Search

Biska je tradicionalna istarska travarica koja se proizvodi postupkom maceracije lišća i grančica imele (Viscum album) u vodeno-etanolnoj bazi, najčešće komovici. Cilj ovog rada je definirati optimalne parametre procesa maceracije imele u vodeno-etanolnoj bazi s obzirom na volumni udio etanola, koncentraciju biljnog materijala i trajanje samog postupka, identificirati i kvantificirati biološki aktivne spojeve u pripremljenim maceratima imele i komercijalnim uzorcima biske, ispitati njihova funkcionalna svojstva (antioksidacijska, antimikrobna i antiproliferacijska), ispitati stabilnost biološki aktivnih spojeva tijekom in vitro gastrointestinalne probave te odrediti fizikalno-kemijske parametre uzoraka (pH vrijednost, sadržaj ukupnih kiselina i ukupnog ekstrakta, kromatske parametre te profil aroma spojeva). Dobiveni rezultati i izvedeni zaključci potvrđuju hipotezu istraživanja da tradicionalna istarska travarica biska sadrži biološki aktivne spojeve imele (fenolne kiseline, flavonoide i kumarine) odgovorne za funkcionalna svojstva biske. Udio fenolnih spojeva u uzorcima ovisi o ispitivanim parametrima maceracije pri čemu statistički značajan utjecaj imaju masena koncentracija biljnog materijala i vrijeme maceracije. Od ispitanih funkcionalnih svojstava, uzorci su pokazali značajnu antioksidacijsku i antiproliferacijsku aktivnost, dok je antimikrobna aktivnost prema odabranim testmikroorganizmima zanemariva. Fizikalno-kemijski parametri uzoraka rezultat su proizvodnog postupka: kvalitete i količine biljnog materijala, kvalitete vodeno-alkoholne baze te procesnih parametara maceracije. Primjenom određenih optimalnih parametara maceracije pri kojima se postiže najveći sadržaj biološki aktivnih spojeva (80 g Lˉ¹ imele, 55 % v/v vodeno-etanolna baza te trajanje maceracije 3 tjedna), moguće je unaprijediti proizvodni postupak u cilju proizvodnje biske boljih funkcionalnih svojstava što će doprinijeti dodatnoj valorizaciji biske kao tradicionalnog, autohtonog proizvoda. Biska is a traditional Istrian herbal spirit produced by maceration of the mistletoe (Viscum album) leaves and twigs in a hydro-ethanolic base, mostly grape marc brandy. The aim of this research is to define optimal maceration parameters of the mistletoe in hydro-ethanolic base with respect to ethanol content, concentration of plant material and duration of the process, to identify and quantify biologically active compounds in prepared mistletoe macerates and biska samples, to examine their functional properties (antioxidant, antimicrobial and antiproliferative), to investigate the stability of biologically active compounds during in vitro gastrointestinal digestion and to determine the physico-chemical parameters of the samples (pH value, content of total acids and total extract, chromatic parameters and aroma compounds profile). The obtained results and derived conclusions confirmed the research hypothesis that the traditional Istrian herbal spirit biska contains biologically active compounds of mistletoe (phenolic acids, flavonoids and coumarins) responsible for the functional properties of biska. The content of phenolic compounds in the samples depends on the tested maceration parameters, where the mass concentration of the plant material and the maceration time have a statistically significant influence. Of the tested functional properties, the samples showed significant antioxidant and antiproliferative activity, while the antimicrobial activity against the selected test microorganisms is negligible. The physicochemical parameters of the samples are the result of the production process: the quality and quantity of the plant material, the quality of the hydro-ethanolic base, and the maceration process parameters. By applying the optimal maceration parameters which resulted in the highest content of biologically active compounds (80 g Lˉ¹ mistletoe, 55 % v/v hydro-ethanolic base and 3 weeks maceration duration), it is possible to improve the production process in order to produce biska with better functional properties. Additionally, that will contribute to the valorization of biska as a traditional, autochthonous product.

Male molekule koje se preferencijalno vežu za hibridne i višelančane strukture DNA i RNA nekovalentnim interakcijama od velikog su znanstvenog interesa, te mogu naći primjenu kao novi i bolji dijagnostički i terapeutski alati. Iako te strukture imaju važnu biološku funkciju unutar stanice mali je broj liganada koji se na njih preferencijalno vežu. Cilj ovog rada je pronaći nove strukturne motive/spojeve koji se preferencijalno vežu na hibridne i višelančane u odnosu na regularne DNA i RNA strukture. Ispitano je nekoliko grupa spojeva: benzotiazolni derivati i cijaninske boje koje su dobivene u suradnji s drugim istraživačkim grupama. Također, istražene su interakcije novosintetiziranih fenantridinskih derivata s DNA. Spojevi s preferencijalnim vezanjem na hibridne i višelančane strukture DNA i RNA odabrani su pomoću brzih metoda probira-kompeticijske dijalize i temperaturnog mekšanja smjesa te RNaza H testa. Daljnjim bioanalitičkim metodama (spektroskopija UV/Vis, fluorescencijska spektroskopija i cirkularni dikroizam) detaljno su okarakterizirane interakcije vezanja malih molekula s odabranim metama. Pokazali smo da se benzotiazolski i cijaninski derivati preferencijalno vežu na hibridne i višelančane strukture DNA i RNA u odnosu na regularne što bi se moglo iskoristiti u antitumorskoj terapiji i za detekciju struktura nukleinskih kiselina. Small molecules able to preferentially bind to specific hybrid and multistranded structures of DNA and RNA by non-covalent interactions are of great scientific interest when it comes to obtaining new and better diagnostic and therapeutic tools. Although these structures have an important biological function inside the cell, there is only a few known ligands which preferentially bind to them. The goal of this thesis is to find new structural motifs/compounds that preferentially bind to hybrid and multistranded structures compared to regular DNA and RNA structures. A small library of several groups of compounds was formed: benzothiazole derivatives and cyanine dyes obtained in collaboration with other research groups. Also, interactions of newly synthesized phenanthridine derivatives with DNA were investigated. Compounds with preferential binding to hybrid and multistranded structures of DNA and RNA were selected using competitive dialysis as a rapid screening method, as well as with melting of mixtures and RNase H assay. Further bioanalytical methods (flourescence and UV/Vis spectroscopy and circular dichroism) were used to characterize their binding interactions with selected targets in detail. The obtained results indicate that certain derivatives from the mentioned classes of compounds preferentially bind to hybrid and multistranded structures of DNA and RNA compared to regular ones, which opens the possibility of their application in antitumor therapy and for the detection of nucleic acid structures.

Polielektrolitni kompleksi i višeslojevi poli(alilamin-hidroklorida) i poli(akrilne kiseline) pripravljeni su u vodenim otopinama NaF, NaCl, NaClO4, LiCl i (CH3)4NCl. Nastanak polielektrolitnih kompleksa po prvi puta istražen je visoko-razlučivom ultrazvučnom spektroskopijom. Ovom metodom ustanovljeno je da interpolielektrolitna neutralizacija rezultira ion-specifičnom agregacijom nabijenih koloidnih kompleksa. Analogan utjecaj iona određen je u slučaju odgovarajućih višeslojeva. Elipsometrom i mikroskopom atomskih sila utvrđeno je da debljina i hrapavost filma raste u nizu F − < Cl− < ClO4 − za anione odnosno (CH3)4N + < Na+ < Li+ za katione. Nadalje, ustanovljeno je da hidrofobnost višesloja također slijedi opisani trend za anione kada je polikation završni sloj filma. Zagrijavanjem polielektrolitnih višesloja tijekom njihove priprave potisnut je specifičan utjecaj iona na površinsku hrapavost i močivost zbog reorijentacije i migracije polimernih lanaca na međupovršini višesloj/zrak. Naposlijetku, provedeno istraživanje ukazuje na značajnu korelaciju između procesa interpolielektrolitne neutralizacije u otopini i na površini. Polyelectrolyte complexes and multilayers of poly(allylamine hydrochloride) and poly(acrylic acid) were prepared in aqueous solutions of NaF, NaCl, NaClO4, LiCl, and (CH3)4NCl. The formation of polyelectrolyte complexes was investigated for the first time by high-resolution ultrasonic spectroscopy. Using this method, it was established that interpolyelectrolyte neutralization results in ion-specific aggregation of charged colloidal complexes. Analogous influence of ions was observed in the case of corresponding multilayers. Using ellipsometer and atomic force microscope, it was determined that the thickness and roughness of the film increases in the sequence F− < Cl− < ClO4 − for anions and (CH3)4N + < Na+ < Li+ for cations. Furthermore, it was found that the hydrophobicity of the multilayer also follows the described trend for anions when a polycation is terminating layer of the film. By heating polyelectrolyte multilayers during their preparation, the specific influence of ions on surface roughness and wettability was suppressed due to the reorientation and migration of polymer chains at the multilayer/air interface. Finally, the conducted research indicates a significant correlation between the process of interpolyelectrolyte neutralization in solution and on the surface.

Primjenom niza modernih računalnih metoda dobiven je detaljan uvid u interakcije koje antagonist istradefilin ostvaruje s adenozinskim A2A receptorom. Temeljem identifikacije strukturnih elemenata koji najviše doprinose vezanju, dizajnirani su derivati većeg afiniteta. Osim konvencionalnog pristupa koji uključuje uvođenje novih funkcionalnih skupina, primijenjena je i modifikacija deuteriranjem čime je postignuto poboljšano vezanje istradefilina u A2A receptor. U ovom radu izotopna supstitucija predstavlja originalan koncept moduliranja farmakodinamičkih svojstava, a dobiveni rezultati ukazuju na veću učinkovitost istradefilina obogaćenog deuterijem što bi se moglo iskoristiti za poboljšanje njegovog farmakoterapijskog profila u liječenju Parkinsonove bolesti. By utilising a series of modern computational methods, a detailed insight into the interactions of the antagonist istradefylline with the adenosine A2A receptor was obtained. Based on the identification of structural elements that contribute the most to binding, higher affinity derivatives were designed. In addition to the conventional approach that includes the introduction of new functional groups, modification by deuteration was also applied, which achieved improved binding of istradefylline to the A2A receptor. In this work, isotopic substitution represents an original concept of modulating pharmacodynamic properties, and the obtained results indicate a greater efficiency of deuterium-enriched istradefylline, which could be used to improve its pharmacotherapeutic profile in the treatment of Parkinson's disease.

U ovom radu opisana je sinteza nekoliko klasa derivata benzimidazola i benzotiazola kojima je ispitana antiproliferativna i antioksidativna aktivnost. U linearnoj višestupanjskoj sintezi novih konjugata benzazola primijenjeni su klasični sintetski pristupi kao i neke suvremene sintetske metode, uključujući sintezu u ekološki prihvatljivim otapalima ili sintezu potpomognutu mikrovalovima. Novi akrilonitrilni derivati N-supstituiranih derivata benzazola 32‒71 i 77‒107 priređeni su aldolnom kondenzacijom odgovarajućih cijanometilbenzazola s benzaldehidima supstituirani promjenjivim brojem metoksi i hidroksi skupina te 4-N,N-dimetilamino i 4-N,N-dietilamino skupinom. Derivati Schiffovih baza supstituirani benzimidazolom 117‒132 priređeni su kondenzacijom N-supstituiranih 2-aminobenzimidazola 108‒115 s odgovarajućim 4-N,N-dimetilamino i 4-N,N-dietilamino supstituiranim benzaldehidima. Derivati iminokumarina i kumarina 134‒149 te amidino-supstituirani derivati kumarina 164‒175 priređeni su ciklokondenzacijom različito supstituiranih 2-hidroksibenzaldehida s odgovarajućim 2-cijanometilbenzimidazolima, te iz kumarinskih aldehida reakcijom kondenzacije s odgovarajućim 4-amidino-supstituiranim 1,2-fenilendiaminima uz korištenje p-benzokinona kao oksidansa. Amidino-supstituirani benzimidazoli 193‒216 priređeni su kondenzacijom 5-supstituiranih salicilaldehida s odgovarajućim 4-amidino-supstituiranim 1,2-fenilendiaminima. Amidino-supstituirani benzotiazoli 179‒181 i 216‒227 priređeni su iz različito supstituiranih 2-hidroksibenzaldehida i odgovarajućih zwitter iona u ledenoj octenoj kiselini. Metoksi-supstituirani karboksamidi 235‒262 priređeni su kondenzacijom benzoilnih klorida s N-supstituiranim derivatima 2-aminobenzimidazola. Hidroksi-supstituirani amidni derivati N-benzimidazola 263‒268 i 280‒286 priređeni su uklanjanjem zaštitnih metoksi skupina, korištenjem BBr3 na niskim temperaturama, te benzilnih zaštitnih skupina katalitičkim hidrogeniranjem uz Pd/C u metanolu. Amidino-supstituirani derivati benzamida 289‒293 priređeni su kiselo-kataliziranom Pinnerovom reakcijom iz odgovarajućih cijano-supstituiranih polaznih spojeva. Strukture novosintetiziranih spojeva potvrđene su 1H i 13C NMR spektroskopijom, a nekim je spojevima struktura dodatno okarakterizirana i masenom spektrometrijom. Svim priređenim spojevima ispitana je antiproliferativna aktivnost in vitro na niz staničnih linija humanih karcinoma i zdravih stanica, dok je ispitivanje antioksidativne aktivnosti in vitro provedeno primjenom spektroskopskih metoda DPPH, FRAP i ABTS. Amidino-supstituiranim derivatima 164‒175 i 179‒181 ispitana je antiviralna aktivnost in vitro na nekoliko sojeva virusa, te su neki od derivata pokazali jako dobru i selektivnu aktivnost prema pojedinim sojevima virusa. Derivatima Schiffovih baza 117‒132 te amidino-supstituiranim benzazolima 193‒216 i 217‒228 ispitana je i antibakterijska aktivnost prema Gram pozitivnim i Gram negativnim bakterijama. Iz dobivenih rezultata ispitivanja biološke aktivnosti i SAR studije, utvrđeno je da na antioksidativnu aktivnost značajno utječe broj metoksi i hidroksi skupina na fenilnom prstenu, te supstituent na dušikovom atomu benzimidazolne jezgre. Najizraženiji utjecaj na povećanje antiproliferativne aktivnosti pokazuje 4-N,N-dietilamino skupina smještena na položaju 7 kumarinskog prstena i fenilnom prstenu akrilonitrilnih derivata, te izobutilni supstituent na N atomu benzimidazolne jezgre. Nekima od najaktivnijih derivata benzazola dodatno su ispitani mehanizmi biološkog djelovanja, te je tako utvrđeno da neki derivati akrilonitrila i iminokumarina djeluju kao inhibitori polimerizacije tubulina, dok je amidnim derivatima ispitana i antioksidativna aktivnost u stanicama. Dokazano je i da najbolju antivirusnu aktivnost ima kumarinski derivat benzimidazola supstituiran nesupstituiranim amidinom koji inhibira ranu fazu replikacijskog ciklusa virusa, odnosno sintezu virusne RNK. This thesis describes the synthesis of several classes of benzimidazoles and benzothiazoles in order to investigate their antiproliferative and antioxidant activity. By using multi-step linear synthesis of new benzazole conjugates, classical synthetic approaches as well as some modern synthetic methods, including synthesis in environmentally friendly solvents or microwave-assisted synthesis, were applied. New acrylonitrile derivatives of N-substituted benzazoles 32‒71 and 77‒107 were prepared by aldol condensation of the corresponding cyanomethylbenzazoles with benzaldehydes with a variable number of methoxy and hydroxy groups and 4-N,N-dimethylamino and 4-N,N-diethylamino groups. Benzimidazole derived Schiff bases 117‒132 were prepared by condensation of N-substituted 2-aminobenzimidazoles 108‒115 with corresponding 4-N,N-dimethylamino and 4-N,N-diethylamino-substituted benzaldehydes. Iminocoumarin and coumarine derivatives 134‒149 and amidino-substituted coumarine derivatives 164‒175 obtained by cyclocondensation of substituted 2-hydroxybenzaldehydes with corresponding 2-cyanomethylbenzimidazoles as well as from coumarine aldehydes with corresponding 4-amidino-substituted 1,2-phenylenediamines using p-benzoquinone as an oxidant. Amidino-substituted benzimidazoles 193‒216 were synthesized within the condensation of 5-substituted salicylaldehydes with corresponding 4-amidino-substituted 1,2-phenylenediamines. Amidino-substituted benzothiazoles 179‒181 i 216‒227 were prepared by condensation of differently substituted 2-hydroxybenzaldehydes and corresponding zwitter ions in glacial acetic acid. Methoxy-substituted carboxamides 235‒262 were prepared by condensation of benzoyl chlorides with N-substituted 2-aminobenzimidazole derivatives. Hydroxy-substituted amide derivatives of N-benzimidazole 263‒268 and 280‒286 obtained by removing protective methoxy groups, using BBr3 at low temperatures, and benzyl protective groups by catalytic hydrogenation with Pd/C in methanol. Amidino-substituted benzamide derivatives 289‒293 were synthesized via acid-catalyzed Pinner reaction from the corresponding cyano-substituted starting precursors. Structures of all newly prepared compounds were confirmed by 1H and 13C NMR spectroscopy while some of them were additionally characterized by mass spectrometry. All prepared compounds were tested for their antiproliferative activity in vitro on a number of human cancer cell lines as well as normal fibroblasts, while antioxidant activity in vitro was performed using spectroscopic DPPH, FRAP and ABTS methods. Amidino-substituted derivatives 164‒175 and 179‒181 were tested for antiviral activity in vitro on several virus strains, and some compounds have shown pronounced and selective activity against some viruses. Schiff base derived benzazoles 117‒132 and amidino-substituted benzazoles 193‒216 and 217‒228 were tested for antibacterial activity against Gram positive and Gram negative bacteria. Results obtained from evaluation of biological activity and SAR studies, revealed that the antioxidant activity is affected by the number of methoxy and hydroxy groups on the phenyl ring as well as the substituent on the nitrogen atom of the benzimidazole nucleus. The strongest impact on the enhancement of antiproliferative activity was observed by 4-N,N-diethylamino group placed at the position 7 on coumarin ring and phenyl ring of acrylonitrile derivatives. The isobutyl substituent on the N atom of the benzimidazole core has the greatest influence on increasing the activity of the synthesized compounds. Some of the most active benzazole derivatives were additionally evaluated to study their mechanisms of biological action and it was confirmed that some of the acrylonitrile and iminocoumarin derivatives have proven to be tubuline polymerization inhibitors, while for amide derivatives the antioxidative activity was tested also in the cells. It has been proven that the most promising antiviral activity has been possessed by coumarine derived benzimidazole substituted with amidine group, being inhibitor of an early step in the replication cycle of virus, respectively the synthesis of viral RNA.

