La presente tesis doctoral está enfocada al desarrollo de herramientas analíticas avanzadas, basadas en lenguas electrónicas potenciométricas y redes neuronales artificiales, para la determinación de trazas de metales de transición, específicamente Cu(II), Cd(II), Pb(II) y Zn(II) en muestras ambientales. En la búsqueda de nuevos elementos de reconocimiento, se sintetizaron y caracterizaron dos nuevos derivados de bis-tioureas, que fueron empleados como ionóforos en electrodos selectivos a plomo. Los dos electrodos obtenidos fueron caracterizados completamente y se obtuvieron muy buenos parámetros analíticos. La aplicabilidad de los dos dispositivos construidos se comprobó en la determinación de plomo en muestras de suelos, los resultados obtenidos se contrastaron de forma satisfactoria frente a un método de referencia (ICP-MS). Con los electrodos construidos previamente y con otros formulados mediante membranas comerciales, se conformaron las matrices de sensores que fueron empleadas en diversas aplicaciones. En la primera de ellas, se desarrolló una lengua electrónica potenciométrica para la determinación simultánea de Cu2+, Cd2+, Pb2+ y Zn2+ a nivel de trazas en muestras de suelos. El modelo fue construido mediante redes neuronales artificiales, con muy buen ajuste y habilidad predictiva. La estrategia propuesta fue aplicada a la determinación de los 4 analitos en muestras de suelos. Los resultados obtenidos se compararon con un método de referencia (FAAS). En la segunda aplicación se empleó una lengua electrónica como método de detección del punto final en un sistema de valoración complexométrica, para resolver mezclas ternarias de metales de transición. Con el objetivo de disminuir el tiempo de análisis, se utilizó una metodología de valoración con un número reducido de adiciones fijas de agente valorante. La información multivariada obtenida fue tratada con redes neuronales artificiales, y se pudo determinar simultáneamente en muestras de suelos dopadas el contenido de Cu2+, Cd2+ y Pb2+, lo que representa un aporte considerable, ya que estas aplicaciones son prácticamente imposibles con las metodologías convencionales de valoración. Las aplicaciones posteriores estuvieron enfocadas al desarrollo de un sistema automatizado, basado en lenguas electrónicas y análisis por inyección en flujo; para la monitorización de procesos de biosorción de mezclas de metales de transición en raspo de uva, residual de la industria vinícola. Se emplearon diferentes lenguas electrónicas como método de detección y se lograron monitorizar satisfactoriamente diferentes mezclas, de dos, tres y cuatro componentes. Con la información adquirida, se obtuvieron los principales parámetros termodinámicos de los procesos estudiados, la capacidad de sorción (q0), la capacidad de sorción del volumen del lecho (N0) y el tiempo requerido para alcanzar el 50 % del sorbato (r). Estos fueron comparados con los modelos teóricos de Thomas, Yoon-Nelson y BDST, en todos los casos se obtuvo un buen ajuste. También se determinó el orden de selectividad del raspo de uva (biosorbente) hacia los diferentes metales estudiados y el mecanismo predominante y responsable de la biosorción fue el intercambio iónico. / This thesis is focused on the development of advanced analytical tools based on potentiometric electronic tongues and artificial neural networks, for the determination of transition metal traces, particularly Cu(II), Cd(II), Pb(II) and Zn(II) in environmental samples. In the search for new recognition elements, two new bis-thiourea derivatives were synthesized and characterized, which were used as ionophores in lead selective electrodes. The electrodes obtained were fully characterized and yielded very good analytical parameters. The applicability of the two devices constructed was verified in the determination of lead in soil samples, the results obtained were compared successfully against a reference method (ICP-MS). Using these previously constructed electrodes in concert with additional electrodes exploiting commercially fabricated sensory elements, a sensor array was formed and thus used in various applications. The first of these applications was a potentiometric electronic tongue for the simultaneous determination of Cu2+, Cd2+, Pb2+ and Zn2+ at trace levels in soil samples. The model was constructed with the use of artificial neural networks and exhibited a very good fit and predictive ability. The proposed strategy was applied to the determination of these 4 analytes in soil samples. The results were also compared with a reference method (FAAS). In the second application, the electronic tongue was employed as end point detection method in titration system, to resolve ternary mixtures of transition metals. In order to reduce the analysis time, a complexometric fixed volume titration methodology was used. The multivariate information obtained was treated with artificial neural networks, and the Cu2+, Cd2+ and Pb2+ volumes were simultaneously determined in soil spiked samples, which represents a significant