El Suro modificat, bescanviador iònic per l'adsorció de metalls preciosos (pal·ladi i platí)

El present treball, com a projecte final de carrera, té com objectiu estudiar la viabilitat del suro com a material alternatiu a compostos sintètics, com per exemple bescanviadors iònics convencionals. Està centrat al cas particular de la recuperació de Pal·ladi i Platí, metalls nobles d’alt valor econòmic i per tant amb un alt interès per la seva recuperació un cop usats.

Síntesi, caracterització i aplicació de membranes catalítiques amb nanopartícules de pal·ladi

Les nanopartícules metàl·liques són catalitzadors molt efectius degut a la seva elevada àrea superficial específica. No obstant, degut a la seva gran tendència a l’agregació, sovint és necessària la seva immobilització sobre suports per tal de dur a terme aplicacions específiques. La immobilització de les nanopartícules dins d’una matriu polimèrica ha demostrat ser una bona metodologia per a aquest propòsit, doncs permet l’estabilització i protecció de les partícules, així com la recuperació del catalitzador. Mitjançant la incorporació de nanopartícules metàl·liques a membranes polimèriques es poden obtenir materials nanocomposites molt efectius, que podrien combinar la capacitat catalítica dels nanomaterials amb l’efectivitat dels processos de membrana en un sol pas. L’objectiu a llarg termini és l’obtenció de membranes catalítiques actives capaces de realitzar simultàniament la separació i la destrucció de contaminants presents en solució. Concretament, en aquest treball s’han desenvolupat membranes polimèriques de Poliètersulfona amb grup Cardo modificada amb grups sulfònics per tal de sintetitzar nanopartícules de Pd mitjançant la tècnica de la Síntesi Intermatricial. Tant el polímer modificat com les membranes i el nanocomposite obtingut han estat caracteritzats i l’eficiència catalítica s’ha avaluat monitoritzant la reducció catalítica del 4-nitrofenol en presència de NaBH4.

Complexes of Pd(II) and Pt(II) with 9-aminoacridine: reactions with DNA and study of their antiproliferative activity

Four new metal complexes {M = Pd(II) or Pt(II)} containing the ligand 9-aminoacridine (9AA) were prepared. The compounds were characterized by FT-IR and 1H, 13C, and 195Pt NMR spectroscopies. Crystal structure of the palladium complex of formulae [Pd(9AA)(μ-Cl)]2 · 2DMF was determined by X-ray diffraction. Two 9-acridine molecules in the imine form bind symmetrically to the metal ions in a bidentate fashion through the imine nitrogen atom and the C(1) atom of the aminoacridine closing a new five-membered ring. By reaction with phosphine or pyridine, the Cl bridges broke and compounds with general formulae [Pd(9AA)Cl(L)] (where L = PPh3 or py) were formed. A mononuclear complex of platinum of formulae [Pt(9AA)Cl(DMSO)] was also obtained by direct reaction of 9-aminoacridine and the complex [PtCl2(DMSO)2]. The capacity of the compounds to modify the secondary and tertiary structures of DNA was evaluated by means of circular dichroism and electrophoretic mobility. Both palladium and platinum compounds proved active in the modification of both the secondary and tertiary DNA structures. AFM images showed noticeable modifications of the morphology of the plasmid pBR322 DNA by the compounds probably due to the intercalation of the complexes between base pairs of the DNA molecule. Finally, the palladium complex was tested for antiproliferative activity against three different human tumor cell lines. The results suggest that the palladium complex of formula [Pd(9AA)(μ-Cl)]2 has significant antiproliferative activity, although it is less active than cisplatin.

Complexes of Pd(II) and Pt(II) with 9-aminoacridine: reactions with DNA and study of their antiproliferative activity

