Synthesis, structure and reactivity of novel CuI, CuII and CuIII complexes containing triaza and hexaaza macrocyclic ligands

El treball de tesi s'emmarca dins del camp de la bioinorgànica, disciplina que estudia les propietats estructurals i de reactivitat dels centres actius dels enzims, servint-se de models síntètics de baix pes molecular per tal d'intentar reproduïr la reactivitat presentada per l'enzim i conèixer els mecanismes de reacció a nivell molecular que tenen lloc en els processos biològics.1 Més concretament el treball posa especial èmfasi en els processos d'activació d'oxigen molecular que tenen lloc en les metaloproteïnes de Coure del Tipus 3, com són l'hemocianina i la tirosinasa, ambdues presentant un complex dinuclear de Cu(I)) en el centre actiu de la forma reduïda, capaç d'activar l'O2 cap a espècies de tipus peròxid.2 Un altre camp d'interès ha estat l'estudi dels processos d'activació d'enllaços C-H no activats en hidrocarburs, tant per la seva importàcia a nivell industrial com per comprendre els mecanismes intrínsecs d'aquesta activació a través de metalls de trancisió.3,4 Durant el treball de tesi presentat s'ha desenvolupat la síntesi de nous complexes de Coure(I), Coure(II) y Cu(III) utilitzant lligands macrocíclics de tipus triaza i hexaaza, i s'han estudiat la seves propietats estructurals així com la seva reactivitat. La reacció dels lligands triazacíclics H32m, H2Me33m i H33m amb sals de coure(II) dóna lloc a una reacció de desproporció de Cu(II) per obtenir-se en quantitats equimolars un complex organometàl·lic de Cu(III) i un complex de Cu(I). La caracterizació estructural exhaustiva dels complexes del tipus aryl-Cu(III) evidencia la formació d'un enllaç organometàl·lic entre l'àtom de Cu(III) i el carboni més próxim de l'anell aromàtic del lligand. Aquesta reacció, a més de representar una nova forma de desproporció en la química del Cu, suposa l'activació d'un enllaç C-H aromàtic a temperatura ambient que, mitjançant l'estudi cinètic d'aquesta desproporció per espectroscòpia UV-Vis, dels càlcul de l'efecte cinètic isotòpic utilitzant el lligand deuterat en el C-H de l'anell, juntament amb el recolzament teòrics dels càlculs DFT per a la optimització de geometries d'intermedis de reacció, ens permeten proposar un mecanisme de reacció pel nostre sistema, on l'activació de l'enllaç C-H aromàtic transcorre per la formació d'un enllaç de tipus agòstic C-H ? Cu(II),5 seguit de la desprotonació del C-H aromàtic per acció d'una base i posterior transferència electrònica per obtenir el complex organometàlic de Cu(III) i el complex de de Cu(I). En quant a la reactivitat d'aquests complexes organometàl·lics aryl-Cu(III) s'ha observat que una base en medi aquós causa la inestabilitat d'aquests compostos, evolucionant cap a la inserció d'un àtom d'oxigen sobre la posició activada de l'anell aromàtic, per a donar lloc a un complex dinuclear de Cu(II) amb dos grups fenoxo actuant de pont entre els àtoms metàl·lics. La reacció transcorre per un intermedi colorejat, caracteritzat com el complex ayl-Cu(III) monodesprotonat en una de les seves amines benzíliques, els quals s'observen igualment en la reacció dels correponents complexos de Cu(I) amb oxigen molecular (O2). És en els nostres sistemes en els quals es descriu per primera vegada la participació d'intermedis organometàl·lics Cu(III)-C en processos d'hidroxilació aromàtica, tals com el desenvolupat per l'enzim tirosinasa o per alguns dels seus models químics de síntesi.6,7,8 S'han estudiat les propietats magnètiques dels quatre bis(fenoxo)complexes de Cu(II) descrits, obtenint-se uns acoplaments de tipus antiferromagnètic o ferromagnètic de diversa magnitud, depenent del solapament orbitalari a l'enllaç Cu-O, a través del qual es produeix el superintercanvi. Nous complexos de Cu(I) sintetitzats amb lligands hexaazamacrocíclics han estat estudiats, i posant especial èmfasi a la seva reactivitat respecta a l'activació d'oxigen molecular (O2). S'ha observat una reactivitat diferenciada segons la concentració de complex de Cu(I) utilitzada, de manera que a altes concentracions s'obté un carbonato complex tetranuclear de Cu(II) per fixació de CO2 atmosfèric, mentre que a baixes concentracions s'observa la hidroxilació aromàtica intramolecular d'un dels anells benzílics del lligand, reacció que presumiblement transcorre per atac electrofílic d'un peroxo complex intermedi sobre el sistema ? de l'anell.6 Els resultats obtinguts en aquest treball ens mostren la facilitat per activar enllaços C-H aromàtics per metalls de transició de la primera sèrie (Cu, Ni) quan aquests estan suficientment pròxims a l'enllaç C-H, en unes condicions de reacció molt suaus (1atm., temperatura ambient). Els nous complexos organometàl·lics Aryl-Cu(III) són el producte d'una nova reacció de desproporció de Cu(II), així com un posició aromàtica activada que podria ser el punt de partida per l'estudi de funcionalització selectiva d'aquests grups aromàtics.