contribution to the state-of-the-art, as these applications are virtually impossible to achieve with conventional titration methodologies. Subsequent applications were focused on the development of an automated system based on electronic tongues and flow injection analysis, for the monitoring of biosorption processes of mixtures of transition metals in grape stalk, wine industry waste. Several electronic tongues were used as a detection method, and achieved the satisfactorily monitoring of different mixtures of two, three and four components. Using the obtained information, the main thermodynamic parameters of the studied processes were successfully determined; these were the sorption capacity (q0), the sorption capacity of the bed volume (N0) and the time required to reach 50% of the sorbate (r). These were then compared to theoretical models of Thomas, Yoon-Nelson and BDST in all cases a good fit was achieved. The mechanism responsible for biosorption, ion exchange, and the order of selectivity grape stalk (biosorbent) towards different metals studied was also determined.

En el presente trabajo se proponen mecanismos para varias reacciones que conducen a la formación de productos de glicación avanzada, en base a cálculos realizados a nivel PBE/GGA, en el contexto de la teoría del funcional de la densidad (DFT), en un modelo de una capa de fosfolípidos diseñada bajo condiciones periódicas de contorno. En los modelos periódicos usados, cada celda unidad contiene dos moléculas de fosfatidiletanolamina (PE), moléculas reactivas adicionales según sea la reacción estudiada, y un número suficiente de moléculas de agua para formar una red de enlaces de hidrógeno sobre la superficie aminofosfolipídica. Estas redes de enlaces de hidrógeno fueron importantes para la estabilización de los reactivos, intermedios, productos y estados de transición de las reacciones estudiadas, participando algunas moléculas de agua de estas redes, como puentes para las transferencias de protones entre los grupos reactivos. Las reacciones estudiadas comprendieron la formación de bases de Schiff a partir de acetaldehído y PE, el reordenamiento de Amadori teniendo como reactivo de partida una base Schiff de D-eritrosa-PE, la descomposición del peróxido de hidrógeno y la formación de carboximetil-PE a partir de glioxal y PE. En las reacciones en las que se presenta un paso de deshidratación, este fue el paso limitante, lo que es consistente con la evidencia experimental disponible sobre las mismas. En el estudio de todas las reacciones estudiadas destaca el rol catalítico de las capas de PE sobre las reacciones que acontecen en su superficie Este efecto catalítico se realiza a través a través de componentes de la superficie de PE, como los grupos amino y grupos fosfato que forman parte la red de enlaces de hidrógeno, estabilizando la misma y facilitando la acumulación de moléculas de agua en su proximidad. En algunas reacciones estudiadas, los grupos amino de la PE participan como grupos donantes o aceptores en las transferencias de protones. Basados en nuestros resultados, es posible plantear la hipótesis de que la superficie de las membranas de fosfolípidos pueden modificar el comportamiento cinético de algunas reacciones biológicas que acontecen sobre la misma, actuando como catalizadores. / Mechanisms for the formation of advanced glycation end-products on an amine-phospholipid monolayer model were realized by using density functional theory (DFT) calculations carried out at the PBE/GGA level under periodic boundary conditions. Each unit cell contained two phosphatidylethanolamine (PE) molecules, and a sufficient number of water molecules for forming hydrogen bond networks. These networks were involved in the reactions, stabilizing reactants, intermediates, products and transition states and performing as proton-transfer carriers, important in all steps of reactions. The studied reactions covered formation of Schiff bases, having acetaldehyde as carbonyl compound, the Amadori rearrangement since Schiff base from D-erythrose and PE, the hydrogen peroxide decomposition above PE surface, and the formation of carboxymethylated-PE from glyoxal and PE. In the studied reactions where there is a dehydration step, it was the limiting step, which is consistent with the experimental evidence available for such reactions. The most important outcome of our study is highlighting the catalytic role of PE-surface on the studied reactions which proceed on it. This catalytic effect is realized through PE-surface components as amine groups and phosphate groups which might enhance reaction forming hydrogen bonds with water molecules of the hydrogen bond network, and facilitating the water molecules accumulation in the proximity of the PE-surface, amine groups could participate additionally as donors or acceptors in the proton transfers. Based in our results, it is possible to hypothesize that cell membrane phospholipids surface environment modify the kinetic behavior of some biological reactions, being capable of catalyzing them.