U ovom su radu istražene mogućnosti primjene metode LC-SPE/krio NMR za praćenje kemijskih reakcija i određivanje strukture sporednih produkata i/ili razgradnih produkata on-line koji nastaju u reakciji, s naglaskom na bioaktivne molekule i lijekove. Za razvoj metodologije odabrana su tri modelna sustava. Za svaki modelni sustav istraženi su uvjeti kromatografskog odjeljivanja komponenata reakcijskih smjesâ, zatim parametri za učinkovitu ekstrakciju odabranih analita na SPE-sorbense te utjecaj parametara ekstrakcije na osjetljivost krio-probe NMR. Za identifikaciju i strukturnu karakterizaciju izoliranih spojeva korištene su spektroskopija NMR i tehnika LC-MS. Prvi modelni sustav bili su karbohidrazidi i njihovi derivati koji imaju kelirajuća svojstva te antioksidativno i antiepileptičko djelovanje. Tijekom analize karbohidrazida istražena je osjetljivost sustava LC-SPE/krio NMR. Drugi modelni sustav bio je etodolak koji pripada skupini nesteroidnih protuupalnih lijekova. Analizom 7-etiltriptofola, polazne tvari u sintezi etodolaka, identificirano je i strukturno okarakterizirano 17 onečišćenja. Treći modelni sustav bili su makrozoni, novi amidni konjugati azitromicina i derivata tiosemikarbazida, koji imaju zadovoljavajuće antibakterijsko djelovanje na odabrane susceptibilne i rezistentne bakterijske sojeve. Analizirano je ukupno 6 reakcijskih smjesâ iz triju različitih klasa novosintetiziranih makrozona. Identificirana onečišćenja bila su sporedni produkti i razgradni produkti makrolidne i tiosemikarbazonske strukture, te dijastereomeri makrozona. Konfiguracije dijastereomerâ predložene su na temelju analize spektara NOESY i računskih simulacija molekulske dinamike. Provedeno istraživanje rezultiralo je razvojem pouzdane, brže i učinkovitije metode za analizu složenih smjesa spojeva koristeći pritom znatno manje količine uzorka i organskih otapala u usporedbi s postojećim metodama off-line. Metoda LC-SPE/krio NMR može imati širu primjenu u ekstrakciji, pročišćavanju i karakterizaciji novosintetiziranih spojeva i/ili onečišćenja iz reakcijskih smjesâ. In this doctoral thesis, the possibilities of applying the LC-SPE/cryo NMR method for monitoring chemical reactions and determining the structure of by-products and/or degradation products on-line, with an emphasis on bioactive molecules and drugs, were explored. Three different model systems were explored for methodology development. For each model system, the parameters for chromatographic separation of the reaction mixtures components, as well as parameters for the efficient extraction of the selected analytes on SPE-sorbents, were optimized. Hence, the influence of the SPE-parameters on the NMR cryoprobe sensitivity was also evaluated. NMR spectroscopy and LC-MS were used for identification and structural characterization of the extracted mixture components. The first model system were carbohydrazides and their derivatives, which are known as chelating reagents and also show antioxidative and antiepileptic effects. Sensitivity of LC-SPE/cryo NMR system was determined by analyzing carbohydrazides. Etodolac, a nonsteroidal anti-inflammatory drug, was chosen as the second model system. During the analysis of 7-ethyltryptophol, a starting material in the synthesis of etodolac, 17 impurities were identified and structurally characterized. The third model system were macrozones, new amide conjugates of azitromycin and thiosemicarbazide derivatives which exhibit good antibacterial activity against susceptible and resistant bacterial strains. Six reaction mixtures from three different classes of newly synthesized macrozones were analysed. Identified impurities were classified as macrolide and non-macrolide related by-products and degradation products, as well as macrozone diastereomers. Configurations of diastereomers were proposed on the basis of NOESY NMR spectroscopy data and molecular dynamic simulations. This research resulted in development of a reliable, faster and more efficient methodology for complex mixture analysis using significantly smaller amount of sample and organic solvents in comparison with standard off-line methods. LC-SPE/cryo NMR method can be applied for the extraction, purification and characterization of newly synthesized compounds and/or impurities from reaction mixtures.

The development of new approaches in the treatment of Parkinson's disease presents a challenge due to the presence of the blood-brain barrier, which hinders effective drug delivery to the brain. Due to their unique physicochemical properties, nanoparticles have the potential to improve conventional therapeutic approaches and enable targeted drug delivery across the blood-brain barrier. The main goal of this doctoral thesis was to synthesize and characterize differently functionalized gold and selenium nanoparticles and to examine their interaction with catechols (levodopa and dopamine) in order to design more effective and safer therapeutic systems for Parkinson's disease. The process of drug binding to the nano-surface was investigated using various spectroscopic, laser and microscopic methods, while the bloodbrain barrier permeability of prepared nano-systems was tested under in vitro settings. The obtained results have provided a better understanding of the processes that occur during the binding of catechol drugs to gold and selenium nanoparticles. This will potentially enable the development of a nano-formulation with targeted drug delivery to the brain with the aim of improving the therapy of Parkinson's disease. Razvoj novih pristupa u liječenju Parkinsonove bolesti predstavlja izazov zbog prisutnosti krvno-moždane barijere koja otežava učinkovitu dostavu lijekova u mozak. Zahvaljujući jedinstvenim fizikalno-kemijskim svojstvima, nanočestice imaju potencijal poboljšati konvencionalne terapijske pristupe i omogućiti ciljanu isporuku lijekova preko krvnomoždane barijere. Glavni cilj ovog doktorskog rada bio je sintetizirati i karakterizirati različito funkcionalizirane nanočestice zlata i selena te ispitati njihovo međudjelovanje s kateholima (levodopa i dopamin) u svrhu dizajniranja učinkovitijih i sigurnijih terapijskih sustava za liječenje Parkinsonove bolesti. Proces vezanja lijekova na nano-površinu ispitivao se pomoću različitih spektroskopskih, laserskih i mikroskopskih metoda, a zatim su se provela istraživanja propusnosti krvno-moždane barijere za novopripravljene nanosustave u in vitro uvjetima. Dobiveni rezultati omogućili su bolje razumijevanje procesa koji se događaju prilikom vezanja lijekova kateholne strukture i novih nanočestica zlata i selena. Na taj način potiče se razvoj nano-formulacija s ciljanom isporukom lijekova u mozak s ciljem poboljšanja terapije za Parkinsonovu bolest.