Four new metal complexes {M = Pd(II) or Pt(II)} containing the ligand 9-aminoacridine (9AA) were prepared. The compounds were characterized by FT-IR and 1H, 13C, and 195Pt NMR spectroscopies. Crystal structure of the palladium complex of formulae [Pd(9AA)(μ-Cl)]2 · 2DMF was determined by X-ray diffraction. Two 9-acridine molecules in the imine form bind symmetrically to the metal ions in a bidentate fashion through the imine nitrogen atom and the C(1) atom of the aminoacridine closing a new five-membered ring. By reaction with phosphine or pyridine, the Cl bridges broke and compounds with general formulae [Pd(9AA)Cl(L)] (where L = PPh3 or py) were formed. A mononuclear complex of platinum of formulae [Pt(9AA)Cl(DMSO)] was also obtained by direct reaction of 9-aminoacridine and the complex [PtCl2(DMSO)2]. The capacity of the compounds to modify the secondary and tertiary structures of DNA was evaluated by means of circular dichroism and electrophoretic mobility. Both palladium and platinum compounds proved active in the modification of both the secondary and tertiary DNA structures. AFM images showed noticeable modifications of the morphology of the plasmid pBR322 DNA by the compounds probably due to the intercalation of the complexes between base pairs of the DNA molecule. Finally, the palladium complex was tested for antiproliferative activity against three different human tumor cell lines. The results suggest that the palladium complex of formula [Pd(9AA)(μ-Cl)]2 has significant antiproliferative activity, although it is less active than cisplatin.

Complexes of Pd(II) and Pt(II) with 9-aminoacridine: reactions with DNA and study of their antiproliferative activity

Four new metal complexes {M = Pd(II) or Pt(II)} containing the ligand 9-aminoacridine (9AA) were prepared. The compounds were characterized by FT-IR and 1H, 13C, and 195Pt NMR spectroscopies. Crystal structure of the palladium complex of formulae [Pd(9AA)(μ-Cl)]2 · 2DMF was determined by X-ray diffraction. Two 9-acridine molecules in the imine form bind symmetrically to the metal ions in a bidentate fashion through the imine nitrogen atom and the C(1) atom of the aminoacridine closing a new five-membered ring. By reaction with phosphine or pyridine, the Cl bridges broke and compounds with general formulae [Pd(9AA)Cl(L)] (where L = PPh3 or py) were formed. A mononuclear complex of platinum of formulae [Pt(9AA)Cl(DMSO)] was also obtained by direct reaction of 9-aminoacridine and the complex [PtCl2(DMSO)2]. The capacity of the compounds to modify the secondary and tertiary structures of DNA was evaluated by means of circular dichroism and electrophoretic mobility. Both palladium and platinum compounds proved active in the modification of both the secondary and tertiary DNA structures. AFM images showed noticeable modifications of the morphology of the plasmid pBR322 DNA by the compounds probably due to the intercalation of the complexes between base pairs of the DNA molecule. Finally, the palladium complex was tested for antiproliferative activity against three different human tumor cell lines. The results suggest that the palladium complex of formula [Pd(9AA)(μ-Cl)]2 has significant antiproliferative activity, although it is less active than cisplatin.

Platinum (II) and palladium (II) complexes with (N,N') and (C,N,N') ligands derived from pyrazole as anticancer and antimalarial agents: synthesis, characterization and in vitro activities

The study of the reactivity of three 1-(2-dimethylaminoethyl)-1H-pyrazole derivatives of general formula [1-(CH2)2NMe2}-3,5-R2-pzol] {where pzol represents pyrazole and Rdouble bond; length as m-dashH (1a), Me (1b) or Ph (1c)} with [MCl2(DMSO)2] (Mdouble bond; length as m-dashPt or Pd) under different experimental conditions allowed us to isolate and characterize cis-[M{κ2-N,N′-{[1-(CH2)2NMe2}-3,5-R2-pzol])}Cl2] {MMdouble bond; length as m-dashPtPt (2a-2c) or Pd (3a-3c)} and two cyclometallated complexes [M{κ3-C,N,N′-{[1-(CH2)2NMe2}-3-(C5H4)-5-Ph-pzol])}Cl] {Mdouble bond; length as m-dashPt(II) (4c) or Pd(II) (5c)}. Compounds 4c and 5c arise from the orthometallation of the 3-phenyl ring of ligand 1c. Complex 2a has been further characterized by X-ray crystallography. Ligands and complexes were evaluated for their in vitro antimalarial against Plasmodium falciparum and cytotoxic activities against lung (A549) and breast (MDA MB231 and MCF7) cancer cellular lines. Complexes 2a-2c and 5c exhibited only moderate antimalarial activities against two P. falciparum strains (3D7 and W2). Interestingly, cytotoxicity assays revealed that the platinacycle 4c exhibits a higher toxicity than cisplatin in the three human cell lines and that the complex 2a presents a remarkable cytotoxicity and selectivity in lung (IC50 = 3 μM) versus breast cancer cell lines (IC50 > 20 μM). Thus, complexes 2c and 4c appear to be promising leads, creating a novel family of anticancer agents. Electrophoretic DNA migration studies in presence of the synthesized compounds have been performed, in order to get further insights into their mechanism of action.