El trabajo ha consistido en la caracterización termofisica de mezclas liquidas formadas por un éter cíclico, 1,3-dioxolano, 1,4-dioxano, tetrahidrofurano o tetrahidropirano y cada uno de los isómeros del clorobutano, 1-clorobutano, 2-clorobutano, 1-cloro-2-metilpropano y 2-cloro-2-metilpropano, basada en la determinación experimental de las propiedades termodinámicas y de transporte, volumen de exceso, compresibilidad isoentrópica de exceso, desviación del índice de refracción, desviación de la tensión superficial, desviación de la viscosidad absoluta, equilibrio líquido vapor isotérmico e isobárico, función de Gibbs de exceso y concentración superficial de exceso de las mezclas mencionadas y su variación con la temperatura y presión en algunas de las propiedades. Los resultados experimentales han sido sometidos a análisis y se ha ofrecido una interpretación de los posibles efectos ocurridos durante el proceso de mezcla, prestando especial atención en las características moleculares de los componentes puros que forman las mezclas. Las conclusiones más importantes de os resultados experimentales han sido: 1) Las características moleculares de las sustancias puras que forman las mezclas determinan en gran medida el comportamiento de las propiedades de mezcla. 2) El comportamiento de propiedades tales como desviación de la tensión superficial, desviación de la viscosidad o concentración superficial de exceso, depende principalmente de éter presente en la mezcla, mientras que para las propiedades volumen de exceso, desviación de índice de refracción y compresibilidad isoentrópica de exceso, el comportamiento depende principalmente del isómero del clorobutano presente en la mezcla. 3) El análisis de los resultados indica que los fenómenos energéticos que operan durante el proceso de mezcla son por un lado, la debilitación de las interacciones presentes en los componentes puros que forman las mezclas y por el otro, el establecimiento de nuevas interacciones entre ellos. 4) Diversos efectos estructurales, como el empaquetamiento de la mezcla con respecto a la estructura de los componentes puros, resultan fundamentales a la hora de interpretar los fenómenos ocurridos durante el proceso de mezcla. La estructura ramificada del isómero 2-cloro-2-metilpropano determina en gran medida el comportamiento de las mezclas que lo contienen. 5) La fortaleza de la unión éter-éter es mayor en los diéteres 1,3-dioxolano y 1,4-dioxano que en los monoéteres tetrahidrofurano y tetrahidropirano, y sigue la secuencia ya mostrada en estudios anteriores: 1,3-dioxolano > 1,4-dioxano > tetrahidropirano >tetrahidrofurano. 6) La fortaleza de la interacción Cl-O entre los éteres cíclicos estudiados en este trabajo y los isómeros del clorobutano sigue, aparentemente, la siguiente secuencia: éter cíclico + 1-clorobutano o 1-cloro-2-metilpropano > éter cíclico + 2-clorobutano > éter cíclico +2-cloro-2-metilpropano. Posteriormente se ha aplicado el modelo SAFT, más concretamente, la versión SAFT-VR, a las mezclas estudiadas con objeto de obtener una estimación de las propiedades termodinámicas de las mismas. Se han modelado los componentes puros de las mezclas según el modelo SAFT-VR, obteniendo los mejores parámetros que los caracterizan y se ha obtenido el equilibrio líquido vapor de las mezclas estudiadas haciendo uso de la ecuación de estado SAFT-VR. Además, se han analizado y validado los resultados obtenidos, que se han considerado satisfactorios. Se ha realizado un segundo cálculo del equilibrio liquido vapor de las mezclas sometidas a estudio mediante el modelo SAFT-VR con la incorporación de un parámetro energético adicional para mejorar la estimación. Se ha hecho uso de un único parámetro adicional válido para todas las mezclas formadas por los monoéteres cíclicos por un lado y por los diéteres cíclicos por otro y para todas las condiciones de medida. En la mayoría de los casos, la estimación ha mejorado con respecto al cálculo sin parámetro adicional. Además, los resultados obtenidos han sido relacionados 8 con las 4b5 características moleculares reales de las sustancias. Se ha demostrado que el modelo SAFT-VR es válido para describir el comportamiento tanto de las sustancias puras como de las mezclas estudiadas. Además, la gran versatilidad y aplicabilidad de la teoría ha sido puesta de manifiesto. Los resultados obtenidos en este trabajo pueden ser extrapolados a otras mezclas en las que intervengan compuestos similares a los aquí estudiadas y en otras condiciones de medida, lo que confiere al modelo SAFT y, en concreto, a la versión SAFT-VR, gran utilidad y aplicabilidad.