Biocatalysis is an emerging and important scientific filed for the asymmetric synthesis of pharmaceuticals and fine chemicals that has accomplished astonishing growth in industrial sector in recent years. For individual biocatalytic synthesis to reach its full potential, the process must be explored from the aspect of various scientific fields, including protein engineering, organic chemistry, reaction engineering, and more. The focus of this PhD thesis are halohydrin dehalogenases (HHDHs), promising and yet quite unexplored group of enzymes, and their potential for industrial-scale synthesis. Through extensive research of the existing literature, a serious lack of kinetic data in biotransformations with enzymes from HHDH group was determined. Therefore, one of the objectives of the thesis was to gain insight into kinetic characteristics of HHDH from Agrobacterium radiobacter AD1 (HheC) and develop a mathematical model in synthesis of important building blocks, since this approach may lead to the discovery of enzyme kinetic limitations and process bottlenecks, and, more importantly, enable the enhancement of process outcome through model-based simulations. The investigated reactions were kinetic resolutions for the synthesis of optically pure, fluorinated β-substituted alcohols and epoxides that represent valuable building blocks in pharmaceutical and fine chemicals industries. Ring-opening reactions of fluorinated styrene oxide derivatives, catalyzed by wild-type HheC and its variants W249P and ISM-4, were explored. Fluorinated derivatives of styrene oxide with substituents in para-position were found to be most convenient substrates for HheC based on the activity, enantioselectivity and hydrolytic stability, whereby 2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]oxirane stood out as the best option. Enzyme variant W249P, with exchanged Trp and Pro amino acids on position 249, displayed higher substrate affinity in comparison to the wild type. Hence, it was selected for further kinetic investigation. The synthesis of (R)-2-azido-1-[4-(trifluoromethyl)phenyl]ethanol was described by double substrate Michaelis-Menten kinetics, with the presence of enzyme inhibitions with reacting substrate (R)-2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]oxirane, opposite enantiomer (S)-2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]oxirane, product (R)-2-azido-1-[4-(trifluoromethyl)phenyl]ethanol, by-product rac-2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]-1,2-ethanediol, and co-solvent DMSO. Apart from numerous inhibitions and substantial hydrolysis effect, operational stability decay was found to contribute greatly to the synthesis outcome on higher concentration scale, since deactivation constant is directly correlated to the initial concentration of the substrate, 2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]oxirane. The mathematical model was developed, and process simulations were employed in process optimization. Significant improvements in process metrics were achieved by modifying reactor set-up and selecting suitable initial conditions. The optimized biocatalytic system in repetitive batch reactor led to high reaction yield and optical purity (Y = 95%, ee > 99 %). However, process should be optimized further in order to increase reaction productivity that meets the target for industrial synthesis. The existence of various enzyme inhibitions and concentration-dependent enzyme deactivation, as well as low solubility and hydrolytic instability of the substrate, makes the system convenient for the switch from aqueous to alternative media. In the second part of the thesis, the focus was on the investigation of the influences of organic solvents (OSs) on HheC catalytic and structural performances. The stability of HheC in presence of dimethyl sulfoxide (DMSO), the most used co-solvent in HHDH-catalyzed biotransformations, was found to be preserved in cases when DMSO volume ratio does not exceed 30% (v/v). In higher DMSO content, HheC is not able to retain native structure and is completely and rapidly inactivated at 50% (v/v) co-solvent. This was confirmed by the combination of experimental studies, including monitoring enzyme stability and protein size distributions during incubation with different DMSO content, together with molecular dynamic studies (MD). DMSO also proved to be a mixed-type inhibitor of HheC in the reactions of para-nitro-2-bromo-1-phenylethanol (PNSHH) dehalogenation and para-nitro styrene oxide (PNSO) ring-opening with bromide ions. The inhibitory behavior was detected by kinetic Lineweaver-Burk analysis and confirmed by MD. Likewise, DMSO was found to be inhibitor of W249P variant in (R)-2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]oxirane azidolysis during kinetic investigation. Wild-type HheC also displayed inadequate catalytic properties in presence of other tested water-miscible co-solvents, specifically dimethylformamide, methanol, isopropanol, acetonitrile, and tetrahydrofuran. In case of hydrophobic solvents, a direct correlation between HheC activity and logP value was found in PNSHH ring-closure reaction. Knowledge of such a relationship makes biocatalysis with organic solvents more predictable, which may reduce the need to experiment with a variety of solvents in the future. However, this trend was not reported for PNSO ring-opening reaction. From hydrophobic OSs, tested alkanes (cyclohexane, n-hexane, n-heptane) were found to be compatible with HheC activity and stability during incubation, indicating the preservation of high enzyme structural integrity in these biphasic systems. Chloroform and toluene displayed inhibitory properties, especially in ring-opening reaction, which is more valuable from the synthetic point of view. In comparison to the wild type HheC, thermostable variant ISM-4 performed better in presence of OSs in terms of activity, stability, and enantioselectivity. In other words, the link between thermal stability and resistance to the action of OSs was established. These results revealed that ISM-4 has excellent potential for biotransformations in organic media, and as such should be explored for future implementations. Biokataliza je važno znanstveno područje u razvoju za asimetričnu sintezu lijekova i finih kemikalija koje je postiglo zapanjujući rast u industrijskom sektoru posljednjih godina. Kako bi pojedinačna biokatalitička sinteza dosegla svoj puni potencijal, proces se mora istražiti s aspekta različitih znanstvenih područja, uključujući proteinsko inženjerstvo, organsku kemiju, reakcijsko inženjerstvo itd. U fokusu ovog doktorskog rada su halogenhidrin-dehalogenaze (HHDH), obećavajuća ali još nedovoljno istražena skupina enzima, te njihov potencijal za industrijsku sintezu. Opsežnim istraživanjem postojeće literature utvrđen je ozbiljan nedostatak kinetičkih podataka u biotransformacijama s enzimima iz skupine HHDH. Stoga je jedan od ciljeva doktorskog rada bio dobiti uvid u kinetičke karakteristike HHDH iz Agrobacterium radiobacter AD1 (HheC) i razviti matematički model za sintezu važnih građevnih blokova, budući da ovaj pristup može dovesti do otkrića kinetičkih ograničenja enzima i uskih grla procesa te, što je još važnije, omogućiti poboljšanje ishoda procesa kroz simulacije temeljene na modelu. Istraživane reakcije bile su kinetičke rezolucije za sintezu optički čistih, fluoriranih β-supstituiranih alkohola i epoksida koji predstavljaju vrijedne gradivne elemente u farmaceutskoj industriji i industriji finih kemikalija. Istražene su reakcije otvaranja prstena fluoriranih derivata stiren-oksida, katalizirane divljim tipom HheC i njegovim mutantima W249P i ISM-4. Utvrđeno je da su fluorirani derivati stiren-oksida sa supstituentima u parapoložaju najprikladniji supstrati za HheC na temelju aktivnosti, enantioselektivnosti i hidrolitičke stabilnosti, pri čemu se 2-[4-(trifluormetil)fenil]oksiran istaknuo kao najbolja opcija. Enzim W249P, sa zamijenjenim Trp i Pro aminokiselinama na poziciji 249, pokazao je veći afinitet prema supstratu u usporedbi s divljim tipom, stoga je odabran za daljnje kinetičko istraživanje. Sinteza (R)-2-azido-1-[4-(trifluorometil)fenil]etanola opisana je dvosupstratnom Michaelis-Menteničinom kinetikom, uz prisutnost inhibicija enzima sa supstratom (R)-2-[4-(trifluormetil)fenil]oksiranom, suprotnim enantiomerom (S)-2-[4-(trifluormetil)fenil]oksiranom, produktom (R)-2-azido-1-[4-(trifluormetil)fenil]etanolom, nusproduktom rac-2-[4-(trifluorometil)fenil]-1,2-etandiolom, i ko-otapalom DMSO. Osim brojnih inhibicija i značajnog učinka hidrolize, utvrđeno je da pad operacijske stabilnosti enzima uvelike pridonosi ishodu sinteze pri višim koncentracijama, budući da je konstanta deaktivacije enzima izravno ovisna o početnoj koncentraciji supstrata, 2-[4-(trifluorometil)fenil]oksirana. Razvijen je matematički model, a pri optimizaciji procesa korištene su simulacije procesa. Značajna poboljšanja u ishodu sinteze postignuta su modificiranjem tipa reaktora i odabirom odgovarajućih početnih uvjeta. Optimizirani biokatalitički sustav u repetitivnom šaržnom reaktoru doveo je do visokog iskorištenja na produktu i optičke čistoće (Y = 95%, ee > 99 %). Međutim, proces treba dodatno optimizirati kako bi se povećala produktivnost reakcije koja ispunjava ciljeve za industrijsku sintezu. Postojanje različitih inhibicija i deaktivacije enzima ovisne o koncentraciji, kao i niska topljivost i hidrolitička nestabilnost supstrata, čine sustav pogodnim za prelazak s vodenog na alternativni medij. U drugom dijelu doktorskog rada fokus je bio na istraživanju utjecaja organskih otapala (engl. organic solvent – OS) na katalitička i strukturna svojstva HheC. Utvrđeno je da je stabilnost HheC u prisutnosti dimetil-sulfoksida (DMSO), najčešće korištenog ko-otapala u HHDH-biotransformacijama, očuvana u slučajevima kada volumni udio DMSO ne prelazi 30% (v/v). Pri većem udjelu DMSO, HheC nije u stanju zadržati prirodnu strukturu te se potpuno i brzo inaktivira pri 50% (v/v) ko-otapala. To je potvrđeno kombinacijom eksperimentalnih istraživanja, uključujući praćenje stabilnosti enzima i raspodjele veličine proteina tijekom inkubacije s različitim sadržajem DMSO, zajedno s molekulsko-dinamičkim studijama (engl. molecular dynamics – MD). Prema HheC, DMSO se također pokazao kao inhibitor miješanog tipa u reakcijama dehalogenacije para-nitro-2-bromo-1-feniletanola (PNSHH) i otvaranja prstena para-nitro stiren oksida (PNSO) s bromidnim ionima. Inhibicijsko ponašanje otkriveno je kinetičkom Lineweaver-Burk analizom i potvrđeno MD analizom. Isto tako, tijekom kinetičkih ispitivanja, otkriveno je da je DMSO inhibitor W249P mutanta tijekom azidolize (R)-2-[4-(trifluorometil)fenil]oksirana. Divlji tip HheC također je pokazao neadekvatna katalitička svojstva u prisutnosti drugih testiranih ko-otapala koja se miješaju s vodom, a posebice dimetilformamida, metanola, izopropanola, acetonitrila i tetrahidrofurana. U slučaju hidrofobnih otapala, izravna korelacija između aktivnosti HheC enzima i logP vrijednosti pronađena je u reakciji zatvaranja prstena PNSHH. Saznanje o takvoj ovisnosti čini biokatalizu s organskim otapalima predvidljivijom, što može smanjiti potrebu za eksperimentiranjem s različitim otapalima u budućnosti. Međutim, ovaj trend nije pronađen u reakciji otvaranja PNSO prstena. Od hidrofobnih OS, utvrđeno je da su alkani (cikloheksan, nheksan, n-heptan) kompatibilni s HheC aktivnošću i stabilnošću tijekom inkubacije, što ukazuje na očuvanje visokog strukturnog integriteta enzima u ovim dvofaznim sustavima. Kloroform i toluen pokazali su inhibicijska svojstva, posebno u reakciji otvaranja prstena koja je vrjednija sa sintetičkog gledišta. U usporedbi s divljim tipom HheC, termostabilni mutant ISM-4 demonstrirao je bolje rezultate u prisutnosti OS u smislu aktivnosti, stabilnosti i enantioselektivnosti. Drugim riječima, za slučaj ovog enzima utvrđena je poveznica između termičke stabilnosti i otpornosti na djelovanje otapala. Ova istraživanja otkrila su da ISM-4 mutant enzima ima izvrstan potencijal za biotransformacije u organskim medijima, te bi ga kao takvog trebalo istražiti za buduće primjene.