Preparation of benzolactams by Pd(II)-catalyzed carbonylation of N-unprotected arylethylamines

An unprecedented NH2-directed Pd(II)-catalytic carbonylation of quaternary aromatic α -amino esters to yield 6-membered 10 benzolactams has been developed. The reaction shows a strong bias to 6-membered lactams over 5-membered ones. The steric hindrance around the amino group seems to be pivotal for the success of the process.

Regio- and stereoselective microwave-assisted synthesis of 5-alkyl-4-alkenyl-4-phenyl-1,3-oxazolidin-2-ones

Chiral symmetrical alk-2-yne-1,4-diols have been stereoselectively transformed into 5-alkyl-4-alkenyl-4-phenyl-1,3-oxazolidin- 2-ones, which are precursors of quaternary α-amino β-hydroxy acids. The key step was the cyclization of the bis(tosylcarbamates) of 2- phenylalk-2-yne-1,4-diols, easily obtained from the starting chiral diols. These cyclizations were accomplished with complete regioselectivity and up to 92:8 dr in the presence of catalytic amounts of Ni(0) or Pd (II) derivatives under microwave heating.

Reduced ceria nanofilms from structure prediction

Experimentally, Ce2O3 films are used to study cerium oxide in its fully or partially reduced state, as present in many applications. We have explored the space of low energy Ce2O3 nanofilms using structure prediction and density functional calculations, yielding more than 30 distinct nanofilm structures. First, our results help to rationalize the roles of thermodynamics and kinetics in the preparation of reduced ceria nanofilms with different bulk crystalline structures (e.g. A-type or bixbyite) depending on the support used. Second, we predict a novel, as yet experimentally unresolved, nanofilm which has a structure that does not correspond to any previously reported bulk A2B3 phase and which has an energetic stability between that of A-type and bixbyite. To assist identification and fabrication of this new Ce2O3 nanofilm we calculate some observable properties and propose supports for its epitaxial growth.

Estudi comparatiu entre un adob natural i un adob químic

Treball de recerca realitzat per una alumna d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2005. La revolució verda dels anys setanta incrementà la producció agrícola gràcies a la utilització d'adobs químics com a fertilitzants nitrogenats. Tanmateix, la fabricació i l'ús indiscriminat d'aquests adobs ha ocasionat problemes ambientals, sobretot quant a la contaminació dels aqüifers. Per trobar una alternativa a aquests problemes es fan servir els adobs naturals, una solució més ecològica. S’ha comparat el creixement de la planta Sorghum sp. amb un adob químic i de la Mucuna pruriens amb un adob natural, utilitzant una lleguminosa que presenta nòduls de Rhizobium (bacteri fixador de nitrogen atmosfèric). Es parteix de la hipòtesi que Sorghum sp. obtindrà un creixement major i una granació més abundant quan és conreada en associació amb Mucuna pruriens.

Propietats d'absorció bifotònica del tetrafenilporficè i el seu complex de palladi: potencials sensibilitzadors per a Teràpia Fotodinàmica bifotònica.

Estudi elaborat a partir d’una estada a la Universitat de Aarhus, Dinamarca, durant juliol 2006. En el present treball s’investiguen, per primer cop, les propietats de absorció bifotòniques del fotosensibilitzador 2,7,12,17-tetrafenilporficè (TPPo) i del seu complex de pal•ladi (II) (PdTPPo). Ambos compostos han rebut molta atenció com a possibles otosensibilitzadors per a Teràpia Fotodinàmica (TFD). S’utilitza la detecció de la fosforescència de l’oxigen singlet, centrada a 1270 nm i produïda per l’absorció de dos fotons, per quantificar la magnitud de la secció d’absorció bifotònica, "delta", dels porficèns estudiats. Els experiments se han dut a terme en el marge espectral 750-850 nm i a l’infraroig proper a 1100nm. Aquestes longituds d’ona corresponen a les zones d’absorció bifotònica en les bandes de Soret i Q. Les propietats bifotòniques obtingudes es comparen i contrasten amb les dades conegudes de la tetrafenilporfirina (TPP), isòmer estructural del tetrafenilporficè però amb més gran simetria, i es troba que en la banda de Soret (que coincideix amb la regió de la pell més transparent) els valors de delta per el TPPo i PdTPPo son aproximadament 2000 GM en el màxim, pràcticament cent vegades més grans que per la TPP. A més a més, aquestos valors son dos ordres de magnitud més grans que els obtinguts a l’irradiar a 1100 nm (bandes Q). Aquestes observacions es poden explicar mitjançant la amplificació per ressonància deguda a la presència de transicions monofotòniques ressonants en la regió de les bandes Q. Els elevats valors de "delta" obtinguts per els tetrafenilporficèns estudiats junt a les principals característiques que aquestos presenten (elevat rendiment de formació d’oxigen singlet, estabilitat química i fotoquímica, absència de citotoxicitat,...) qualifiquen al TPPo y PdTPPo com a possibles fotosensibilitzadors per a Teràpia Fotodinàmica Bifotònica.