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La presència de metalls de transició a la natura no ve donada per la mà de l’home. De fet, les propietats electròniques i estructurals d’aquestes peces centrals de la taula periòdica són clau per la regulació dels processos biològics tals com el transport d’oxigen en animals o la fotosíntesi a les plantes. Les àrees de la farmacologia, la química, la medicina i la biotecnologia han après les lliçons d’organometàl·lica impartides per la natura, fent evolucionar la seva recerca cap a processos més específics. En aquesta tesi, titulada “Predicció d’interaccions biometàl·liques: reptes i aplicacions” (“Prediction of biometallic interactions: challenges and applications”), s’han centrat tots els esforços per descriure els diferents efectes estructurals i electrònics del acoblament d’un compost organometàl·lic sobre un sistema biològic (ADN, proteïnes i pèptids) aplicant tècniques de modelització molecular. Existeix un gran ventall de tècniques de modelització molecular. Escollir una o altre no només depèn del sistema sobre el qual s’ha d’aplicar, sinó que també s’ha de tenir en compte la interacció química que succeeix. Bàsicament, les tècniques de modelització molecular es poden dividir en dos: aquelles basades en els principis de la mecànica quàntica i les que es descriuen segons els fonaments de la mecànica molecular. Els mètodes de mecànica quàntica son capaços de descriure de forma precisa els efectes electrònics dels metalls, però consumeixen més temps de computació que els de mecànica molecular, essent aquests la millor opció per estudiar sistemes grans. Aquesta tesi està composta per quatre capítols de resultats que mostren la feina feta durant els últims anys dedicats a la recerca. En tots quatre s’han fet servir diferents tècniques de modelització molecular per estudiar diferents processos químics i biològics que involucren la participació de metalls de transició. En aquests capítols s’ha investigat en 1) l’ús de tècniques d’acoblament proteïna-lligand fent servir lligands organometàl·lics, 2) la descripció de l’estat de repòs i del procés d’activació d’un metal·loenzim artificial fent servir el mètode híbrid de Mecànica Quàntica/Mecànica Molecular, 3) l’estudi dels efectes a curt i llarg abast de la coordinació de cisplatí en ADN i proteïnes combinant les tècniques de mecànica quàntica i anàlisi de modes normals, i 4) en les idees inicials sobre la formació enantioselectiva de metal·lopèptids artificials combinant coneixements teòrics i experimentals. Escollir la millor tècnica a cada punt va ser la clau per descriure el sistema químic i descriure el corresponent procés biològic de forma satisfactòria. / The presence of transition metals in nature is not a man-made fact. In fact, the structural and electronic properties provided by that particular pieces of the periodic table are key in the regulation of biological processes such as the oxygen transport in animals or the photosynthesis in plants. Pharmacology, chemistry, medicine and biotechnological fields learned the lessons of organometallic chemistry given by Nature, evolving their research to more specific processes. In this thesis, titled “Prediction of biometallic interactions: challenges and applications”, all the efforts have been focused in the description of the structural and electronic effects of the binding of an organometallic compound to a biological host (DNA, proteins and peptides), by the application of molecular modelling techniques. The molecular modeller’s toolbox includes a huge