en les mateixes condicions. Per tant, la resposta no depèn del gruix de les capes individuals, ni dels efectes interfacials, sinó només de la fracció volumètrica d’EVOH i LLDPE en el sistema. Es proposa addicionalment un model més mesoscòpic per la resposta viscoelàstica dels films de LLDPE i EVOH purs i els sandvitxos. Aquest es basa en el model de Maxwell Generalitzat que correspon a l’analogia mecànica de la resposta complexa del material. Mitjançant l’ajust del model a les dades experimentals podem obtenir informació sobre l’espectre dels temps de relaxació, els quals ens donen coneixement sobre l’estructura microscòpica del sistema. Finalment, el segon sistema que s’investiga és completament diferent a l’anterior. Aquest sistema consisteix en films de “diblock-copolymers” que formen esferes i que estan sotmesos a influències externes. Per l’estudi s’utilitza una implementació numèrica de la dinàmica del sistema en una xarxa que es coneix com “Cell Dynamics Simulation”. A través de les simulacions demostrem que podem obtenir formacions de dominis esfèrics altament ordenats en films prims sobre una superfície químicament decorada amb bandes paral•leles. No obstant, l’ordre de llarg abast, requerit en aplicacions nanoscòpiques, depèn de la commensurabilitat de l’estructura amb la periodicitat de les bandes i el gruix del film, i la seva adequada selecció permet tenir una disposició d’esferes hexagonal o bé quadrada, que correspondria a un empaquetament cúbic centrat (BCC). / Este trabajo se centra en el estudio de dos sistemas diferentes de films poliméricos. En primer lugar, se analiza experimentalmente la respuesta viscoelástica de los films poliméricos multicapa (sándwiches) de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) y etilen-vinil-alcohol (EVOH). Partiendo de los datos experimentales se encuentra que la respuesta mecánica de los sándwiches se puede predecir mediante una regla aditiva utilizando los datos de los componentes puros, cuando éstos han sido procesados en las mismas condiciones. Por consiguiente, la respuesta no depende del grosor de las capas individuales, ni de los efectos interfaciales, sino que depende de la fracción volumétrica de EVOH y LLDPE en el sistema. Se propone adicionalmente un modelo más mesoscópico para la respuesta viscoelástica de los films de LLDPE y EVOH puros y los sándwiches. Éste se basa en el modelo de Maxwell Generalizado que corresponde a la analogía mecánica de la respuesta compleja del material. Mediante el ajuste del modelo a los datos experimentales podemos obtener información sobre el espectro de los tiempos de relajación, que nos dan conocimiento sobre la estructura microscópica del sistema. Finalmente, el segundo sistema que se investiga es completamente diferente al anterior. Este sistema consiste en filmes de “diblock-copolymers” que forman esferas y se someten a influencias externas. Para el estudio se utiliza una implementación numérica de la dinámica del sistema en una red conocida como “Cell Dynamics Simulation”. Por medio de las simulaciones demostramos que se pueden obtener formaciones de dominios esféricos altamente ordenados en films delgados sobre una superficie químicamente decorada con bandas paralelas. El orden de largo alcance depende de la conmensurabilidad de la estructura con la periodicidad de las bandas y del grosor del film, y su adecuada selección permite tener una disposición de esferas hexagonal o bien cuadrada, correspondiente a un empaquetamiento cúbico centrado (BCC). / This work is focused on the study of two different systems of thin polymeric films. In the first place, the viscoelastic response of multilayer polymeric films (sandwiches) of linear low-density polyethylene (LLDPE) and ethylene vinyl alcohol (EVOH) copolymer has been experimentally analyzed. From experimental data we find that the mechanical response of the studied sandwiches can be predicted through a mixing rule using the data of the pure constituents when they have been processed under the same conditions. Then, the response does not depend on the individual layer thickness, neither on the interfacial effects, but only on the volume fraction of the EVOH and LLDPE in the system. We additionally propose a more mesoscopic model for the viscoelastic response of the solid LLDPE and EVOH films and sandwiches. The model is formally a Generalized Maxwell (GM) model, which corresponds to a mechanical analog of the complex response of the material. Through the fitting of the model to the experimental data one can get information on the spectra of relaxation times, which bear information on the microscopic structure of the system. Finally, the second system investigated is completely different to the previous one. This system studied consists of films of sphere-forming diblock copolymers under external influences. For the study we use a numerical implementation of the dynamics of the system on a lattice that is referred to as Cell Dynamics Simulation. Using 3-Dimensional CDS we demonstrate that on patterned surfaces with chemically attractive parallel stripes, arrays of spherical domains with long-range order, required for nanoscopic applications, can be obtained. The long-range order depends on the commensurability of the structure with both the band periodicity and slit thickness, and their proper selection permits the system to switch from a hexagonal packing to a square packing corresponding to a body-centered orthohedron.