Accessible clean water is among the highest priorities for sustainable economic growth and societal wellbeing. Water supports life and is a crucial resource for humanity; it is also at the core of natural ecosystems and climate regulation. Water stress is primarily a water quantity issue, but it also occurs as a consequence of a deterioration of water quality and a lack of appropriate water management. Environmental problems that are associated with water pollution have been a persistently important issue over recent decades, correlated negatively with the health and ecosystem. The occurrence of trace amounts of antibiotics in various bodies of water was directly linked to the development of antibiotic resistant pathogens. Over the last two decades, penicillins have been widely prescribed and used across Europe. Recently, Amoxicillin (AMX) was added to the second and third EU “watch list” based on the Decision 2018/840/EU and 2020/1161/EU, respectively. Its presence in wastewater effluents is related to limited removal by common municipal wastewater treatment plants (WWTP's) based on primary (physical) and secondary (biological) treatment. Therefore, the new remediation techniques must be implemented within the water treatment train to remove such recalcitrant substances. Advanced oxidation processes (AOPs) have gained much research attention due to their innate ability to provide effective oxidation of a wide variety of organic pollutants persistent to conventional wastewater treatment methods. AOPs effectiveness rely on highly reactive and non-selective species, primarily hydroxyl radicals (HO•). Among various AOPs, semiconductor photocatalysis greatly attracts attention due to stability of the semiconductor material and potential to use abundant solar energy to degrade organic pollutants. The most widely investigated and employed photocatalyst in water purification is TiO2. However, TiO2 suffers from the fast recombination of photogenerated charges (i.e., electron/hole pairs; e-/h+) and is only active under UV light due its wide band gap (3.0-3.2 eV), thus hindering its potential for solar-driven applications. These deficiencies can be improved by the following strategies: doping with metals and/or non-metals, dye sensitization, incorporation with carbon nanotubes, reduced graphene oxide and coupling with other semiconductors with narrow band gaps. Coupling of TiO2 with narrow band gap semiconductors with visible light response may promote synergistic effects between two semiconducting materials leading to more efficient charge separation and high photocatalytic activity under visible light irradiation. Iron oxide (α-Fe2O3, also known as hematite) is a promising candidate for coupling with TiO2, due to its abundance, low cost, stability and visible light activity due to its narrow band gap (2.0–2.2 eV). Most importantly, suitable band-edge positions of hematite promote photogenerated charge separation in TiO2 via heterojunction transfer. Despite several photocatalytic applications of Fe2O3/TiO2 composites for the removal of contaminants of emerging concern (CECs), all studies investigated their applications in the suspension system (i.e., employing a powdered form of photocatalyst), while the application of immobilized Fe2O3/TiO2 composites are scarcely reported. Moreover, treatment of AMX under solar/visible light using Fe2O3/TiO2, as well as the ecotoxicity of AMX degradation/transformation by-products is rarely explored. In this dissertation, removal of AMX in pure water was investigated using sandwich-type Fe2O3/TiO2 layered films made of commercially available nanomaterials (Part 1) and using synthesized Fe2O3/TiO2 made of pure chemical precursors (Part 2). In part 1, sandwich-type composites made of commercial TiO2-P25 and α-Fe2O3 are obtained in a form of thin films by spin coating, possessing different layer configurations, namely: (i) TiO2 layer over α-Fe2O3 (TiO2@α-Fe2O3), (ii) α-Fe2O3 layer over TiO2 (α- Fe2O3@TiO2), and (iii) physically mixed 50% (w/w) of TiO2/Fe2O3. Photocatalytic activity under simulated solar irradiation of the aforementioned composites and their pure components is investigated for the degradation of AMX in the presence and absence of persulfate (PS). In both cases, TiO2@α-Fe2O3 sandwich-type achieved the highest degradation rates of AMX and a marked effect of PS addition on the AMX degradation rate is noted. The influence of pH and PS concentration on AMX degradation rate is established by means of experimental design and response surface modeling which revealed optimum conditions at [S2O82-] = 0.334 mM and pH = 4.0. The AMX degradation mechanisms and pathways are studied by means of reactive oxygen species scavenging and identification of intermediates by liquid chromatography with tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), respectively. Evolution of formed intermediates is directly correlated with an increased toxicity assessed by Daphnia magna and Vibrio fischeri assays. Furthermore, biodegradability changes are correlated with the mineralization profile of AMX solution. The influence of water matrix constituents (Cl-, CO32-, NO3-, PO43- and Suwannee river natural organic matter) on AMX degradation is established as well. In part 2, Fe2O3/TiO2 nanocomposites were fabricated via a facile impregnation/calcination technique employing different amounts of iron (III) nitrate onto commercial TiO2 (P25 Aeroxide). The as-prepared Fe2O3/TiO2 nanocomposites were characterized by X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy (RS), scanning electron microscopy/energy-dispersive spectroscopy (SEM/EDXS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Brunauer–Emmett–Teller analysis (BET), electron impedance spectroscopy (EIS), photoluminescence spectroscopy (PL), and diffuse reflectance spectroscopy (DRS). The Fe2O3/TiO2 composite possessing 5% (w/w) of Fe2O3 showed the highest photocatalytic activity in the slurry system and was thereafter successfully immobilized on glass support. Photocatalytic activity under visible-light irradiation was assessed by treating AMX in the presence and absence of additional oxidants: hydrogen peroxide (H2O2) and PS. The influence of pH and PS concentration on AMX conversion rate was established by means of statistical planning and response surface modeling. Results revealed optimum conditions of [S2O82-] = 1.873 mM and pH = 4.808; these were also utilized in presence of H2O2 instead of PS in long-term tests. The fastest AMX conversion possessing a zero-order rate constant of 1.51 × 10^−7 M·min^-1 was achieved with the photocatalysis + PS system. The AMX conversion pathway was established, and the evolution/conversion of formed intermediates was correlated with the changes in toxicity toward Vibrio fischeri. Reactive oxygen species (ROS) scavenging was also utilized to investigate the AMX conversion mechanism, revealing the major contribution of photogenerated h+ in all processes. Dostupna čista voda jedan je od najvećih prioriteta za održivi gospodarski rast i društvenu dobrobit. Voda podržava život i ključni je resurs za čovječanstvo; također je u srži prirodnih ekosustava i regulacije klime. Vodeni stres prvenstveno je uzrokovan problemom količine vode, ali se javlja i kao posljedica pogoršanja kvalitete vode i nedostatka odgovarajućeg gospodarenja vodom. Problemi okoliša povezani s onečišćenjem vode važno su pitanje tijekom posljednjih desetljeća, te su u negativnoj korelaciji sa zdravljem i ekosustavom. Pojava tragova antibiotika u raznim vodama u okolišu izravno je povezana s razvojem patogena otpornih na antibiotike. Tijekom posljednja dva desetljeća penicilini su naširoko propisivani i korišteni diljem Europe. Nedavno je amoksicilin (AMX) dodan na drugi EU „popis za praćenje” na temelju Odluke Komisije (EU) 2018/840/EU. Njegova prisutnost u otpadnim vodama povezana je s ograničenim uklanjanjem na komunalnim uređajima za pročišćavanje otpadnih voda (UPOV) koji se temelje na primarnom (fizičkom) i sekundarnom (biološkom) pročišćavanju. Stoga se moraju primijeniti nove tehnike remedijacije za uklanjanje takvih tvari. Nedavno su napredni oksidacijski procesi (AOP) privukli veliku pažnju istraživanča jer osiguravaju učinkovitu oksidaciju širokog spektra organskih onečišćivala koja su otporna na konvencionalne metode obrade vode. Učinkovitost AOP-a oslanja se na visoko reaktivne i neselektivne vrste, prvenstveno hidroksilne radikale (HO•). Među raznim AOP-ima, fotokataliza uz korištenje poluvodičkih materijala uvelike privlači pozornost zbog stabilnosti primjenjenih fotokatalizatora i potencijala korištenja sunčeve energije za razgradnju organskih onečišćivala. Najviše istraživan i korišten fotokatalizator u pročišćavanju vode je TiO2. Međutim, nedostatak TiO2 je brza rekombinacija fotogeneriranih naboja (tj. parova elektron/šupljina; e-/h+) te je aktivan samo pod UV svjetlom zbog široke zabranjene zone (3,0-3,2 eV), čime se smanjuje njegov potencijal u primjeni uz sunčevo zračenje. Ovi nedostaci mogu se poboljšati sljedećim strategijama: dopiranjem metalima i/ili nemetalima, senzibilizacijom boje, ugradnjom ugljičnih nanocijevi, reduciranim grafen oksidom i spajanjem s drugim poluvodičima s uskim propusnim pojasima. Spajanje TiO2 s poluvodičima s uskim razmakom i odzivom na vidljivo svjetlo može pospješiti sinergističke učinke između dva poluvodička materijala što dovodi do učinkovitijeg odvajanja naboja i visoke fotokatalitičke aktivnosti pod zračenjem vidljivim svjetlom. Željezni oksid (α-Fe2O3, također poznat kao hematit) obećavajući je kandidat za spajanje s TiO2, zbog svoje zastupljenosti, niske cijene, stabilnosti i aktivnosti pod vidljivom svjetlosti zbog uske zabranjene zone (2,0–2,2 eV). Ono što je najvažnije, prikladni rubni položaji hematita promiču fotogenerirano odvajanje naboja u TiO2 putem prijenosa heterospojnice. Unatoč nekoliko fotokatalitičkih primjena kompozita Fe2O3/TiO2 za uklanjanje postojanih onečišćivala (engl, contaminants of emerging concern, CECs), sve te studije istraživale su njihovu primjenu u suspenziji (tj. upotrebom praškastog oblika fotokatalizatora), dok je primjena imobiliziranih kompozita Fe2O3/TiO2 vrlo rijetka. Štoviše, tretman AMX-a pod sunčevim/vidljivim svjetlom pomoću Fe2O3/TiO2, kao i ekotoksičnost nusproizvoda razgradnje/transformacije AMX-a rijetko se istražuje. U ovoj disertaciji, uklanjanje AMX-a istraženo je korištenjem slojevitih filmova Fe2O3/TiO2 sendvič tipa izrađenih od komercijalno dostupnih nanomaterijala (1. dio) i korištenjem sintetiziranog Fe2O3/TiO2 napravljenog od čistih kemijskih prekursora (2. dio). U dijelu 1, kompoziti sendvič tipa izrađeni od komercijalnog TiO2-P25 i α-Fe2O3 dobiveni su centrifugiranjem tankih filmova s različitim konfiguracijama slojeva: i) sloj TiO2 preko α-Fe2O3 (TiO2@Fe2O3), ii) α-Fe2O3 sloj preko TiO2 (α-Fe2O3@TiO2), i iii) fizički pomiješano 50% (w/w) TiO2/ Fe2O3. Fotokatalitička aktivnost pod simuliranim sunčevim zračenjem gore spomenutih kompozita i njihovih čistih komponenti istražena je kroz praćenje razgradnje amoksicilina (AMX) u prisutnosti i odsutnosti persulfata (PS). U oba slučaja, TiO2@α-Fe2O3 sendvič tip postigao je najviše stope razgradnje AMX-a i primjećuje se značajan učinak dodatka PS na stopu razgradnje AMX-a. Utjecaj pH i koncentracije PS na brzinu razgradnje AMX-a utvrđen je primjenom eksperimentalnog dizajna i modeliranja površine odziva kojima su određeni optimalni ujveti [S2O82-] = 0,334 mM i pH = 4,0. Put razgradnje AMX proučavao je pomoću uklanjanja reaktivnih kisikovih vrsta i identifikacije međuprodukata tekućinskom kromatografijom s tandemskom spektrometrijom mase (LC-MS/MS). Njihovo nastajanje je u izravnoj korelaciji s povećanom toksičnošću procijenjenom testovima Daphnia magna i Vibrio fischeri. Nadalje, promjene biorazgradljivosti povezane su s profilom mineralizacije AMX otopine. Utvrđen je i utjecaj sastojaka vodene matrice (Cl-, CO32-, NO3-, PO43- i prirodne organske tvari rijeke Suwannee) na razgradnju AMX-a. U 2. dijelu, nanokompoziti Fe2O3/TiO2 proizvedeni su jednostavnom tehnikom impregnacije/kalcinacije korištenjem različitih količina željezovog (III) nitrata na komercijalnom TiO2 (P25 aeroksid). Pripremljeni nanokompoziti Fe2O3/TiO2 karakterizirani su difrakcijom X-zraka (XRD), Ramanovom spektroskopijom (RS), skenirajućom elektronskom mikroskopijom/energetsko-disperzijom spektroskopije (SEM/EDXS), fotoelektronskom spektroskopijom X-zraka (XPS), Brunauer– Emmett-Tellerova analiza (BET), spektroskopija elektronske impedancije (EIS), fotoluminiscencijska spektroskopija (PL) i spektroskopija difuzne refleksije (DRS). Kao rezultat toga, 5% (w/w) Fe2O3/ TiO2 postigao je najveću fotokatalitičku aktivnost u suspenzijskom sustavu i uspješno je imobilizirano na staklenoj podlozi. Fotokatalitička aktivnost pod zračenjem vidljivim svjetlom procijenjena je tretiranjem farmaceutskog amoksicilina (AMX) u prisutnosti i odsutnosti dodatnih oksidansa: vodikovog peroksida (H2O2) i persulfatnih soli (PS). Utjecaj pH i koncentracije PS na stopu konverzije AMX utvrđen je pomoću statističkog planiranja i modeliranja površine odziva. Određeni su optimalni uvjeti [S2O82-] = 1,873 mM i pH = 4,808; oni su također korišteni u prisutnosti H2O2 umjesto PS u dugoročnim testovima. Najbrža AMX pretvorba s konstantom brzine nultog reda od 1,51 × 10^-7 M·min^-1 postignuta je sustavom fotokataliza + PS. Utvrđen je put pretvorbe AMX, a evolucija/pretvorba nastalih međuprodukata povezana je s promjenama toksičnosti prema Vibrio fischeri. Uklanjanje reaktivnih kisikovih vrsta (ROS) također je korišteno za istraživanje mehanizma pretvorbe AMX, otkrivajući glavni doprinos fotogeneriranog h+ u svim procesima. El agua limpia accesible es una de las principales prioridades para el crecimiento económico sostenible y el bienestar social. El agua sustenta la vida y es un recurso crucial para la humanidad; también está en el centro de los ecosistemas naturales y la regulación del clima. El estrés hídrico es principalmente un problema de cantidad de agua, pero también ocurre como consecuencia del deterioro de la calidad del agua y la falta de una gestión adecuada del agua. Los problemas ambientales asociados con la contaminación del agua han sido un problema persistentemente importante en las últimas décadas, correlacionados negativamente con la salud y el ecosistema. La aparición de cantidades mínimas de antibióticos en varios cuerpos de agua estuvo directamente relacionada con el desarrollo de patógenos resistentes a los antibióticos. Durante las últimas dos décadas, las penicilinas se han recetado y utilizado ampliamente en toda Europa. Recientemente, la amoxicilina (AMX) se agregó a la segunda "lista de vigilancia" de la UE con base en la Decisión Europea propuesta 2018/840/EU. Su presencia en los efluentes de aguas residuales está relacionada con la eliminación limitada por parte de las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) comunes municipales basadas en el tratamiento primario (físico) y secundario (biológico). Por lo tanto, las nuevas técnicas de remediación deben aplicarse para eliminar dichas sustancias recalcitrantes. Recientemente, los procesos de oxidación avanzada (POA) han ganado mucha atención en la investigación debido a su capacidad innata para proporcionar una oxidación eficaz de una amplia variedad de contaminantes orgánicos persistentes en los métodos de tratamiento de aguas residuales convencionales. La eficacia de los AOP se basa en especies altamente reactivas y no selectivas, principalmente basadas en radicales hidroxilo (HO•). Entre varios AOP, la fotocatálisis de semiconductores atrae mucho la atención debido a la estabilidad del material semiconductor y el potencial para usar abundante energía solar para degradar contaminantes orgánicos. El fotocatalizador más ampliamente investigado y empleado en la purificación del agua es el TiO2. Sin embargo, el TiO2 sufre la rápida recombinación de las cargas fotogeneradas (es decir, pares de electrones/huecos; e-/h+) y solo es activo bajo la luz ultravioleta debido a su ancho de banda prohibida (3,0-3,2 eV), lo que dificulta su potencial para aplicaciones impulsadas por energía solar. Estas deficiencias se pueden mejorar mediante las siguientes estrategias: dopaje con metales y/o no metales, sensibilización de colorantes, incorporación con nanotubos de carbono, óxido de grafeno reducido y acoplamiento con otros semiconductores con bandas prohibidas estrechas. El acoplamiento de TiO2 con semiconductores de banda estrecha con respuesta de luz visible puede promover efectos sinérgicos entre dos materiales semiconductores que conducen a una separación de carga más eficiente y una alta actividad fotocatalítica bajo la irradiación de luz visible. El óxido de hierro (α-Fe2O3, también conocido como hematita) es un candidato prometedor para el acoplamiento con TiO2, debido a su abundancia, bajo costo, estabilidad y actividad de luz visible debido a su estrecha banda prohibida (2.0–2.2 eV). Lo que es más importante, las posiciones adecuadas del borde de la banda de hematita promueven la separación de carga fotogenerada en TiO2 a través de la transferencia de heterounión. A pesar de varias aplicaciones fotocatalíticas de los compuestos de Fe2O3/TiO2 para la eliminación de contaminantes emergentes (CEC), todos los estudios investigaron sus aplicaciones en la suspensión (es decir, empleando una forma de fotocatalizador en polvo), mientras que la aplicación de compuestos de Fe2O3/TiO2 inmovilizados es escasamente conocida. Informado. Además, rara vez se explora el tratamiento de AMX bajo luz solar/visible usando Fe2O3/TiO2, así como la ecotoxicidad de los subproductos de degradación/transformación de AMX. En esta disertación, se investigó la eliminación de AMX usando películas en capas tipo sándwich de Fe2O3/TiO2 hechas de nanomateriales disponibles comercialmente (Parte 1) y usando Fe2O3/TiO2 sintetizado hecho de precursores químicos puros (Parte 2). En la parte 1, se obtienen compuestos tipo sándwich hechos de TiO2-P25 y α- Fe2O3 comerciales mediante recubrimiento por rotación de películas delgadas con diferentes configuraciones de capa, a saber: i) capa de TiO2 sobre α- Fe2O3 (TiO2@α-Fe2O3), ii) capa de α-Fe2O3 sobre TiO2 (α-Fe2O3@TiO2), y iii) mezclado físicamente al 50 % (p/p) de TiO2/ Fe2O3. Se investiga la actividad fotocatalítica bajo irradiación solar simulada de los compuestos antes mencionados y sus componentes puros para la degradación de amoxicilina (AMX) en presencia y ausencia de persulfato (PS). En ambos casos, el tipo sándwich de TiO2@α-Fe2O3 logró las tasas de degradación más altas de AMX y se observa un marcado efecto de la adición de PS en la tasa de degradación de AMX. La influencia del pH y la concentración de PS en la tasa de degradación de AMX se establece mediante un diseño experimental y un modelo de superficie de respuesta que reveló condiciones óptimas de [S2O82−] = 0,334 mM y pH = 4,0. La ruta de degradación de AMX se estudia mediante la eliminación de especies reactivas de oxígeno y la identificación de intermediarios mediante cromatografía líquida con espectrometría de masas en tándem (LC-MS/MS). Su evolución está directamente relacionada con una mayor toxicidad evaluada por los ensayos de Daphnia magna y Vibrio fischeri. Además, los cambios de biodegradabilidad están correlacionados con el perfil de mineralización de la solución AMX. También se establece la influencia de los componentes de la matriz del agua (Cl−, CO32−, NO3−, PO43− y la materia orgánica natural del río Suwannee) en la degradación de AMX. En la parte 2, se fabricaron nanocompuestos de Fe2O3/TiO2 mediante una sencilla técnica de impregnación/calcinación empleando diferentes cantidades de nitrato de hierro (III) sobre TiO2 comercial (aeróxido P25). Los nanocompuestos de Fe2O3/TiO2 preparados se caracterizaron mediante difracción de rayos X (XRD), espectroscopia Raman (RS), microscopia electrónica de barrido/espectroscopia de dispersión de energía (SEM/EDXS), espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS), Brunauer– Análisis de Emmett-Teller (BET), espectroscopia de impedancia de electrones (EIS), espectroscopia de fotoluminiscencia (PL) y espectroscopia de reflectancia difusa (DRS). Como resultado, el 5 % (p/p) de Fe2O3/ TiO2 logró la actividad fotocatalítica más alta en el sistema de suspensión y se inmovilizó con éxito en un soporte de vidrio. La actividad fotocatalítica bajo irradiación de luz visible se evaluó mediante el tratamiento de amoxicilina farmacéutica (AMX) en presencia y ausencia de oxidantes adicionales: peróxido de hidrógeno (H2O2) y sales de persulfato (PS). La influencia de la concentración de pH y PS en la tasa de conversión de AMX se estableció mediante planificación estadística y modelado de superficie de respuesta. Los resultados revelaron condiciones óptimas de [S2O82−] = 1,873 mM y pH = 4,808; estos también se utilizaron en presencia de H2O2 en lugar de PS en pruebas a largo plazo. La conversión AMX más rápida que poseía una constante de velocidad de orden cero de 1,51 × 10^-7 M·min^-1 se logró con el sistema de fotocatálisis + PS. Se estableció la ruta de conversión de AMX y se correlacionó la evolución/conversión de los intermedios formados con los cambios en la toxicidad hacia Vibrio fischeri. También se utilizó la eliminación de especies reactivas de oxígeno (ROS) para investigar el mecanismo de conversión de AMX, lo que reveló la principal contribución del h+ fotogenerado en todos los procesos. L'aigua neta accessible és una de les màximes prioritats per al creixement econòmic sostenible i el benestar social. L'aigua dóna suport a la vida i és un recurs crucial per a la humanitat; també és el nucli dels ecosistemes naturals i la regulació del clima. L'estrès hídric és principalment un problema de quantitat d'aigua, però també es produeix com a conseqüència d'un deteriorament de la qualitat de l'aigua i la manca d'una gestió adequada de l'aigua. Els problemes ambientals associats a la contaminació de l'aigua han estat un tema persistentment important durant les últimes dècades, correlacionats negativament amb la salut i l'ecosistema. L'aparició de traces d'antibiòtics en diverses masses d'aigua estava directament relacionada amb el desenvolupament de patògens resistents als antibiòtics. Durant les dues últimes dècades, les penicil·lines s'han prescrit i utilitzat àmpliament a tot Europa. Recentment, l'amoxicil·lina (AMX) es va afegir a la segona "llista de seguiment" de la UE basada en la proposta de Decisió europea 2018/840/UE. La seva presència en els efluents d'aigües residuals està relacionada amb l'eliminació limitada de les depuradores municipals comunes (EDAR) basades en el tractament primari (físic) i secundari (biològic). Per tant, cal aplicar les noves tècniques de remediació per eliminar aquestes substàncies recalcitrants. Recentment, els processos d'oxidació avançats (AOP) han guanyat molta atenció en la investigació a causa de la seva capacitat innata de proporcionar una oxidació eficaç d'una àmplia varietat de contaminants orgànics persistents als mètodes convencionals de tractament de WW. L'eficàcia dels AOP es basa en espècies altament reactives i no selectives, basades principalment en radicals hidroxil (HO•). Entre els diversos AOP, la fotocatàlisi de semiconductors crida molt l'atenció a causa de l'estabilitat del material semiconductor i el potencial d'utilitzar energia solar abundant per degradar els contaminants orgànics. El fotocatalitzador més investigat i emprat en la purificació d'aigua és el TiO2, no obstant això, el TiO2 pateix la recombinació ràpida de càrregues fotogenerades (és a dir, parells d'electrons/forats; e-/h+) i només està actiu sota llum UV a causa de la seva gran bretxa de banda (3,0).-3,2 eV), dificultant així el seu potencial per a aplicacions impulsades per l'energia solar. Aquestes deficiències es poden millorar amb les següents estratègies: dopatge amb metalls i/o no metalls, sensibilització de colorants, incorporació amb nanotubs de carboni, òxid de grafè reduït i acoblament amb altres semiconductors amb bandes buides estretes. L'acoblament de TiO2 amb semiconductors de banda estreta amb resposta a la llum visible pot promoure efectes sinèrgics entre dos materials semiconductors que condueixen a una separació de càrrega més eficient i una alta activitat fotocatalítica sota irradiació de llum visible. L'òxid de ferro (α-Fe2O3, també conegut com a hematita) és un candidat prometedor per acoblar-se amb TiO2, a causa de la seva abundància, baix cost, estabilitat i activitat de la llum visible a causa de la seva banda estreta (2,0–2,2 eV). El més important és que les posicions de banda adequades de l'hematita promouen la separació de càrrega fotogenerada en TiO2 mitjançant transferència d'heterounió. Malgrat diverses aplicacions fotocatalítiques de compostos de Fe2O3/TiO2 per a l'eliminació de contaminants de preocupació emergent (CEC), tots els estudis van investigar les seves aplicacions a la suspensió (és a dir, emprant una forma de fotocatalitzador en pols), mentre que l'aplicació de compostos de Fe2O3/TiO2 immobilitzats amb prou feines són reportat. A més, rarament s'explora el tractament d'AMX sota llum solar / visible mitjançant Fe2O3/TiO2, així com l'ecotoxicitat dels subproductes de degradació / transformació d'AMX. En aquesta tesi, es va investigar l'eliminació d'AMX mitjançant pel·lícules en capes de Fe2O3/TiO2 tipus sandvitx fetes de nanomaterials disponibles comercialment (part 1) i utilitzant Fe2O3/TiO2 sintetitzat fet de precursors químics purs (part 2). A la part 1, els compostos de tipus sandvitx fets de TiO2-P25 i α-Fe2O3 comercials s'obtenen mitjançant pel·lícules primes de recobriment per gir amb diferents configuracions de capes, a saber: i) Capa de TiO2 sobre α-Fe2O3 (TiO2@α-Fe2O3), ii) La capa d'α-Fe2O3 sobre TiO2 (α-Fe2O3@TiO2) i iii) es va barrejar físicament el 50% (p/p) de TiO2/Fe2O3. S'investiga l'activitat fotocatalítica sota irradiació solar simulada dels compostos esmentats i dels seus components purs per a la degradació de l'amoxicil·lina (AMX) en presència i absència de persulfat (PS). En ambdós casos, el tipus sandvitx TiO2@α-Fe2O3 va aconseguir les taxes de degradació més altes d'AMX i es nota un efecte marcat de l'addició de PS sobre la taxa de degradació d'AMX. La influència de la concentració de pH i PS sobre la taxa de degradació d'AMX s'estableix mitjançant un disseny experimental i un modelatge de superfícies de resposta que va revelar condicions òptimes de [S2O82−] = 0,334 mM i pH = 4,0. La via de degradació de l'AMX s'estudia mitjançant l'eliminació d'espècies reactives d'oxigen i la identificació d'intermedis mitjançant cromatografia líquida amb espectrometria de masses en tàndem (LC-MS/MS). La seva evolució està directament correlacionada amb una toxicitat augmentada avaluada pels assaigs de Daphnia magna i Vibrio fischeri. A més, els canvis de biodegradabilitat estan correlacionats amb el perfil de mineralització de la solució AMX. També s'estableix la influència dels components de la matriu de l'aigua (Cl−, CO32−, NO3−, PO43− i matèria orgànica natural del riu Suwannee) en la degradació de l'AMX. A la part 2, es van fabricar nanocomposites Fe2O3/TiO2 mitjançant una tècnica d'impregnació / calcinació fàcil que utilitzava diferents quantitats de nitrat de ferro (III) en TiO2 comercial (aeròxid P25). Els nanocomposites Fe2O3/TiO2 preparats es van caracteritzar per difracció de raigs X (XRD), espectroscòpia Raman (RS), microscòpia electrònica d'escaneig/espectroscòpia dispersiva d'energia (SEM/EDXS), espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X (XPS), Brunauer– Anàlisi Emmett-Teller (BET), espectroscòpia d'impedància electrònica (EIS), espectroscòpia de fotoluminescència (PL) i espectroscòpia de reflectància difusa (DRS). Com a resultat, el 5% (p/p) de Fe2O3/TiO2 va aconseguir l'activitat fotocatalítica més alta en el sistema de purins i es va immobilitzar amb èxit sobre suport de vidre. L'activitat fotocatalítica sota irradiació de llum visible es va avaluar tractant amoxicil·lina farmacèutica (AMX) en presència i absència d'oxidants addicionals: peròxid d'hidrogen (H2O2) i sals de persulfat (PS). La influència del pH i la concentració de PS en la taxa de conversió d'AMX es va establir mitjançant la planificació estadística i el modelatge de superfícies de resposta. Els resultats van revelar condicions òptimes de [S2O82−] = 1,873 mM i pH = 4,808; aquests també es van utilitzar en presència d' H2O2 en lloc de PS en proves a llarg termini. La conversió AMX més ràpida amb una constant de velocitat d'ordre zero d'1,51 × 10^−7 M· min^−1 es va aconseguir amb el sistema fotocatàlisi + PS. Es va establir la via de conversió AMX i l'evolució/conversió dels intermedis formats es va correlacionar amb els canvis de toxicitat cap a Vibrio fischeri. També es va utilitzar l'eliminació d'espècies reactives d'oxigen (ROS) per investigar el mecanisme de conversió d'AMX, revelant la principal contribució de l' h+ fotogenerat en tots els processos.