Caracteritació de models funcionals d'àmfores romanes mitjançant Finite Element Analysis

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Laboratory of Archaeometry del National Centre of Scientific Research “Demokritos” d’Atenes, Grècia, entre juny i setembre 2006. Aquest estudi s’emmarca dins d’un context més ampli d’estudi del canvi tecnològic que es documenta en la producció d’àmfores de tipologia romana durant els segles I aC i I dC en els territoris costaners de Catalunya. Una part d’aquest estudi contempla el càlcul de les propietats mecàniques d’aquestes àmfores i la seva avaluació en funció de la tipologia amforal, a partir de l’Anàlisi d’Elements Finits (AEF). L’AEF és una aproximació numèrica que té el seu origen en les ciències d’enginyeria i que ha estat emprada per estimar el comportament mecànic d’un model en termes, per exemple, de deformació i estrès. Així, un objecte, o millor dit el seu model, es dividit en sub-dominis anomenats elements finits, als quals se’ls atribueixen les propietats mecàniques del material en estudi. Aquests elements finits estan connectats formant una xarxa amb constriccions que pot ser definida. En el cas d’aplicar una força determinada a un model, el comportament de l’objecte pot ser estimat mitjançant el conjunt d’equacions lineals que defineixen el rendiment dels elements finits, proporcionant una bona aproximació per a la descripció de la deformació estructural. Així, aquesta simulació per ordinador suposa una important eina per entendre la funcionalitat de ceràmiques arqueològiques. Aquest procediment representa un model quantitatiu per predir el trencament de l’objecte ceràmic quan aquest és sotmès a diferents condicions de pressió. Aquest model ha estat aplicat a diferents tipologies amforals. Els resultats preliminars mostren diferències significatives entre la tipologia pre-romana i les tipologies romanes, així com entre els mateixos dissenys amforals romans, d’importants implicacions arqueològiques.

Simulación de fluidos inmiscibles con el Particle Finite Element Method (PFEM)

Proyecto de investigación realizado a partir de una estancia en el Centro Internacional de Métodos Computacionales en Ingeniería (CIMEC), Argentina, entre febrero y abril del 2007. La simulación numérica de problemas de mezclas mediante el Particle Finite Element Method (PFEM) es el marco de estudio de una futura tesis doctoral. Éste es un método desarrollado conjuntamente por el CIMEC y el Centre Internacional de Mètodos Numèrics en l'Enginyeria (CIMNE-UPC), basado en la resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes en formulación Lagrangiana. El mallador ha sido implementado y desarrollado por Dr. Nestor Calvo, investigador del CIMEC. El desarrollo del módulo de cálculo corresponde al trabajo de tesis de la beneficiaria. La correcta interacción entre ambas partes es fundamental para obtener resultados válidos. En esta memoria se explican los principales aspectos del mallador que fueron modificados (criterios de refinamiento geométrico) y los cambios introducidos en el módulo de cálculo (librería PETSc, algoritmo predictor-corrector) durante la estancia en el CIMEC. Por último, se muestran los resultados obtenidos en un problema de dos fluidos inmiscibles con transferencia de calor.

A mixed finite element method for nonlinear diffusion equations

We propose a mixed finite element method for a class of nonlinear diffusion equations, which is based on their interpretation as gradient flows in optimal transportation metrics. We introduce an appropriate linearization of the optimal transport problem, which leads to a mixed symmetric formulation. This formulation preserves the maximum principle in case of the semi-discrete scheme as well as the fully discrete scheme for a certain class of problems. In addition solutions of the mixed formulation maintain exponential convergence in the relative entropy towards the steady state in case of a nonlinear Fokker-Planck equation with uniformly convex potential. We demonstrate the behavior of the proposed scheme with 2D simulations of the porous medium equations and blow-up questions in the Patlak-Keller-Segel model.