variety of methods to choose. The election of one of other not only depends on the system where it has to be applied, but also the chemical interaction is an important variable to take into account. Molecular modelling techniques can be divided in two fields: those based in the principles of quantum mechanics, and the other which are described using the fundamentals of molecular mechanics. Quantum mechanics methods accurately describes the electronic effect of the metal, but are more time consuming that molecular mechanics ones, which are the best option to study large systems. This thesis is composed by four chapters presenting the results obtained during the last years of research. In all four, different chemical and biological processes involving the interaction of transition metals and biological hosts have been studied using different computational tools. In these chapters we investigated on 1) the use of protein-ligand docking with organometallic ligands, 2) the description of the resting state and activation process of an artificial metalloenzyme using the hybrid Quantum Mechanics/Molecular Mechanics approach, 3) the study of the short and long range effects of the coordination of cisplatin in DNA and proteins mixing Quantum Mechanics and Normal Mode Analysis, and 4) on the clues on the enantioselective formation of artificial metallopeptides combining theoretical and experimental knowledge. The election of the best technique at each stage of research was key to describe the chemical system and succeed on the description of the involved biological process.

La present Tesi Doctoral està dividida en dues parts. En la primera part es descriu el desenvolupament de materials luminescents que responen a estímuls externs. En els darrers anys aquesta àrea de investigació ha donat lloc al desenvolupament de importants aplicacions, com per exemple sensors (bio)químics i d'imatge, i dispositius pel processament de la informació i/o l'emmagatzematge. Un dels reptes en aquest camp de recerca consisteix en la preparació de sistemes que siguin sensibles a dos o més estímuls diferents, permetent així la multifuncionalitat per a un únic material. En aquest treball s’han sintetitzat i caracteritzat nous sistemes moleculars multiestímul que consisteixen en dues unitats unides covalentment, un fluoròfor acceptor d’electrons de perilendiimida (PDI) i una unitat moduladora (ditieniletè i estilbè). És important destacar que aquests mecanismes de desactivació poden ser controlats per protonació i/o isomerització foto-electroquímica de la unitat moduladora, fet que permet la modulació de la fluorescència entre els diferents estats del sistema. En la segona part de la Tesi Doctoral es descriu la fabricació de micro- i nanoestructures monodimensionals 1D (construïdes a partir de molècules π-conjugades autoassemblades) per la construcció i miniaturització de dispositius opto-electrònics com ara sensors i cel·les solars. Així, s’han sintetitzat diferents sistemes que consten d’una unitat acceptora d’electrons (PDI) i una unitat donadora d’electrons (estilbè). L’autoassemblatge d’aquests compostos en materials 1D s’ha assajat mitjançant diferents metodologies. En funció de la metodologia utilitzada per la formació d’estructures s’obtenen sistemes amb diferents dimensions (micro- i nanomètrica) i morfologies (tubs i fibres). Finalment, la disposició ordenada de les molècules dins de les estructures, així com les propietats electro-òptiques dels materials resultants s'han investigat a través de tècniques microscòpiques i espectroscòpiques. / The current Doctoral Thesis is divided into parts. The first part describes the development of luminescent materials that responds to external stimulus. It is important to note that this research area, which has emerged as an important area of research in the last years, includes the development of (bio)chemical devices for sensing and imaging and systems for information processing and storage. In this sense, the Doctoral Thesis shows the preparation of new multifunctional switchable systems that are sensitive to different