U okviru ovog rada pripravljene su i u čvrstom stanju istražene tetraklorokupratne(II), tetrabromokupratne(II) i tetrakloromanganatne(II) soli izvedene iz monoamina, diamina i triamina različitih geometrijskih karakteristika i kemijskih funkcionalnosti. Poseban naglasak pri istraživnju posvećen je strukturnim karakteristikama priređenih spojeva, njihovim termičkim svojstvima, te odabranim magnetskim i električnim svojstvima. Iz difrakcijske strukturne analize priređenih spojeva, te simetrijske i statističke analize literaturno opisanih primjera, postavljena su geometrijska ograničenja i očekivanja za ovaj tip spojeva, koja su omogućila predlaganje smislenih strukturnih modela iz podataka difrakcije na prahu. Predložena je prava simetrija feroelektrične faze etilamonijevog tetraklorokuprata(II) iz podataka neutronske difrakcije, određene su strukture triju aperiodičnih kristala. Izučene su promjene u strukturi metilamonijevih halogenokuprata(II) uslijed supstitucijskog miješanja na položaju halogenidnog iona. Analizirana su magnetska svojstva slojevitih hibrida u ovisnosti o odabranim gradivnim ionima i dimenzionalnosti anorganske okosnice, te su kvantificirane modulacije u magnetskim svojstvima u supstitucijski miješanim kristalima. In this work, tetrachlorocuprate(II), tetrabromocuprate(II) and tetrachloromanganate(II) salts derived from monoamines, diamines and triamines with different geometric characteristics and chemical functionalities were prepared and investigated in the solid state. An emphasis was given to the structural characteristics, thermal properties, and selected magnetic and electrical properties of prepared compounds. Geometric limitations and expectations were derived for this type of materials from the diffraction structural analysis of prepared compounds, and the symmetry and statistical analysis of those described in the literature, which enabled the proposal of meaningful structural models from powder diffraction data. The true symmetry of the ferroelectric phase of ethylammonium tetrachlorocuprate was proposed from neutron diffraction data. Structures of three aperiodic crystals were determined. Changes in the structure of methylammonium tetrahalocuprates(II) due to substitutional mixing of halide ions were quantified. The magnetic properties of the layered hybrids were analyzed in relation to the selection of building ions and the dimensionality of the inorganic framework. Modulations of the magnetic properties in substitutionally mixed crystals were quantified.

ADP-ribozilacija je kovalentna modifikacija koja kontrolira brojne važne stanične procese od bakterija do čovjeka. ADP-ribozilacijski sustav čine ADP-ribozil-transferaze koje prenose ADPribozu na ciljnu (makro)molekulu i ADP-ribozil-hidrolaze koje osiguravaju reverzibilnost procesa. Glavni predstavnici ADP-ribozil-hidrolaza su makrodomenski proteini zastupljeni u sve tri domene života uključujući i viruse. U ovom doktorskom radu istraživana su dva makrodomenska proteina, SCO6735 iz bakterije Streptomyces coelicolor i Mac1 iz virusa SARS-CoV-2. Pokazano je da SCO6735 uklanja ADP-ribozilaciju s jednolančane DNA modificirane na timinu. Na temelju računalnih i eksperimentalnih rezultata predložen je novi katalitički mehanizam hidrolize ADPriboze s DNA karakterističan za skupinu proteina sličnih SCO6735. Makrodomena Mac1 inhibira imunološki odgovor domaćina čime potiče virusnu replikaciju. Stoga ima terapeutski potencijal za liječenje bolesti uzrokovane virusom SARS-CoV-2. U tu svrhu provedena je virtualna pretraga baze malih molekula koja je rezultirala testiranjem 27 spojeva metodom izotermalne titracijske kalorimetrije. Izmjereni afiniteti vezanja potvrdili su dobro vezanje nekoliko spojeva, uključujući FDA-odobrene lijekove Dasatinib i Metotreksat. ADP-ribosylation is a covalent modification that controls essential cellular processes, conserved from bacteria to humans. The ADP-ribosylation system consists of ADP-ribosyl transferases that catalyse the transfer of ADP-ribose to a target (macro)molecule, while ADP-ribosyl hydrolases ensure reversibility. Macrodomain proteins are ADP-ribosyl hydrolases present in all three domains of life and viruses. In this dissertation, two macrodomain proteins were investigated: SCO6735 from Streptomyces coelicolor and Mac1 encoded by the virus SARS-CoV-2. SCO6735 was experimentally shown to act antagonistically to a bacterial toxin known to impair replication by ADP -ribosylation of thymidines in single-stranded DNA. Furthermore, a novel catalytic mechanism of DNA-(ADP-ribose) hydrolysis characteristic of the subgroup of SCO6735-related proteins was proposed. The Mac1 macrodomain is a good therapeutic target, because it inhibits the host immune response, thus allowing virus replication. In search of potential inhibitors, a virtual screening of a compound library was performed. The screening resulted in testing of 27 molecules with the isothermal titration calorimetry. Determined binding affinities suggested good binding of several molecules, including the FDA-approved drugs Dasatinib and Methotrexate.

Na zeolitima strukturnih tipova FAU i MFI (ZSM-5) napravljene su modifikacije tijekom ili nakon sinteze kao bi se poboljšala njihova katalitička aktivnost. Pripremljeni uzorci su modificirani dodatkom mezoporoznog templata N,N,N-trimetilheksadekan-1-amonijeva bromida (CTAB) ili jetkani vodenom otopinom natrijeva hidroksida, kako bi se povećao broj mezopora u kristalima i olakšala difuzija reaktanata do aktivnog mjesta. Jakost aktivnog mjesta ugađana je kationskom zamjenom s ionima Mg2+ , Co2+, Ni2+ i Zn2+ (u vodenoj otopini i mehanokemijski). Utjecaj pojedinog metalnog kationa na broj i jakost Lewisovih i Brønstedovih kiselih mjesta u materijalu praćen je infracrvenom spektroskopijom u vakuumu pomoću adsorpcije probne molekule (deuterirani acetonitril). Broj pojedinih kiselih mjesta dobiven je integriranjem pojedinih krivulja nakon dekonvolucije spektra vezanog D3-acetonitrila, anjihova jakost određena je iz količine nakon zagrijavanja na 150, 200 i 300 °C. Na odabranim uzorcima napravljeni su katalitički testovi konverzije metanola u olefine. Modifications during and after sythesis were made on FAU and MFI (ZSM-5) zeolite type samples in order to enhance their catalytic activity. Prepared samples were modified with mesoporosity template N,N,N-Trimethylhexadecan-1-aminium bromide (CTAB) or etched with water solution of sodium hydroxide to increase the volume of mesopores in crystals and faciliate diffusion of reactnats to the active site. The strength of active sites was modified by cationic exchange with Mg2+ , Co2+ , Ni2+ and Zn2+ ions (in water solution and mechanochemicaly). Effect of metal cation on number and strength of Lewis and Brønsted acid sites was studied by infrared spectroscopy in vacuum with the adsorption of probe molecule (deuterated acetonitrile). The number of various types of acid sites was calculated from the integrated curves after deconvolution of spectra of adsorbed D3-acetonitrile, while their strength is determined after heating at 150, 200 and 300 °C. Catalytic tests of methanol to olefine conversion (MTO) were preformed on selected samples.