Primary succession in man-made wetlands: biodiversity, structure and dynamics of macrofaunal assemblages

Man-made wetlands are often created to compensate for the loss or degradation of natural wetlands, but little is known about the processes taking place in these artificial environments, especially at the community level. Throughout this thesis, we have assessed the phenomena of primary succession over different time (short-, mid- and long-term) and spatial scales (local, regional, interregional levels), applying different approaches (taxonomic and functional) and subject groups (invertebrates and amphibians). Our main findings regarding time scales show a 3-phase successional pattern in Mediterranean man-made wetlands’ communities, where at the short term (1 year) colonization processes dominate; at mid term perspectives (2 to 7 years) succession signs begin to be conspicuous, and later on (≥ 10 years) parameters such as species richness reach an asymptote. At that moment, some biological strategies dominate, and biodiversity surrogates indicate that communities are indistinct between man-made and natural wetlands. Regarding spatial effects, we corroborated that both local and regional factors affect the establishing communities. Particularly, the low hydrological stability of the Mediterranean region has enhanced biological traits favoring resilience and resistance to disturbances when comparing Mediterranean and cold temperate aquatic communities. Even within the Mediterranean region, low levels of hydrological stability have significant effects on the successional dynamics. In these cases, local communities are highly nested within regional natural ones, and so are not able to make net contributions to regional richness. We also showed the influence of the regional pool of recruiters over local communities, both in the case of invertebrates and amphibians. Especially for the latter group, man-made Mediterranean temporary ponds (MTPs) can play an important role in their conservation.

Vesper Sparrows and Western Meadowlarks Show a Mixed Response to Cattle Grazing in the Intermountain Region of British Columbia

Livestock grazing in the shortgrass steppe of the Intermountain region of British Columbia is predicted to have significant effects on grassland habitats and their associated ground-nesting bird communities. We tested whether grazed and ungrazed sites could be discriminated on the basis of their vegetation communities, whether the abundance of two ground-nesting bird species, Vesper Sparrow (Pooecetes gramineus) and Western Meadowlark (Sturnella neglecta), differed between grazed and ungrazed sites, and whether vegetation variables found to differ between grazed and ungrazed plots could be used to predict the abundance of the two bird species at a fine scale. Grazed sites were easily distinguishable from a site that had been ungrazed for >30 years based on the structure and composition of their vegetation communities. However, more detailed grazing categories could not be distinguished on the basis of vegetation characteristics. Despite the existence of grazing effects on vegetation structure and composition, we found no consistent differences in abundance of Vesper Sparrows and Western Meadowlarks between the grazed and ungrazed sites. However, there was weak evidence that the abundance of both species was higher at fine-scale plots (100 m radius point count station) with less bare ground and taller vegetation. Bare ground cover was lower on grazed plots, but vegetation was taller on ungrazed plots. Combined, our results suggest that low intensity grazing leads to grassland habitat change with both negative and positive effects on Vesper Sparrows and Western Meadowlarks, resulting in no net change in their broad-scale abundance.

Hydrogen-bonded interpolymer complexes. Formation, structure and applications

Noncovalent interactions play key roles in many natural processes leading to the self-assembly of molecules with the formation of supramolecular structures. One of the most important forces responsible for self-assembly is hydrogen bonding, which also plays an important role in the self-assembly of synthetic polymers in aqueous solutions. Proton-accepting polymers can associate with proton-donating polymers via hydrogen bonding in aqueous solutions and form polymer-polymer or interpolymer complexes. There has been an increased interest among researchers in hydrogen-bonded interpolymer complexes since the first pioneering papers were published in the early 1960s. Several hundred research papers have been published on various aspects of complex formation reactions in solutions and interfaces, properties of interpolymer complexes and their potential applications. This book focuses on the latest developments in the area of interpolymer complexation via hydrogen bonding. It represents a collection of original and review articles written by recognized experts from Germany, Greece, Kazakhstan, Poland, Romania, Russia, UK, Ukraine, and the USA. It highlights many important applications of interpolymer complexes, including the stabilization of colloidal systems, pharmaceuticals, and nanomaterials.

A singular vector perspective of 4DVAR: The spatial structure and evolution of baroclinic weather systems

The extent to which the four-dimensional variational data assimilation (4DVAR) is able to use information about the time evolution of the atmosphere to infer the vertical spatial structure of baroclinic weather systems is investigated. The singular value decomposition (SVD) of the 4DVAR observability matrix is introduced as a novel technique to examine the spatial structure of analysis increments. Specific results are illustrated using 4DVAR analyses and SVD within an idealized 2D Eady model setting. Three different aspects are investigated. The first aspect considers correcting errors that result in normal-mode growth or decay. The results show that 4DVAR performs well at correcting growing errors but not decaying errors. Although it is possible for 4DVAR to correct decaying errors, the assimilation of observations can be detrimental to a forecast because 4DVAR is likely to add growing errors instead of correcting decaying errors. The second aspect shows that the singular values of the observability matrix are a useful tool to identify the optimal spatial and temporal locations for the observations. The results show that the ability to extract the time-evolution information can be maximized by placing the observations far apart in time. The third aspect considers correcting errors that result in nonmodal rapid growth. 4DVAR is able to use the model dynamics to infer some of the vertical structure. However, the specification of the case-dependent background error variances plays a crucial role.