Els compostos que incorporen un grup –CF3, especialment en anells aromàtics, són compostos àmpliament demandats com building blocks a la indústria agroquímica, farmacèutica i de materials. Mentre que s’ha fet un progrés considerable amb les trifluorometilacions aromàtiques catalitzades per coure, sorprenentment hi ha poca recerca de cara a entendre els mecanismes d’aquesta reacció. En aquesta Tesi es desenvolupen per primer cop, de manera combinada, estudis experimentals i computacionals que tenen per objectiu específic l’elucidació del mecanisme de trifluorometilació d’haloarens. El CuCF3 utilitzat a l’estudi va ser preparat d’acord a la reacció de cupració directa de fluoroform, recentment descoberta pel nostre grup. Per aquesta important transformació sense precedents, vam dur a terme estudis detallats del seu mecanisme, descrit en el Capítol 1. Es va concloure que el contraió K+ té un rol crucial a la formació de l’enllaç Cu-CF3. L’addició d’un lligand amb gran afinitat pel K+ resulta en una inhibició significant del procés de cupració. El Capítol 2 descriu una àmplia investigació sobre el mecanisme de trifluorometilació d’halurs d’aril, que revela un mecanisme no-radicalari, implicant una addició oxidativa Ar-Hal al centre Cu(I), essent l’etapa determinant de la velocitat de reacció. El Capítol 3 tracta sobre l’efecte accelerador del substituent en orto a les reaccions d’acoblament catalitzades per Cu, efecte ja conegut des de fa temps però no explicat. Amb contribucions menors a nivell electrònic, aquest efecte ve determinat per la coordinació estabilitzant del substituent en orto al Cu durant l’estat de transició i per la càrrega estèrica, que augmenten l’estat energètic de l’haloarè. El Capítol 4 descriu els estudis teòrics sobre les propietats electròniques del grup -CF3 a la química orgànica i organometàl•lica. Evidentment, aquest tema és molt important per entendre els mecanismes de reacció i pel desenvolupament de la investigació de reaccions de trifluorometilació catalitzades per metalls. / Los compuestos que incorporan un grupo –CF3, especialmente en anillos aromáticos, son compuestos con gran demanda como building blocks para la industria agroquímica, farmacéutica y de materiales. Mientras que se ha progresado considerablemente con las trifluorometilaciones aromáticas catalizadas por cobre, sorprendentemente hay poca investigación referente a entender los mecanismos de esta reacción. En esta Tesis se desarrollan por primera vez, de manera combinada, estudios experimentales y computacionales que tienen por objetivo la determinación del mecanismo de trifluorometilación de hallaremos. El CuCF3 utilizado fue preparado de acuerdo a la reacción de cupración directa de fluoroformo, recientemente descubierta por nuestro grupo. Debido a esta importante transformación sin precedentes, se hicieron estudios de su mecanismo, descritos en el Capítulo 1. Se concluyó que el catión K+ tiene un rol crucial para la formación del enlace Cu-CF3. La adición de un ligando con gran afinidad por el K+ resultó en una inhibición significativa del proceso de cupración. El Capítulo 2 describe una amplia investigación sobre el mecanismo de trifluorometilación de haluros de arilo, que revela un mecanismo no-radicalario, implicando una adición oxidativa Ar-Hal al centro Cu(I), siendo la etapa determinante de la velocidad de reacción. El Capítulo 3 trata sobre el efecto acelerador del sustituyente en orto en las reacciones de acoplamiento mediadas por Cu, efecto ya conocido pero inexplicado. Con contribuciones menores a nivel electrónico, este efecto viene determinado por la coordinación estabilizante del sustituyente en orto al Cu durante el estado de transición y por la carga estérica, que aumentan el estado energético del haloareno. El Capítulo 4 describe los estudios teóricos sobre las propiedades electrónicas del grupo –CF3 en química orgánica y organometálica. Evidentemente, este tema es muy importante para entender los mecanismos de reacción y para el desarrollo de la investigación de reacciones de trifluorometilación mediadas por metales. / Organic compounds bearing a CF3 substituent, especially on an aromatic ring are in exceedingly high demand as building blocks for the needs of the agrochemical, pharmaceutical, and materials industries. While considerable progress has been made in the area of Cu-mediated aromatic trifluoromethylation, surprisingly little has been done in order to understand its mechanism. In this Thesis, we report the first combined experimental