stimulus. These new molecular systems are based on two units, which are covalently linked, the perylenediimide unit (PDI, electron acceptor moiety) and the switchable unit (dithienylethylene and stilbene, electron donor moiety). The quenching of the fluorescent properties of one of the two states of those molecular switches is triggered by applying different external stimulus such as protons, electricity or light. The second part of the Doctoral Thesis is devoted to the fabrication of onedimensional (1D) micro- and nanostructures made of self-assembled π- conjugated molecules. One of the most promising and an active of research fields due to the fabrication and miniaturization of opto-electronic devices, e.g. sensors and solar cells. For this study it is decided to build multicomponent materials by self-assembly of molecular systems based on a perylenediimide unit and the switchable unit (stilbene). The preparation of those compounds composed by electron donor and acceptor moieties may display good photoconductivity properties for being applied in photovoltaics. The present work also shows that the shape (nanorod and nanotubes) and the size (micrometer- and nanometer dimensions) of the obtained 1D nanostructures is strongly dependent on the methodology used for making them. Finally, the degree of order of the nanostructures as well as the electro-optical properties of the resulting materials have been investigated by means of microscopy and spectroscopy techniques.

Els compostos de metalls de transició presenten una amplia varietat d'estructures, juntament amb una gran diversitat de propietats i de química. Aquesta diversitat ofereix abundants oportunitats per la seva aplicació en síntesi orgànica i en processos de catàlisi selectiva. No obstant, la gran varietat de la química organometàl·lica implica un augment de la complexitat del seu estudi. Aquestes característiques dels compostos de metalls de transició han estat un tema molt atractiu per als químics teòrics. Entre els compostos de metalls de transició, aquest treball es centra en els complexos organometàl·lics de transició amb lligands p de dos-carbonis (C2), es a dir, els complexos de alquè i alquí. Aquests complexos p representen el exemple més simple de interacció entre un metall i un hidrocarbur insaturat. A més a més, juguen un paper important com a econòmiques matèries primeres en processos industrials, així com a materials de partida per la síntesi orgànica.El objectiu d'aquest treball és estudiar alguns exemples representatius de la química dels complexos de alquè i alquí, i mostrar com els mètodes de la química computacional poden ser aplicats per resoldre problemes reals pels quals el químic teòric pot contribuir significativament a trobar una resposta. La cobertura és extensiva però no exhaustiva degut al la gran varietat d'aspectes en aquest camp, incloent enllaç, reactivitat, i aplicacions sintètiques e industrials. La discussió inclou quatre temes diferents. El primer està relacionat amb l'estudi de la natura del enllaç del alquí com a lligand donador de dos o quatre electrons. En el segon, s'estudia un aspecte important de la reactivitat dels alquins, la isomerització alquí-vinilidè, la qual ha estat investigada en l'esfera de coordinació del niobi. Els dos temes següents examinen una reacció homogènia assistida per un metall de transició y una reacció homogènia catalitzada per un metall de transició, les quals tenen un rellevant interès sintètic i industrial, respectivament. La primera és una cicleaddició [2 + 2 +1] de alquins amb halurs d'al.lil i monòxid de carboni promocionada per tetracarbonil de niquel per donar ciclopentenones, mentre que la segona és una hidroformilació d'alquens catalitzada per rodi-difosfina.Finalment, es pot concloure que aquest treball ha contribuït a augmentar el coneixement de varis aspectes rellevants de la química dels complexos organometàl·lics de alquè i alquí, mitjançant l'ús d'un conjunt de eines computacionals. / Transition metal compounds present a vast array of structures, along with a full diversity of properties