Prekomjerna uporaba različitih spojeva te poticanje industrijske i poljoprivredne proizvodnje predstavljaju svakodnevne izazove za znanstvenike i inženjere. Zbog toga je posebna pažnja usmjerena prema obećavajućim naprednim oksidacijskim procesima (NOP), koji se temelje na stvaranju i korištenju reaktivnih kemijskih spojeva za razgradnju (oksidaciju i/ili redukciju) tvari koje se ne mogu ukloniti konvencionalnim oksidansima. Heterogena fotokataliza jedan je od NOP-a gdje radikali nastaju uslijed ekscitacije fotokatalizatora s fotonima s dovoljno energije za stvaranje para elektron-šupljina. Već nekoliko desetljeća titan dioksid (TiO2) je prepoznat kao učinkovit fotokatalizator, međutim njegove modifikacije dobivaju na značaju poradi povećanja fotokatalitičke aktivnosti u području vidljivog spektra. Jedna od takvih modifikacija je dodatak ugljičnih nanocjevčica (eng. carbon nanotubes, CNT). Fotokatalizatori se koriste u suspenziji ili su imobilizirani na inertnom nosaču. Premda su fotokatalizatori u suspenziji reaktivniji od imobiliziranih, uporaba imobiliziranih fotokatalizatora je isplativija. Naime, zbog veličine čestica, izdvajanje fotokatalizatora iz pročišćene vode je složen i ekonomski neisplativ proces, dok se imobilizirani fotokatalizator može upotrijebiti višekratno. Nadalje, uz odgovarajući dizajn reaktora moguće je prevladati ograničenja prijenosa mase i fotona uslijed imobilizacije. Odgovarajući dizajn fotokatalitičkog reaktora važan je poradi iskoristivosti upadnog zračenja i primjenjivosti reaktora. Među nekoliko utvrđenih optimalnih reaktorskih konfiguracija, razmotrene su dvije izvedbe: kaskadni reaktor pločastog tipa (eng. flat plate cascade reactor, FPCR) i reaktor s paraboličnim zrcalima (eng. compound parabolic collector, CPC). FPCR oponaša primjenu u prirodnom okruženju koja se može implementirati uz niske troškove. S druge strane, CPC reaktor je odabran kao „state-of-the-art” u dizajnu zbog najveće učinkovitosti zahvaćanja i usmjeravanja zračenja u sustavu reaktora. Glavni cilj ove disertacije bio je istražiti utjecaj faktora intenzifikacije na učinkovitost i primjenjivost solarne fotokatalize temeljene na razgradnji 1H-benzotriazola (1H-BT). 1H-BT je odabran kao modelno onečišćivalo u istraživanju zbog svoje široke primjene u industriji i svakodnevnom životu, a upravo zbog toga je detektiran u prirodnim vodama u koncentracijama od nano do mikrograma po litri. Dosadašnja istraživanja ukazala su na izravnu fotolizu 1H-BT-a pri UV spektru s najučinkovitijom degradacijom pri UV-C spektru zračenja. Dominantniju ulogu uklanjanja 1H-BT-a u prirodnom okolišu ima neizravna fotoliza ili reakcija s reaktivnim kratkoživućim česticama. 1H-BT je relativno dugo postojan u okolišu budući da se ne razgrađuje u vidljivom spektru zračenja. U površinskim vodama podložan je reakcijama s drugim tvarima pri čemu mogu nastati toksičniji spojevi ukoliko nema mineralizacije. Nedavna istraživanja ukazala su na važnost sudjelovanja radikala u reakcijama razgradnje 1H-BT-a. Ipak, istraživanja su također ukazala na negativan utjecaj klora u NOP-ima zbog nastajanja štetnijih produkata razgradnje po vodeni okoliš. Poradi navedenog, pozornost je usmjerena prema analizi visoke razlučivosti, osjetljivosti i točnosti detektiranja masa koju omogućuje hibridni Q-TOF LC/MS sustav analize (eng. quadrupole time of flight liquid chromatography/ mass spectrometry, kvadrupolno vrijeme leta spregnuto s tekućinskom krmatografijom i masenom spektrometrijom). Stoga, u ovoj doktorskoj disertaciji, cilj je bio istražiti kako faktori intenzifikacije, prvenstveno modifikacija fotokatalizatora, različit dizajn reaktora te upadno zračenje utječu na učinkovitost i primjenjivost solarne fotokatalize. U te svrhe postavljeni su sljedeći ciljevi: (i) razviti matematički model uzimajući u obzir upadno zračenje i brzinu apsorpcije fotona na površini fotokatalizatora (lokalnu ili globalnu) te dinamiku fluida u odabranim reaktorima kako bi se dobila stvarna brzina reakcije; (ii) odrediti mehanizme fotokatalitičke razgradnje 1H-BT-a u korelaciji s različitim pristupima intenzifikacije procesa u uvjetima neutralnog pH te (iii) predložiti optimalne parametre za primjenu fotokatalize u realnim uvjetima na temelju usporedne procjene životnog ciklusa različitih pristupa intenziviranja fotokatalize, te korištenjem sunčevog zračenja. Temeljem zadanih ciljeva, postavljene su četiri hipoteze: (H1) razgradnja 1H-BT-a s fotokatalizatorom TiO2/CNT sa simuliranom sunčevom svjetlošću učinkovitija je u usporedbi s TiO2; (H2) postojeći kinetički modeli s lokalnom volumetrijskom brzinom apsorpcije fotona mogu se modificirati i primijeniti za modeliranje razgradnje 1H-BT-a u FPCR i CPC reaktorima; (H3) fotokatalitički produkti razgradnje 1H-BT-a značajno su manje prisutni u odnosu na rezultate fotolize 1H-BT-a; i (H4) fotokataliza pri sunčevom zračenju s fotokatalizatorom aktivnim i u vidljivom dijelu spektra optimalna je za uvećanje procesa i primjenu u realnim uvjetima na temelju usporedne procjene životnog ciklusa procesa (eng. life cycle assessment, LCA). Dakle, što se tiče prve hipoteze, temeljem dobivenih eksperimentalnih podataka i smanjenja koncentracije 1H-BT-a može se zaključiti kako fotokataliza s TiO2/CNT nije učinkovitija od fotokatalize s TiO2 u oba slučaja primjene FPCR i CPC reaktora. Međutim, daljnja analiza najnovijom metodom visoke rezolucije, hibridnim Q-TOF LC/MS, omogućila je identifikaciju produkata razgradnje nastalih tijekom fotokatalize. S novim uvidom bilo je moguće primijetiti kako je modifikacija TiO2 s CNT-om pokrenula drugačiji reakcijski mehanizam u CPC reaktoru. Primjerice, uslijed raspada triazolnog prstena 1H-BT-a u sustavu se može pojaviti produkt razgradnje s istim fragmentacijskim uzorkom raspada kao 1H-BT. S druge strane, reakcijski put razgradnje 1H-BT-a u FPCR-u bio je vođen hidroksilacijom i raspadom benzenskog prstena. Veća površina imobiliziranog fotokatalizatora u FPCR-u (15,6x) u usporedbi s CPC reaktorom pokazala je da je fotokataliza površinski fenomen te je dodavanje CNT-a doprinijelo adsorpciji. S aspekta toksičnosti produkta razgradnje, adsorpcija pozitivno doprinosi budući da hidroksilirane tvari imaju nešto veći negativan utjecaj na okoliš. Stoga se može reći kako razgradnja 1H-BT-a nije nužno učinkovitija s TiO2/CNT u usporedbi s TiO2 pod simuliranim sunčevim svjetlom. Međutim, s aspekta reakcijskih mehanizama TiO2/CNT doprinosi poboljšanju fotokatalize i ekološki prihvatljivijoj fotokatalizi. Što se tiče druge hipoteze, razvijen je kinetički model s masenom bilancom te je uspješno primijenjen za razgradnju 1H-BT-a neovisno o postavkama reaktora i različitoj formulaciji fotokatalizatora. Uvođenje intrinzičkih parametara omogućilo je određivanje stvarne konstante brzine reakcije za BT (ki=3.54×10−10 s−1W−0.5m1.5) primjenjive u svim postavkama, dok je doprinos formulacije fotokatalizatora i postavki reaktora opisan odgovarajućim indeksima, Ycat=0.769 and YRD=25. Kao što je navedeno u disertaciji, 1H-BT je podložan fotolizi pod UV zračenjem, odnosno UV-C zračenju, dok to nije slučaj s UV-A i UV-B zračenjem. Međutim, pomoću fotokatalizatora i UV/vis zračenja moguće je razgraditi 1H-BT na manje štetne produkte razgradnje. Naposljetku, korištenje prirodnog zračenja poželjno je za proces razgradnje, zbog manje potrošnje energije kao i zbog većeg udjela zračenja. Stoga je određena prethodno spomenuta stvarna konstanta brzine reakcije za 1H-BT, čime je postignut prvi cilj ovog rada. Štoviše, predloženi su mehanizmi razgradnje u korelaciji s različitim procesima intenzifikacije. Naime, dok je u FPCR-u hidroksilacija dominantan reakcijski put cijepanja benzena s naglašenom adsorpcijom kada je korišten TiO2/CNT, u CPC reaktoru put razgradnje ide prema reakciji nukleofilne adicije i cijepanju triazolskog prstena. Time je postignut drugi cilj ovog rada. U konačnici, temeljem komparativne LCA, predložena je fotokataliza pod prirodnim sunčevim zračenjem kao optimalno rješenje za buduće skaliranje. Ovim radom utvrdio se utjecaj različitih intenzifikacijskih faktora na učinkovitost solarne fotokatalize. Određivanje stvarne konstante brzine reakcije omogućit će daljnja proučavanja novih fotokatalitičkih materijala i njihovu bržu implementaciju u pilot i realnim sustavima obrade otpadnih voda. Predloženi mehanizmi razgradnje 1H-BT-a omogućili su utvrđivanje toksičnog utjecaja i razmatranje uklanjanja kako 1H-BT-a tako i drugih onečišćivala i u vodenim sustavima poput podzemnih voda gdje je utvrđena pojava istih. LCA metodologija primijenjena je za proučavanje različitih fotokatalitičkih intenzifikacijskih pristupa te korištenje sunčevog zračenja u odnosu na umjetne izvore zračenja radi utvrđivanja najprihvatljivijeg s aspekta utjecaja na okoliš, što čini predloženi rad pionirskim u užem području inženjerstva okoliša. The intensive use of various compounds and the promotion of industrial and agriculture production are daily challenges for scientists and engineers. Consequently, removing micropollutants from waters has become one of humankind's priorities. Accordingly, the efforts have been directed towards promising advanced oxidation processes (AOPs) based on the generation and use of radicals, powerful chemical species for the removal (oxidation/reduction) of substances that conventional oxidants cannot remove. One of the AOPs is heterogeneous photocatalysis. Radicals are formed after photocatalyst's excitations by photons with sufficient energy for electron/hole pair generation. For several decades, titanium dioxide (TiO2) has been recognized as an efficient photocatalyst. However, modifications of TiO2 are gaining importance due to the photocatalytic intensification in the visible spectra range. One such improvement is the one with carbon nanotubes (CNT). Photocatalysts are either used in suspensions or immobilised on an inert support. Suspended photocatalysts tend to be more reactive. However, the use of an immobilised photocatalyst is more cost-effective and versatile due to the reusability issues. Namely, separating the photocatalyst from purified water is a complex and economically unprofitable process. Moreover, it is possible to overcome mass and photon transfer limitations due to immobilisation with an appropriate reactor design. Furthermore, appropriate reactor design is essential due to the usability of incident irradiation and reactor applicability. Among the few reported optimal reactor designs, two different setups were considered hereby, a flat-plate cascade reactor (FPCR) and a compound parabolic collector (CPC) reactor. The FPCR was chosen since it mimics an outdoor system application which can be implemented at a low cost. Meanwhile, the CPC reactor was selected as the state-of-the-art in design regarding its favourable properties such as the highest effectiveness of irradiation capture in the reactor system. Therefore, the main goal of this dissertation was to study the impact of the intensification factors on the efficiency and applicability of solar photocatalysis based on 1H-benzotriazole (1H-BT) degradation. The photocatalyst modification and reactor setup were selected as intensification factors. Modelled pollutant 1H-BT was chosen due to its wide application in industrial and everyday life, for which it has been detected in natural waters from nano to microgram per litre concentrations. Previous studies have proved direct photolysis of 1H-BT under UV light with the most efficient degradation in UV-C spectra. A more dominant role of 1H-BT removal in the natural environment is indirect photolysis or reaction with reactive transient species. Nevertheless, due to the insensitivity to visible light, 1H-BT is relatively long persistent in the environment. In surface waters, it is subjected to reactions with other species where more toxic compounds can be formed if there is no mineralization. Recent studies have demonstrated the importance of radicals in 1H-BT removal reactions. Yet, a negative impact was reported when chlorine was used in the AOPs due to the generation of more harmful degradation products for the aquatic environment. To avoid such a scenario, an analysis with a high mass resolution, full-scan sensitivity, and mass accuracy provided by a hybrid Q-TOF LC/MS (quadrupole time of flight, liquid chromatography coupled with mass spectrometry) system is gaining attention in the detection of degradation products. Accordingly, the following objectives were established: (i) a development of a mathematical model including irradiation terms and a rate of photon absorption over photocatalyst surface (local or global) and fluid dynamics in chosen reactors to obtain intrinsic reaction rate; (ii) determination of 1H-BT photocatalytic degradation pathways in correlation with different intensification approaches under neutral pH conditions and (iii) proposition of optimal parameters for accurate scale photocatalytic process based on comparative life cycle assessment (LCA) of various photocatalysis intensification approaches and the use of natural sunlight. Based on the dissertation objectives, four hypotheses were formulated. The first hypothesis (H1) states that 1H-BT degradation is more effective with TiO2/CNT photocatalyst under simulated solar light than TiO2. The second hypothesis (H2) states that existing kinetic models with the local volumetric rate of photon absorption can be modified for 1H-BT degradation in FPCR and CPC reactors. The third hypothesis (H3) states that photocatalytic degradation products of 1H-BT degradation are negligible compared to ones obtained by photolysis alone. And the fourth hypothesis (H4) states that photocatalysis under natural irradiation with UV/vis intensified photocatalyst is optimal for scale-up and real-scale application based on the comparative LCA. Therefore, regarding the first hypothesis and observed experimental data of 1H-BT concentration decreasing, it could be concluded that photocatalysis with TiO2/CNT is not more efficient than photocatalysis with TiO2 in both cases when FPCR and CPC reactors were applied. However, further analysis by the newest high-resolution techniques, a hybrid Q-TOF LC/MS, enabled the identification of degradation products formed during photocatalysis. With unique insight, it was possible to identify that modification of TiO2 with CNT had triggered different 1H-BT degradation mechanisms in the CPC reactor. Also, the degradation product with the same fragmentation pattern as the 1H-BT can occur in the system due to triazole ring breakage. On the other hand, the reaction pathway of 1H-BT degradation in FPCR was governed by hydroxylation and benzene ring breakage. Furthermore, the larger surface of the immobilised photocatalyst in the FPCR (15.6x) compared to the CPC reactor demonstrated that photocatalysis is a surface phenomenon. Therefore, the addition of CNT increased adsorption. Regarding the toxicity of degradation by-products, the adsorption was favourable in the FPCR since hydroxylated species pose a slightly greater negative impact on the environment. Therefore, it can be said that 1H-BT degradation is not necessarily more effective with TiO2/CNT compared to TiO2 under simulated solar light. However, from the aspects of reaction mechanisms, TiO2/CNT contributes to photocatalysis enhancement and environmentally friendlier photocatalysis. Regarding the second hypothesis, a kinetic model with mass balance was developed and successfully applied for 1H-BT degradation independently on reactor setup and different photocatalysts formulation. The introduction of intrinsic parameters enabled the determination of the intrinsic reaction rate constant for 1H-BT (ki=3.54×10−10 s−1W−0.5m1.5) applicable in all setups, while the contribution of a photocatalyst formulation and reactor setups was described with appropriate indexes, Ycat=0.769 and YRD=25, respectively. As was discussed in the dissertation, 1H-BT is subjected to photolysis under UV, namely UV-C light, while that is not the case with UV-A and UV-B light. However, with the assistance of photocatalysts, it is possible to degrade 1H-BT using UV/vis light and obtain less harmful degradation products. And lastly, natural irradiation is favourable for the degradation process due to less energy consumption and the higher proportion of irradiation. Therefore, the constant of the intrinsic reaction rate for 1H-BT was determined by which the first objective of this dissertation was achieved. Moreover, the mechanism’s degradation pathways were proposed in correlation with different intensification processes. In the FPCR setup, hydroxylation is the dominant reaction pathway of benzene cleavage with emphasized adsorption when TiO2/CNT is used. In the CPC reactor, the degradation pathway suggested nucleophilic addition reaction and triazole separation. As mentioned, the second objective of this dissertation was achieved. Finally, based on the comparative LCA, photocatalysis under natural sunlight was proposed as the optimum for scaling. Therefore, the influence of various intensification factors on solar photocatalysis application was determined. The intrinsic reaction rate constant has enabled further studies of new photocatalytic materials and their faster implementation in pilot and real-scale treatment systems. The results contributed to the 1H-BT and other pollutants treatment considerations in other aquatic systems, such as groundwaters, and the proposed degradation pathways were suggested for a better aquatic toxicity understanding. The LCA methodology was applied to study various photocatalysis intensification approaches. The most acceptable process from the environmental point of view for scale-up was proposed to be the usage of the CPC reactor under natural sunlight.