and computational studies aimed specifically at the elucidation of the mechanism of trifluoromethylation of haloarenes. The CuCF3 reagent used in our work was prepared by the new reaction of direct cupration of fluoroform, recently discovered by our group. As this remarkable transformation is unprecedented itself, we performed detailed studies of its mechanism as described in Chapter 1. It was found that the potassium counterion plays a crucial role in the Cu-CF3 bond formation. Addition of a ligand with high affinity to K+ results in significant inhibition of the cupration process. Chapter 2 reports a broad mechanistic investigation of trifluoromethylation of aryl halides which revealed a nonradical mechanism involving Ar-Hal oxidative addition to the Cu(I) center as the rate determining step. Chapter 3 deals with a long-known yet poorly understood accelerating effect of the ortho-substituent in Cu-promoted coupling reactions. With minor contributions from electronic factors, this effect is largely determined by the stabilizing coordination of the ortho-substituent to Cu in the transition state and the steric bulk that raises the energy of the haloarene. Chapter 4 describes our theoretical studies of the unusual electronic properties of the CF3 group in organic and organometallic chemistry. Evidently, this subject matter is highly relevant to understanding the reaction mechanisms and further development in the area of metal-mediated trifluoromethylation reactions.

En aquesta Tesi, hem estudiat l'adsorció en òxids i metalls mitjançant simulacions basades en la Teoria del Funcional de Densitat considerant una correcció semiempírica per a la dispersió. En primer lloc, s'han investigat els rutils, que tenen la mateixa cel·la unitat i poden barrejar-se obtenint noves propietats. En presència d'impureses, es troben semiconductors adsorbits i complexos metàl·lics en el bulk, revertint l'oxígen aquest comportament. A mes, es pot fer crèixer, de forma epitaxial, qualsevol rutil damunt d'un altre. A continuació, s'ha estudiat l'adsorció d'alcohols en Titania. Els nostres resultats indiquen que tant les energies com les geometries d'adsorció no són escalables amb la longitut de cadena i el nombre d'hidroxils. Aquesta situació prevé de l'utilització de petits alcohols com a substituents. A continuació, s'ha analitzat la conversió del glicol d'etilè y el 1-3-propanediol en alquens en superfícies de TiO2. El primer evoluciona fàcilment a productes, mentre que el darrer passa a través d'un producte intermig d'alta energia. El proçés no és catalític doncs una vacant està ocupada després de cada cicle. Amb el d'avaluar l'efecte de l'aigua, s'ha investigat la hidrofobicitat d'òxids de terres rares. La raó darrere d'aquesta propietat és la particular disposició de l'aigua, relacionada amb la distància entre ions a la superfície. Finalment, hem obtingut nous paràmetres per a les correccions de dispersió en metalls a partir de la polaritzabilitat calculada. El mètode emprat és el de primers principis que pot ser utilitzat en el cas de superfícies amb defectes. / En esta Tesis, hemos estudiado la adsorción en óxidos y metales mediante simulaciones basadas en la Teoría del Funcional de Densidad considerando una corrección semipempírica para la dispersión. Primero, se han investigado los rutilos, que tiene la misma celda unidad y pueden mezclarse obteniendo nuevas propiedades. En presencia de impurezas, se encuentran semiconductores adsorbidos y complejos metálicos en el bulk, revertiendo el oxígeno este comportamiento. Además, se puede hacer crecer, de forma epitaxial, cualquier rutilo encima de otro. A continuación, se ha estudiado la adsorción de alcoholes en Titania. Nuestros resultados indican que tanto las energías como las geometrías de adsorción no son escalables con la longitud de cadena y el número de hidroxilos. Esta situación previene de la utilización de pequeños alcoholes como sustitutos. A continuación, se ha analizado la conversión del glicol de etileno y el 1-3-propanediol en alquenos en superficies de TiO2. El primero evoluciona fácilmente a productos, mientras que el último pasa a través de un producto intermedio de alta energía. El proceso no es catalítico puesto que una vacante está ocupada después de cada ciclo. Con el finn de evaluar el efecto del agua, se ha investigado la hidrofobicidad de óxidos de tierras raras. La razón detrás de esta propiedad es la particular disposición del agua, relacionada con la distancia entre iones en la superficie. Finalmente, hemos