and chemistry. This diversity offers rich opportunities for their application in organic synthesis and in selective catalytic processes. However, the huge variety of organometallic chemistry results in an increasing complexity of its study. These features of transition metal compounds have long been an attractive subject for theoretical chemists.Among transition metal compounds, this work deals with organotransition metal complexes of two-carbon (C2) p-ligands, i. e., alkene and alkyne complexes. These p complexes represent the simplest example of bonding interaction between a metal and an unsaturated hydrocarbon. Furthermore, they play an important role as cheap raw materials in several industrial processes, as well as starting materials for organic synthesis.The aim of this work is to study some representative examples of the chemistry of alkene and alkyne complexes and show how computational chemistry methods can be applied to solve real problems for which the theoretical chemist can significantly contribute to find an answer. Coverage is extensive, but not exhaustive due to the huge variety of topics in this field, including bonding, reactivity, and synthetic and industrial applications. The discussion includes four different topics. The first one presents a study of the nature of the bonding of alkyne as a two- or four-electron donor ligand. In the second, an important aspect of alkyne reactivity, the alkyne-vinylidene isomerization, has been investigated on the coordination sphere of niobocene. The two following topics examine a homogeneous metal-assisted and a homogeneous metal-catalyzed reaction that have an outstanding interest synthetically and industrially, respectively. The former is a [2 + 2 + 1] cycloaddition of alkynes with allyl halides and carbon monoxide by nickel tetracarbonyl leading to cyclopentenones, while the latter is the hydroformylation of alkenes catalyzed by rhodium diphosphine.Finally, we conclude that this work has contributed to expand the understanding of several outstanding aspects of the chemistry of organometallic alkene and alkyne complexes, by using a set of computational tools.

El trabajo presentado en esta tesis consiste principalmente en la aplicación del método IMOMM (un método que combina la mecánica cuántica y la mecánica molecular) al estudio de sistemas químicos donde se ven involucrados complejos de metales de transición. Por un lado se han realizado estudios de tipo estructural, en los cuales se analizan las causas de la interacciones agósticas que se encuentran en el complejo Ir(H)2(P(t-Bu)2Ph)2 y en la familia de complejos Mo(COR)S-S)(CO)(PR3)2, y también se analizan la causas de las distorsiones geométricas que presentan en una serie de complejos de Ir pentacoordinados. En todos ellos se comprueba que la introducción de los efectos estéricos juega un papel fundamental en la explicación de los hechos experimentales. Por otro lado se han realizado estudios de reactividad, concretamente sobre la reacción de dihidroxilación enantioselectiva de olefinas con OsO4. Para ello se ha llevado a cabo en primer lugar un estudio metodológico, en el cual se ha determinado cual es la base y el método cuántico óptimos para el estudio metodológico, en el cual se ha determinado cual es la base y el método cuántico óptimos para el estudio del sistema modelo, OsO4 NH3 + C2H4 y se comprobado también que el método IMOMM es un método válido para el estudio del sistema real, (DHQD)2PYDZ.OsO4 + CH2=CHPh. Una vez realizado esto, se ha procedido al estudio sobre el mecanismo de la reacción. El estudio sobre el sistema modelo ha permitido descartar uno de los dos mecanismos propuestos, concretamente el (2+2). El estudio sobre el sistema real ha pemitido por un lado la caracterización de un intermedio para el mecanismo (3+2) (que estaba propuesto experimentalmente), y por otro el análisis de cual se el origen de la enantioselectividad. En dichos análisis se demuestra que el origen de la enantioselectividad es debido a las interacciones atractivas entre los grupos aromáticos de la olefina y del del catalizador.