Halogenhidrin-dehalogenaze (HHDH) su enzimi koji imaju sposobnost uvođenja novih funkcionalnih skupina u molekulu, kataliziranjem reakcije otvaranja epoksida s različitim nukleofilima. Aktivno mjesto enzima može primiti više različitih neprirodnih nukleofila poput azida, cijanida i nitrita, zbog čega su enzimi privukli pažnju sintetske organske kemije. Njihova enantioselektivnost ovisi o strukturi supstrata, te često nije dovoljno visoka za sintetsku primjenu. Enzim HheB2 iz grupe B u prethodnim istraživanjima testiran je na relativno malom broju supstrata gdje je pokazao nisku enantioselektivnost, te je dugi niz godina ostao zanemaren u biokatalitičkim istraživanjima. U okviru ovog rada provedeno je opsežno ispitivanje dva divlja tipa HHDH iz skupine B: HheB iz Croynebacterium sp. soj N-1074 i HheB2 iz Mycobacterium sp. soj GP1 na nizu supstrata i nukleofila. Otkriveno je nekoliko visoko enantioselektivnih reakcija (E > 200), gdje je HheB pokazao bolju enantioselektivnost i aktivnost prema većem broju strukturno različitih supstrata u usporedbi s HheB2. Ova dva enzima dijele visoku homologiju sekvence i razlikuju se u samo četiri aminokiseline (F36I, T120A, C124Y, H125Q). Ispitivanjem mutanata HheB2 s modificiranim pojedinačnim aminokiselinama utvrđene su aminokiseline ključne za veću enantioselektivnost HheB u odnosu na HheB2. Eksperimentalni rezultati potvrđeni su i dodatno pojašnjeni računalnim analizama. Zbog izuzetne selektivnosti i aktivnosti B grupa HHDH nameće se kao odličan katalizator za sintezu velikih tercijarnih alkohola. Ispitivanjem različitih nukleofila prikazana je mogućnost sinteze enantiomerno čistih azido-alkohola i oksazolidinona, a kinetičkim mjerenjima određen je stupanj inhibicije enzima prihvaćenim nukleofilma. Halohydrin dehalogenases (HHDH) have the ability to introduce new functionalities into the molecule through the ring-opening reactions of epoxides with different nucleophiles. These enzymes draw the attention of synthetic chemistry due to their ability to accept unnatural nucleophiles such as azide, cyanide and nitrite ions. The enantioselectivity of HHDHs is substrate-dependent and not always sufficient for synthetic applications. HheB2 from B group of HHDHs has been neglected in the biocatalytic research due to the low enantioselectivity observed on a relatively small number of tested substrates. In this work, extensive screening of substrates and nucleophiles was carried out on two B wild-type HHDHs: HheB2 from Mycobacterium sp. GP1 and HheB from Corynebacterium sp. N-1074. Several highly enantioselective reactions were discovered (E > 200), with HheB showing higher enantioselectivity and activity towards larger panel of substrates compared to HheB2. These two enzymes share high sequence homology and differ by only four amino acids (F36I, T120A, C124Y, H125Q). HheB2 mutants with individual amino acids replacement are examined to determine key residues. Experimental results were confirmed and further clarified by computer analysis. Due to remarkable activity and enantioselectivity, B-group HHDHs emerged as a catalyst of choice for the synthesis of bulky tertiary alcohols. Nucleophile screening showed possibility for the synthesis of enantiomerically pure azido alcohols and oxazolidinones. Kinetic measurements were used to determine enzyme inhibition by accepted nucleophiles.

U ovome radu istražena je stabilnost, biodostupnost i dijalizibilnost polifenola pinocembrina, galangina, krizina, kavene kiseline i feniletil estera kavene kiseline u uvjetima simulirane probave in vitro (oralna i želučana faza te faza probave u tankom crijevu s dva modela: centrifugiranjem i dijalizom kroz polupropusnu membranu) na dva uzorka kontinentalnog propolisa i smjesi standarda odabranih polifenola. Različitim ekstrakcijskim postupcima i korištenjem određenih nosača istraženi su ekstrakti prikladni za oralnu primjenu te analizirani validiranom metodom tekućinske kromatografije visoke djelotvornosti uz primjenu UVdetektora s nizom fotodioda (eng. High Performance Liquid Chromatography - Photodiode Array Detection, HPLC-PDA). Primjenom 2-hidroksipropil-β-ciklodekstrina (HP-β-CD) i postupkom liofilizacije dobiven je u vodi topljivi kompleks propolis-HP-β-CD s najvećim udjelom polifenola. Rezultati analiza RP-HPLC-PDA oba uzorka kontinentalnog propolisa pokazali su stabilnost odabranih polifenola tijekom svih faza simulirane probave. Biodostupnost svih polifenola u uvjetima in vitro nakon dijalize kroz polupropusnu membranu bila je vrlo niska u odnosu na model s centrifugiranjem. Nadalje, rezultati ukazuju da u modelu s centrifugiranjem nema razlike u biodostupnosti polifenola između dva uzorka kontinetalnog tipa propolisa. Vodena suspenzija liofilizata kompleksa propolis-HP-β-CD pokazala se kao potencijalna djelatna tvar u farmaceutskim proizvodima za oralnu primjenu. In this work, the stability, bioaccessibility and dialysability of polyphenols pinocembrin, galangin, chrysin, caffeic acid and phenylethyl ester of caffeic acid were investigated after in vitro simulated digestion (oral and gastric phase and small intestine phase with two models: centrifugation and dialysis through a semi-permeable membrane) on two samples of continental propolis and standard mixture of selected polyphenols. Extracts suitable for oral administration prepared by various extraction procedures and the use of certain carriers have been investigated and analyzed by validated RP-HPLC-PDA method. Using 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-β-CD) carbohydrate and by lyophilisation procedure, a propolis water-soluble complex with the highest polyphenol content was prepared. The results of RP-HPLC-PDA analysis of both propolis samples showed the stability of selected polyphenols during all phases of simulated digestion. The bioaccessibility of all polyphenols in in vitro conditions after dialysis through a semi-permeable membrane was very low compared to the centrifugation model. Furthermore, the results indicate that in the model with centrifugation there is no difference in the bioaccessibility of polyphenols between the two samples of the continental type of propolis. The aqueous suspension of the lyophilisate of the propolis-HP-β-CD complex proved to be a potential active substance in pharmaceutical products for oral administration.

This study aimed to investigate the influence of real storage conditions and daily consumption, heating, and presence of food during storage (dried tomatoes, cheese) and heating (vegetables) of monovarietal EVOOs on its fatty acid composition, phenolic and volatile compounds, antioxidant activity, sensory properties, and quality. The results indicated that under consumption conditions used in this study (gradual headspace increasing, darkness, room temperature), EVOO's composition of fatty acid, phenolic and volatile compounds remained preserved within one month. The presence of food during storage and heating significantly decreased the quality and the concentration of total identified phenolic and volatile compounds of the used EVOO. The use of monovarietal oils indicated varietal specificity under different conditions of its use, related to the composition of fatty acids, phenolic and volatile compounds. Cilj ovog istraţivanja bio je ispitati utjecaj realnih uvjeta upotrebe i svakodnevnog korištenja, zagrijavanja i prisutnosti hrane tijekom skladištenja (sušena rajĉica, sir) i zagrijavanja (povrće) sortnih EDMU na sastav masnih kiselina, fenola i hlapljivih spojeva, antioksidacijsku aktivnost, senzorska svojstva i kvalitetu ulja. Dobiveni rezultati pokazali su da je sastav masnih kiselina, fenolnih i hlapljivih spojeva EDMU u uvjetima svakodnevnog korištenja (postepeno povećavanje nadprostora boce, bez svjetlosti, sobna temperatura) ostao nepromijenjen unutar mjesec dana skladištenja. Prisutnost hrane tijekom skladištenja i zagrijavanja znaĉajno je utjecala na smanjenje kvalitete te koncentracije ukupnih identificiranih fenolnih i hlapljivih spojeva korištenog EDMU. Primjenom sortnih ulja utvrĊena je sortna specifiĉnost u razliĉitim uvjetima uporabe vezana uz poĉetni sastav masnih kiselina, fenolnih i hlapljivih spojeva.

U okviru ove doktorske disertacije provedena je sinteza novih tercijarnih diamantoidnih etera koji se sastoje od adamantanske i diamantanske podjedinice direktno povezane kisikovim atomom. Uz klasičnu sintezu u otopini/talini, provedena je i mehanokemijska sinteza koja je pokazala brojne prednosti u usporedbi s klasičnom sintezom. Novopripravljenim spojevima ispitana je mogućnost samoorganizacije u 2D i 3D prostoru pri čemu su korištene tehnika pretražne tunelirajuće mikroskopije, tehnika helijevih nanokapljica te tehnika difrakcije rendgenskog zračenja na jediničnom kristalu. Uočeno je uređeno samoudruživanje diamantoidnih etera pri čemu način samoorganizacije proizlazi iz početnih geometrijskih struktura ispitivanih molekula te je proces uzrokovan prostornim međumolekulskim interakcijama. Za dodatnu karakterizaciju nastalih površinskih slojeva korištena je računalna analiza kojom je razjašnjen utjecaj kisikovog atoma na usmjeravanje molekula prema površini, te je potvrđen presudan utjecaj Londonovih disperzijskih interakcija između diamantoidnih kaveza na samoorganizaciju adsorbiranih molekula. Analiza difrakcijom rendgenskog zračenja i diferencijalnom pretražnom kalorimetrijom potvrdila je postojanje faznih transformacija diamantoidnih etera u čvrstom stanju. In the scope of this thesis, new tertiary diamondoid ethers consisting of adamantane and diamantane subunits directly connected by an oxygen atom were prepared. In addition to classical synthesis in solution/melt, mechanochemical synthesis was also carried out, which showed numerous advantages compared to classical synthesis. The self-organization of the newly prepared compounds in 2D and 3D space was investigated using the technique of scanning tunneling microscopy, the technique of helium nanodroplets and the technique of single crystal X-ray diffraction. Ordered self-assembly of diamondoid ethers was observed, whereby the manner of self-organization was a consequence of the initial geometrical structures of the investigated molecules and the process was governed by spatial intermolecular interactions. For additional characterization of the formed surface layers, computational analysis was used in order to clarify the influence of oxygen atoms on the orientation of molecules with respect to the surface, while London dispersion interactions between diamondoid cages were confirmed as a driving force for the self-organization of the adsorbed molecules. X-ray diffraction and differential scanning calorimetry analyses confirmed the existence of phase transformations of diamondoid ethers in the solid state.

Nafte se mogu vrednovati prema stabilnosti. Jedno od važnijih svojstava nafti je aromatičnost pojedinih komponenti u njezinom sastavu. Cilj ovog rada bio je istražiti međuovisnost aromatičnosti i stabilnosti uzoraka sirovih nafti. U ovom su radu primjenom spektroskopije NMR okarakterizirane sirove nafte različitog geografskog podrijetla te klasificirane prema vrijednostima relativne gustoće °API. Utvrđeno je da nafte s većim sadržajem asfaltena imaju manje vrijednosti °API. Istraživanjem povezanosti intrinzične stabilnosti nafte i udjela aromatskih vodika (aromatičnosti) iz spektara 1H NMR, utvrđeno je da uzorci manje aromatičnosti pokazuju veću intrinzičnu stabilnost. Određeni su maseni udjeli asfaltena te difuzijski koeficijenti, koji su poslužili za procjenu hidrodinamičkih radijusa i molekulskih masa komponenti u uzorku. Rezultati dobiveni taložnom titracijom i spektroskopskim metodama kombinirani su sa statističkim metodama, multivarijatnom linearnom regresijom i strojnim učenjem te je razvijen potpuno novi model za predviđanje stabilnosti nafti s iznimno dobrim faktorom korelacije za ovakve smjese. Crude oils can be classified according to their stability. The aromaticity of crude oil is one of the most important properties of oil samples. The aim of this dissertation was to investigate the correlation between the aromaticity of crude oil and the stability of crude oil samples. In this work, crude oils from different geographical origins were characterized using NMR spectroscopy and classified according to °API values. It has been shown that crude oils with a higher percentage of asphaltene have lower °API values. When investigating the correlation between the intrinsic stability of crude oil and the content of aromatic hydrogens (aromaticity) using 1H NMR, it was found that samples with lower crude oil aromaticity have higher intrinsic stability. The mass content of asphaltene and the diffusion coefficients were determined and used to estimate the hydrodynamic radii and the molecular masses. The results obtained by precipitation titration and spectroscopic methods were combined with statistical methods, multivariate linear regression and machine learning to develop a completely new model for predicting oxidation stability with an extremely good correlation factor for such mixtures.