desarrollado nuevos parámetros para las correcciones de dispersión en metales a partir de la polarizabilidad calculada. El método empleado es el de primeros principios que puede ser utilizado en el caso de superficies con defectos. / In this Thesis, we have studied the adsorption on oxides and metals by means of Density Functional Theory simulations plus a semiempirical correction for dispersion. First we have investigated rutiles, which have the same unit cell and can be mixed with new properties. When impurities are present, semiconductors are found on the surface and metallic compounds in the bulk and oxygen reverse this behaviour. Also, we can epitaxially grow any rutile on top of another. Next we have addressed the adsorption of alcohols on Titania. Our results indicate that both the energies and the geometries of adsorption are not scalable with the chain length and the number of hydroxyls. This warns against the use of small alcohols as surrogates. Afterwards,the conversion of ethylene glycol and 1,3-propanediol to alkenes on TiO2 has been analyzed. The former evolves easily to the products while the latter pass through a high energy intermediate. The process is not catalytic, since a vacancy is healed after each cycle. To assess the effect of the water environment, we have investigated the hydrophobicity of Rare-Earth Oxides. The reason behind this property is the particular water arrangement which is related to the distance between the surface ions. We altered such motif doping the surface thus modifying the mean distance between the ions. Finally, we developed new parameters for dispersion corrections in metals from the computed polarizability. The procedure is rst principles and can be employed in defective surfaces.

Els ful•lerens són caixes closes de carboni formades per un nombre parell d’àtoms. Una de les propietats mes interessants és la capacitat d’encapsular àtoms i petites molècules en la cavitat interior. El primer ful•lerè endoèdric fou proposat just després del descobriment del C60. Els metal•loful•lerens endoèdrics han atret atenció de gran part de la comunitat científica per les seves propietats i potencials aplicacions en camps com la medicina o la ciència de materials. En aquesta tesi s’hi mostra un extensiu treball combinant experiments i computació per a la caracterització i modelatge de noves especies de metal•loful•lerens endoèdrics. En la majoria dels casos, la síntesi de noves espècies necessita d’aquesta combinació d’experiments i computació per poder la identificació i caracterització de les estructures. Així doncs, aquí es presenta el treball per l’estudi de les propietats i caracterització des de sistemes petits com Ti@C2n (2n =26-50) i altres endoedres monometàl•lics (M@C2n), així com l’estudi detallat dels sistemes Sc2S@C70, Sc2S@C72, Ti2S@C78 i la modelització d’algunes de les seves propietats mes rellevants. / Los fulerenos son poliedros esféricos formados por un nombre par de átomos de carbono distribuidos en pentágonos y hexágonos. Una de sus propiedades más atractiva es la capacidad de atrapar átomos y pequeñas moléculas en su interior. Estos fueron descubiertos rápidamente después del descubrimiento del C60. El Sc3N@C80 es el fulereno endoédrico más abundante, y el tercer sistema más abundante en toda la familia de fulerenos, solo por detrás de C60 y C70. Los fulerenos endoédricos han captado la atención de gran parte de la comunidad científica debido a sus propiedades y potenciales aplicaciones en campos como la medicina y la ciencia de materiales. La caracterización de nuevas especies es difícil debido al bajo rendimiento, por eso, la combinación de experimentos con trabajos computacionales es esencial para la exitosa identificación de nuevos sistemas. En esta tesis se incluye un extenso trabajo combinando estudios computacionales con varios tipos de experimentos. Entre las especies estudiadas y caracterizadas se encuentran desde los pequeños fulerenos monometálicos Ti@C2n (2n=26-50), hasta especies más grandes cómo Sc2S@C70, Sc2S@C72 y Ti2S@C78. / Fullerenes are closed carbon cages constituted by an even number of atoms. One of the attractive properties of the hollow carbon clusters is the possibility to use them as robust containers for other species. The first proposal of an endohedral fullerene was given only a few days after the discovery of C60. Endohedral metallofullerenes have attracted the attention of the scientific community not only because their unique host-guest behaviors, but also