En aquesta Tesi s'ha fet un estudi teòric complet del mecanisme de reacció de l'enzim Anhidrasa Carbònica fent servir el mètode Hartree-Fock i mètodes correlacionats MP2. S'han analitzat dos possibles mecanismes de reacció per la hidratació del CO2: el mecanisme de Lipscomb i el de Lindskog. Les barreres energètiques obtingudes per a les reaccions directa i inversa de formació del (NH3)3ZnII(HCO3-) segons els mecanismes de Lipscomb i Lindskog, quan s'hi ha considerat els efectes de correlació electrònica i del medi, són ambdues petites i del mateix ordre. Els millors valors, de 5.5 kcal/mol pel mecanisme de Lindskog i de 6.7 kcal/mol per al de Lipscomb, són compatibles amb el valor màxim permès des d'un punt de vista experimental, que és de 10 kcal/mol. Això fa pensar que la reacció d'hidratació del CO2 en l'Anhidrasa Carbònica es pot donar perfectament per les dues vies. Finalment s'ha analitzat el bescanvi de HCO3- per H2O en l'Anhidrasa Carbònica que porta a recuperar l'enzim en la seva forma inicial. S'ha vist que aquest bescanvi té lloc per coordinació directa d'una molècula d'aigua i posterior sortida de la molècula de bicarbonat facilitada per l'entrada de la molècula d'aigua. / In this Thesis, we have carried out a complete theoretical study of the reaction mechanism of the Cabonic Anhydrase enzyme using the Hartree-Fock method and including correlation energy at the MP2 level. We have studied two possible reaction mechanisms for the hydration of CO2: the Lipscomb and Lindskog mechanisms. The energetic barriers obtained for the direct and inverse formation of the (NH3)3ZnII(HCO3-) species are both small and of the same order for the two reaction mechanisms when including the effects of the environment and the correlation corrections. The best values of 5.5 kcal/mol for the Lindskog mechanism and of 6.7 kcal/mol for the Lipscomb mechanism both match the maximum value permitted from an experimental point of view (10 kcal/mol). Therefore, we conclude that the hydration of CO2 by Carbonic Anhydrase can follow any of the two studied reaction mechanisms. Finally, we have analyzed the HCO3- /H2O exchange in the Carbonic Anhydrase that leads to the recovery of the catalytic form of the enzyme. We have found that this exchange takes place after the direct coordination of water to the (NH3)3ZnII(HCO3-) species followed by the HCO3- dissociation, which is favored by the presence of water in the coordination sphere of the metal.

Las Glicosiltransferasas (GTs) son las enzimas responsables de la síntesis de glicanos, las moléculas orgánicas más abundantes en la naturaleza. Su relevancia biológica hace necesario el conocimiento de su mecanismo catalítico, que es todavía cuestión de debate en el caso de las GTs con retención de configuración. La presente tesis doctoral se centra en el mecanismo catalítico de estas enzimas desde un punto de vista computacional. Más específicamente, se realizó un estudio utilizando aproximaciones de la Mecánica Cuántica y la Mecánica Molecular (QM/MM) para tres GTs con retención de configuración: Lipopolisacaril-α-1,4- galactosiltransferasa C de Neisseria meningitides (LgtC), α-1,3-galactosiltransferasa bovina (α1,3-GalT) y UDP-N-acetilgalactosamina:polipeptido N-acetil-α- galactosaminiltransferasa 2 humana (ppGalNAcT-2). Los diferentes mecanismos catalíticos propuestos en la literatura son considerados y los factores responsables de la eficiencia catalítica de las GTs con retención de configuración son analizados. / Glycosyltransferases (GTs) are responsible for glycans’ biosynthesis, the most abundant organic molecules in nature. Their biological relevance makes necessary the knowledge of their catalytic mechanism, which in the case of retaining GTs is still a matter of debate. The present thesis is focused on the catalytic mechanism of these enzymes from the computational point of view. More specifically, a full-enzyme hybrid quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) study is performed for three retaining GTs: Lipopolysaccharyl-α-1,4-galactosyltransferase C from Neisseria meningitides (LgtC), bovine α-1,3-galactosyltransferase (α1,3-GalT) and human UDP-N-acetylgalactosamine:polypeptide N-acetyl-α-galactosaminyltransferase 2 (ppGalNAcT-2). The different proposed mechanisms are considered and the factors responsible for the catalytic efficiency of ret-GTs are analyzed.