because the properties and, thus, the applications are significantly different from those of the empty cages. The formal electron transfer that has been found to happen between the trapped unit and the carbon cages is determinant for the understanding of these new properties. Herein we report an extensive study combining computations and experiments. This combination is a powerful tool for the structural characterization of new species. The computation of the structures and the modeling of the properties, allow us to compare the experimental and computational data to identify the new systems. In this thesis the reader will find a complete study from small endohedrals, Ti@C2n (2n=26-50) and other M@C2n, to larger fullerenes as Sc2S@C70, Sc2S@C72 and Ti2S@C78.

de la tesi titulada: 'Catalytic asymmetric hydroboration reaction of alkenes recycling of a catalyst'.Si ens preguntem per la importància de les molècules asimètriques és just reconèixer que el món és quiral. La majoria de compostos orgànics que pertanyen als aromes, cosmètics, fàrmacs, nutrients, perfums, pesticides i vitamines, són alguns exemples de productes que tenen els seus principis actius en molècules enantiomèricament pures. La síntesi asimètrica és l'eina que ens permet generar substàncies òpticament actives a partir de substrats de fàcil accessibilitat, mitjançant l'acció d'un agent quiral. En aquest context, la catàlisi asimètrica pren importància no només per la capacitat de que un catalitzador format per un complex organometàl·lic, augmenti la velocitat de la reacció, sinó perquè permeti obtenir únicament o de forma majoritària l'enantiòmer desitjat. Actualment, cada cop més es va prenent consciència de la necessitat de desenvolupar processos respectuosos amb el medi ambient alhora que la indústria demanda que aquests siguin de baix cost. L'estudi de la capacitat de recuperar el sistema catalític homogeni del medi de reacció és de gran interès pel desenvolupament de reaccions versàtils i igualment eficaces per a una possible aplicació posterior en l'àmbit de la indústria on s'utilitzen elevades quantitats de catalitzador. El reciclatge, doncs, es presenta com una solució neta i senzilla que permet disminuir les despeses econòmiques i reduir l'impacte mediambiental.Al llarg d'aquesta tesi el lector pot diferenciar dos objectius principals: 1) l'estudi en profunditat de la reacció catalítica d'hidroboració asimètrica, el coneixement del cicle catalític de la reacció, fa possible entendre l'activitat i selectivitat del sistema catalític juntament amb el paper dels substrats i dels reactius, i 2) el desenvolupament de sistemes catalítics heterogenitzats que permeten el seu reciclatge. Per assolir aquests objectius es va plantejar l'estudi del mecanisme de la reacció d'hidroboració catalítica asimètrica la qual es va estendre a diversos substrats (vinilarens i perfluoroalquens). A més a més, es van estudiar diferents sistemes catalítics catiònics de Rh i Ir immobilitzats en argiles tipus esmectites (montmorillonita K-10 i bentonita) i en suports sintètics (silanotriolats de sodi) per ser aplicats en diverses reacció catalítiques heterogenitzades (hidroboració, sonogashira i dihidroboració). / of the thesis titled: 'Catalytic asymmetric hydroboration reaction of alkenes recycling of a catalyst'.The world is chiral. Most organic compounds are chiral. Chemists working with perfumes, cosmetics, nutrients, flavours, pesticides, vitamins, and pharmaceuticals, to name a few examples, require access to enantiomerically pure compounds. But, how might we obtain enantiomerically pure compounds? The asymmetric synthesis permits to convert an achiral substance into a chiral, nonracemic one by the action of a chiral reagent. In this context, the asymmetric catalysis is of some importance. The catalysed reaction can be accelerated by small amounts of transition-metal complexes. In addition, it is an interesting strategy for enantioselectivity of the process.The chiral catalytic system must be designed so that it can be easily recovered from the products and reused, and which responds to the challenge of improving the environmental and economic viability of the asymmetric process. All this point, we planned to develop in the present thesis the following aspects: 1) understand how high activity and selectivity can be generated thought the hydroboration process and 2) design of a chiral catalytic system that can be easily recovered form the products and reused in the catalytic asymmetric hydroboration reaction.

Research on organic photovoltaic devices (OPV) has developed during the past 30 years, but especially in the last decade it has attracted scientific and economic interest triggered by a rapid increase in power conversion efficiencies. Thanks to the indtroduction of the bulk heterojunction (BHJ) concept, today BHJ OPV efficiencies are exceeding 9%. This thesis gives an overview on the different possible strategies that could be adopted for a further. improvement of BHJ OPV devices performances. The accurate analysis of the chemical, energetic and physical criteria governing the solar cells functioning allowed to individuate some critical aspects and apply possible solutions by a fine tuning of the materials chemical structures, device processing techniques and device architecture engineering. Even though noit in all cases the applied strategy successfully led to device efficiency improvements, the fundamental understanding of some of the efficiency limiting factors could serve as useful scientific basis for future developments.

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

Tesi realitzada a l'Institut de Química Avançada de Catalunya (IQAC - CSIC) / Proteins are flexible entities, and thus move. Its function is closely related to the flexibility. To carry out any function is necessary a conformational change. As protein motions imply an exchange of conformations, protein dynamics is also known as Protein Conformational Dynamics. The fluctuations between the different proteic configurations can be classified according to the length-scale, the time-scale and the amplitude and directionality of them. The movement could be local movement, involving only the rearrangement of a few amino- acid side chains or even backbone, or it may be a large, global movement, modulating the allostery or the conformational transitions, and even involve folding of the entire protein. Generally local motions are also fast and small amplitude motions whereas global motions are associated with slow and large amplitude motions. All these motions encompassed into protein dynamics are governed by the features of the underlying energy landscape. To fully describe a protein, a multidimensional and rugged energy landscape defining the relative probabilities of the conformational states (thermodynamics) and the energy barriers between them (kinetics) is required. To understand proteins in action, the fourth dimension, time, must be added. As these motions are important for the proteic function a deep understanding is required. To do that in this thesis we have tried to answer several questions related to these dynamical phenomena. Concretely we have performed local studies, related to enzyme catalysis and protein damage, and globally, with the determination and analysis of protein conformational ensembles. These studies have been developed using methods of computational chemistry, computational biochemistry and computational biophysics, which have proven to be very useful tools when studying the protein dynamics. Computational methods are an efficient and useful tool to characterize protein motions. However the current computational approaches present limitations and to solve them the incorporation of experimental data and its correct interpretation is crucial. This necessity of be complemented comes from different sides: 1) from experiments to computations and 2) from computations to experiments. The convergence of experimental and computational techniques to the same point is key to achieve a deep understanding of protein dynamics. / La presente tesis se centra en el estudio computacional de la dinámica de las proteínas. Las proteínas son entidades flexibles y como tales se mueven. Este movimiento es indispensable y esta directamente relacionado con su función. La dinámica de las proteínas se puede dividir en dos grandes bloques conceptuales según el número de átomos involucrados, la escala de tiempo en que tiene lugar y la amplitud y dirección de la misma. Debido a la importancia de estos fenómenos, emerge la necesidad de tener un conocimiento profundo sobre los mismos. Debido a ello, en esta tesis doctoral se ha tratado de dar respuesta a varios fenómenos observados en relación directa con la dinámica de las proteínas. Concretamente, hemos realizado estudios a nivel local, de 'centro activo', relacionados con la catálisis enzimática y el daño proteico, así como a nivel global, con la determinación y el análisis de conjuntos conformacionales de proteínas. Estos estudios, se han desarrollado usando métodos propios de la química, la bioquímica y la biofísica computacionales, los cuales se han mostrado como herramientas muy útiles a la hora de estudiar la dinámica. De todos ellos, de forma general, podemos concluir que los métodos computacionales son una herramienta eficaz y util para caracterizar la dinámica de las proteínas. Sin embargo, los métodos computacionales actuales presentan limitaciones y para resolverlos la incorporación de datos experimentales as como su correcta interpretación es crucial. Pero aunque los metodos computacionales necesitan de los experimentales, esta necesidad también se da de manera opuesta. La convergencia de los métodos experimentales y computacionales es clave para poder profundizar en el conocimiento de la dinámica de las proteínas.

L'objectiu general de la present tesi és el desenvolupament d'una plataforma per la detecció electroquímica de mutacions genètiques emprant un mètode d'alta especificitat basat en l'extensió de seqüències d'ADN, anomenades cebadors, disposades organitzadament sobre una superfície (APEX). Per tant el treball inclou la preparació de molècules que constitueixen marcadors electroquímics i que van ser posteriorment enllaçades de manera covalent a les quatre bases d'ADN i, a més, el desenvolupament d'una plataforma robusta resistent a altes temperatures, que són necessàries durant la incorporació per la via enzimàtica de les bases d'ADN marcades. En la primera part del present treball, es van sintetitzar dues classes de polioxometalats (anomenats Keggin and Dawson POM) i van ser covalentment enllaçats a seqüències d'ADN. A més, al costat d'altres marcadors electroquímics, van ser enllaçats covalentment a bases d'ADN individuals per a la detecció de mutacions genètiques. A la segona part es va desenvolupar un nou mètode per a la funcionalització de superfícies de carbó vitri basat en processos electroquímics consecutius d'hidrogenació i cloració. Aquestes superfícies modificades van ser utilitzades per a la immobilització de molècules tioladas, incloent ADN tiolado. Finalment, les molècules sintetitzades i les superfícies modificades van ser usades per a la detecció electroquímica de mutacions genètiques seguint la metodologia APEX. / El objetivo general de la presente tesis es el desarrollo de una plataforma para la detección electroquímica de mutaciones genéticas empleando un método de alta especificidad basado en la extensión de secuencias de ADN, llamadas cebadores, dispuestas organizadamente sobre una superficie (APEX). Por tanto el trabajo incluye la preparación de moléculas que constituyen marcadores electroquímicos y que fueron posteriormente enlazadas de forma covalente a las cuatro bases de ADN y, además, el desarrollo de una plataforma robusta resistente a altas temperaturas, que son necesarias durante la incorporación por la via enzimática de las bases de ADN marcadas. En la primera parte del presente trabajo, se sintetizaron dos clases de polioxometalatos (llamados Keggin and Dawson POM) y fueron covalentemente enlazados a secuencias de ADN. Además, junto a otros marcadores electroquímicos, fueron enlazados covalentemente a bases de ADN individuales para la detección de mutaciones genéticas. En la segunda parte se desarrolló un nuevo método para la funcionalización de superficies de carbón vítreo basado en procesos electroquímicos consecutivos de hidrogenación y cloración. Estas superficies modificadas fueron utilizadas para la inmovilización de moléculas tioladas, incluyendo ADN tiolado. Finalmente, las moléculas sintetizadas y las superficies modificadas fueron usadas para la detección electroquímica de mutaciones genéticas siguiendo la metodología APEX. / This PhD work was started with the intention of developing platform for electrochemical detection of mutations using highly specific method called arrayed primer extension. So the work involves the preparation of labels to be linked with the four different DNA bases and the preparation of robust platform which can withstand the high temperature during enzymatic incorporation of the labelled DNA bases. The first part of this work deals of the preparation of compounds called polyoxometalates (Keggin and Dawson types) and their covalent attachment to DNA sequence and also, to DNA single bases along with other organic redox labels for mutation detection. In the second part while trying to achieve a thermally stable surface tethered DNA probes, a new method of surface functionalisation based on electrochemical hydrogenation followed by electrochemical chlorination of glassy carbon was developed. The so prepared surfaces were used for immobilisation of thiolated molecules including thiolated DNA. Finally the synthesised molecules and modified surfaces were used for electrochemical detection of genetic mutation following the APEX protocol.