Inhibicija butirilkolinesteraze (BChE) predstavlja novi, obećavajući pristup liječenju Alzheimerove bolesti (AB). U sklopu ove disertacije dizajnirani su i sintetizirani biskarbamati s različito supstituiranim atomima dušika karbamatnih skupina i 1-hidroksi-2-aminoetilnog lanca. Za 25 biskarbamata određena je sposobnost inhibicije ljudske BChE i acetilkolinesteraze (AChE), procijenjena je sposobnost prelaska krvno-moždane barijere pasivnim transportom, in vitro toksičnost prema jetrenim, bubrežnim i živčanim stanicama te sposobnost kelatiranja biometala Cu2+ , Zn2+ i Fe2+ . Svi ispitivani biskarbamati pokazali su vremenski ovisnu inhibiciju s konstantama brzine inhibicije od 103 − 106 mol-1 dm3 min-1 i općenito većom selektivnošću prema BChE u odnosu na AChE. Za tri biskarbamata utvrđena je mogućnost prolaska krvnomoždane barijere pasivnim transportom, dok je za njih devet ta sposobnost ograničena. Većina biskarbamata nije pokazala citotoksični učinak prema odabranim staničnim linijama, dok su svi pokazali sposobnost kelatiranja najmanje jednog od ispitanih iona biometala. Radi visoke BChE selektivnosti, netoksičnosti, sposobnosti kelatiranja biometala i prolaska krvno-moždane barijere, za daljnji razvoj kao lijekova za liječenje kasnijih stadija AB istaknula su se tri spoja (3, 9 i 26). Inhibition of butyrylcholinesterase (BChE) represents a new, promising approach to the treatment of Alzheimer's disease (AD). As part of this dissertation, biscarbamates with different substituted nitrogens of carbamate groups and 1-hydroxy-2-aminoethyl chain were designed and synthesized. For 25 biscarbamates, the ability to inhibit human BChE and acetylcholinesterase (AChE) was determined, the ability to cross the blood-brain barrier (BBB) by passive transport, in vitro toxicity to liver, kidney and neural cells and the ability to chelate biometals Cu2+, Zn2+ and Fe2+ were evaluated. All of the tested biscarbamates showed a timedependent inhibition with inhibition rate constants in 103 − 106 mol-1 dm3 min-1 range with a generally higher preference for BChE compared to AChE. For three biscarbamates it was found that they should be able to cross the BBB by passive transport, while this ability was limited for nine biscarbamates. Most of the biscarbamates did not show a cytotoxic effect against the selected cell lines. All of the biscarbamates were shown to have the ability to chelate at least one of the biometals. Due to the high BChE selectivity, non-toxicity, ability to chelate biometals and pass the BBB, three compounds (3, 9 and 26) were pointed out for further development as drugs for the treatment of later stages of AD.

Hematit (α-Fe2O3) najstabilniji je željezov oksid i važan mineral u prirodi. Zbog otpornosti na koroziju, netoksičnosti te niske cijene sinteze poželjan je materijal za različite tehnološke primjene (pigmenti, katalizatori, fotokatalizatori, fotoelektrode, elektrode za Li-ionske baterije, senzori za plinove, itd.). Svojstva uzoraka hematita i njihovi učinci u navedenim primjenama jako su ovisni o veličini i obliku čestica (morfologiji), kao i o ugradnji kationa drugih metala (Mn+) u kristalnu strukturu umjesto kationa željeza (Fe3+). Jednodimenzijske (1D) nanočestice metalnih oksida intenzivno se istražuju u zadnje vrijeme zbog svojih specifičnih fizičko-kemijskih svojstava koja mogu biti značajno poboljšana u odnosu na čestice drugih oblika. U ovom doktorskom radu priređene su 1D nanočestice hematita u prisutnosti kationa drugih metala te je istražen utjecaj tih kationa na njihovo nastajanje i strukturu te na magnetska, optička, fotokatalitička i elektrokatalitička svojstva Hematite (α-Fe2O3) is the most stable iron oxide and an important natural mineral. Due to corrosion resistance, nontoxicity, and low price of synthesis it is a desirable material for different technological applications (pigments, catalysts, photocatalysts, photoelectrodes, Li-ion battery electrodes, gas sensors, etc.). Properties of hematite samples strongly depend on morphology (particle size and shape), as well as on incorporation of other metal cations (Mn+) in the crystal structure in the place of iron cations (Fe3+). One-dimensional (1D) metal oxide nanoparticles have been intensely investigated recently due to their specific physico-chemical properties which can be significantly enhanced compared to particles of other shapes. In the present work, 1D hematite nanoparticles were synthesized in the presence of different metal cations and the influence of these cations on their formation, structure, magnetic, optical, photocatalytic and electrocatalytic properties were investigated.

Sposobnost butirilkolinesteraze (BChE) da vezanjem organofosfornih (OP) spojeva snižava njihovu koncentraciju u organizmu i time sprječava inhibiciju acetilkolinesteraze (AChE) predstavlja novi temelj terapije kod otrovanja ovim spojevima. Budući da za reaktivaciju BChE još uvijek nije pronađen učinkovit oksim, cilj ovog istraživanja bio je ispitati učinkovitost i strukturne karakteristike dvaju različitih skupina oksima u reaktivaciji BChE fosfilirane različitim organofosfatima koristeći in silico i in vitro pristup. Od 123 spojeva 1-heksil-2- ((hidroksiimino)metil) piridinijev oksim pokazao se najučinkovitijim reaktivatorom fosfilirane BChE, posebice u slučaju inhibicije ciklosarinom. Molekulskim modeliranjem pokazano je njegovo povoljno pozicioniranje u blizini fosfoniliranog katalitičkog serina uz stabilizaciju hidrofobnim interakcijama s Trp82 što omogućuje brzu nukleofilnu supstituciju fosfilne skupine s serina. Pseudokatalitički par ovog oksima i BChE u ex vivo uvjetima razgradio je stostruki suvišak ciklosarina uz povrat 70 % katalitičke aktivnosti kolinesteraza unutar 2 minute. Zaključno, pentil/heksil-temeljeni monopiridinijevi oksimi pokazali su se kao perspektivni strukturni motiv za daljnji razvoj oksima i terapije u kojoj bi učinkoviti reaktivatori s BChE omogućavali pseudokatalitičku degradaciju OP toksina u krvi. The ability of butyrylcholinesterase (BChE) to bind organophosphorus (OP) compounds lowering their concentration in the body and preventing the inhibition of acetylcholinesterase (AChE) represents a new basis for therapy in OP poisoning. Since no effective oxime has yet been found for the reactivation of BChE, the aim of this research was to examine efficiency and structural characteristics of two different oxime groups in the reactivation of BChE phosphorylated with different organophosphates using in silico and in vitro approaches. Out of 123 compounds, 1-hexyl-2-((hydroxyimino)methyl) pyridinium oxime proved to be the most effective reactivator of phosphorylated BChE, especially in the case of cyclosarin inhibition. Molecular modeling showed its favorable positioning near the phosphonylated catalytic serine stabilized by hydrophobic interactions with Trp82, which enables rapid nucleophilic substitution of the phosphyl group from serine. Pseudocatalytic pair of this oxime and BChE in ex vivo conditions degraded a hundredfold excess of cyclosarin with 70 % recovery of cholinesterase catalytic activity within 2 minutes. In conclusion, pentyl/hexyl-based monopyridinium oximes proved to be a promising structural motif for further development of oximes and therapy in which effective BChE reactivators would enable pseudocatalytic degradation of OP toxins in the blood.

U okviru ove doktorske disertacije razvijena je prva totalna sinteza marinoaziridina B, metiliranog derivata marinoaziridina A te njihovih strukturnih derivata. Kvantno-kemijskim izračunima primjenom DFT funkcionala B3LYP uz korištenje baznog skupa 6-311++G(d,p) optimizirane su strukture marinoaziridina A i B, te je ispitan solvatacijski utjecaj (kloroform) na ravnotežu para tautomera kinolin-2(1H)-ona u strukturi marinoaziridina A i B. Razvijena je enantioselektivna metoda za razdvajanje enantiomera marinoepoksida i marinoaziridina na polisaharidnim kiralnim nepokretnim fazama utemeljenim na derivatima amiloze i celuloze primjenom visokodjelotvorne tekućinske kromatografije i superkritične fluidne kromatografije. Apsolutna konfiguracija uspješno je određena primjenom računskih i kirooptičkih metoda (elektronski cirkularni dikroizam, ECD i vibracijski cirkularni dikroizam, VCD). Biološka ispitivanja marinoaziridina i odabranih derivata provedena su na tri stanične linije (MCF-7 rak dojke, H-460 rak pluća i HEK293T embrionalnog bubrega) te na bakterijskim kulturama Escherichia Coli i Staphylococcus aureus. Toksikološka ispitivanja načinjena su primjenom testa na embrijima zebra ribica. Within this dissertation, the total synthesis of marinoaziridine B, the methylated derivative of marinoaziridine A and their structural derivatives was developed for the first time. The structures of marinoaziridines A and B were optimized by quantum-chemical calculations using the DFT functional B3LYP with the use of the 6-311++G(d,p) basis set, and the solvation effect (chloroform) on the equilibrium of the tautomeric pairs of quinolin-2(1H)-on was examined. An enantioselective method was developed for the separation of enantiomers of marinoepoxide and marinoaziridine on polysaccharide chiral stationary phases based on amylose and cellulose derivatives using high performance liquid chromatography and supercritical fluid chromatography. The absolute configuration was successfully determined using computational and chiroptical methods (electronic circular dichroism, ECD and vibrational circular dichroism, VCD). Biological tests of marinoaziridine and selected derivatives were performed on three cell lines (MCF-7 breast cancer, H-460 lung cancer and HEK293T embryonic kidney) and on bacterial cultures of Escherichia Coli and Staphylococcus aureus. Toxicological tests were performed using a test on zebrafish embryos.

Ova doktorska disertacija temelji se na istraživanju (i) diskretnih i metalocikličkih spojeva, koordinacijskih polimera MoVI s nikotinhidrazonskim ligandima, (ii) soli, solvata i kokristala koordinacijskih spojeva MoVI s izonikotinhidrazonskim ligandima, (iii) organsko-anorganskih polioksomolibdatnih hibrida, i konačno (iv) metalosupramolekulskih spojeva temeljenih na različitim supstituentima i hidrazidnim komponentama liganda. Opisani su čimbenici koji utječu na njihovo nastajanje, specifični uvjeti pri kojima dolazi do nastajanja različitih izomera ili polimorfa kao i strukturne transformacije u čvrstom stanju i u otopini. Naglasak je dan na strukturnu raznolikost navedenih spojeva s obzirom na (i) protonaciju i deprotonaciju liganda, (ii) kristalizaciju različitih polimorfa; (iii) zamjenu liganada; (iv) procese samoudruživanja i kristalni rast; (v) reakcije transmetalacije i (vi) zamjene aniona. Dobiveno je 64 novih spojeva te su karakterizirani na temelju kemijske analize, difrakcijom rendgenskog zračenja na polikristalnom uzorku te spektroskopskim i termičkim metodama, a 55 spojeva identificirano je na temelju difrakcije rendgenskog zračenja na jediničnom kristalu. This doctoral thesis is based on the research of (i) MoVI discrete, metallocyclic compounds and coordination polymers with nicotinic hydrazone ligands, (ii) salts, solvates, and co-crystals of MoVI coordination compounds with isonicotinhydrazone ligands, (iii) organic-inorganic polyoxomolybdate hybrids, and finally (iv) metallosupramolecular architectures based on different ligand substituents and hydrazide components. The factors that influence their formation, specific conditions that lead to the formation of different isomers or polymorphs, as well as structural transformations in the solid state and solution, are described. Emphasis is given on the structural diversity concerning (i) the ligand protonation and deprotonation, (ii) crystallization of different polymorphs, (iii) substitutions of ligands, (iv) processes of selfassociation and crystal growth, (v) transmetalation reactions and (vi) anion exchange. 64 new compounds were obtained and characterized by chemical analysis, powder X-ray diffraction, spectroscopic and thermal methods, and 55 monocrystalline samples were identified by the single crystal X-ray diffraction method.

Li-ionski galvanski članak je složen sustav pretvorbe i pohrane energije i kao takav predmet je mnogih istraživanja s ciljem upoznavanja mehanizma litijacije i unaprjeđenja elektrokemijskih značajki. U ovom radu istraživani su anodni materijali na bazi silicija za primjenu u Li-ionskim galvanskim člancima. Sintetizirani nanostrukturirani materijali karakterizirani su morfološki i strukturno. Isti materijali ispitani su kao elektrodni materijali za Li-ionske galvanske članke testirane u obliku dvoelektrodne ćelije posebno dizajnirane i izrađene u Laboratoriju za molekulsku fiziku i sinteze novih materijala. Uzorak „saćastog“ poroznog silicija dodatno unaprijeđenog srebrovim nanočesticama pokazao je superiorna elektrokemijska svojstva visokog kapaciteta od 3333 mAh g^−1 pri 0,067 A g^−1 i 2400 mAh g^−1 pri 0,2 A g^−1. U svrhu optimiranja pripravljene su elektrode u tri različite debljine: 20, 40 i 60 μm. Metodom elektrokemijske impedancijske spektroskopije (EIS) detaljno je ispitan mehanizam vezanja Li+ iona kojom se pokazalo da je u slučaju tanjih slojeva interkalacija olakšana. Nadalje, kako bi se povećao broj ciklusa punjenja i pražnjenja, elektrolit je unaprijeđen dodatkom fluoretilen karbonata (FEC) čime je postignuto da nakon 60 ciklusa inicijalni kapacitet padne na 50 % vrijednosti, dok bez dodatka elektrolitu kapacitet već nakon 10 ciklusa padne na 20 % inicijalnog kapaciteta. In situ Ramanovom spektroskopijom praćen je proces litijacije u ovisnosti o potencijalu i vremenu čime je potvrđena promjena u morfologiji kristalnog silicija kao i stvaranje krute elektrolitne faze (SEI). Ovaj rad daje detaljan pregled cijelog procesa od priprave do testiranja materijala galvanskih članaka i umnogome pridonosi razumijevanju mehanizama vezanja i otpuštanja litijevih iona u strukturu poroznog silicija. The lithium-ion (Li-ion) cell is a complex energy conversion and storage system that has been the subject of many studies investigating the lithiation mechanism and improving its electrochemical properties. In this work, silicon-based anode materials were investigated for use in Li-ion cells. Prepared electrodes were tested as electrode materials for Li-ion cells in the form of two-electrode cell specially designed and made in our laboratory. A sample of “honeycomb” porous silicon, enhanced with silver nanoparticles, showed excellent electrochemical properties with a capacity of 3333 mAh g^−1 at 0.067 A g^−1 and 2400 mAh g^−1 at 0.2 A g^−1. To optimize the electrodes, we prepared three different electrode thicknesses: 20, 40 and 60 μm. Using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), we investigated the intercalation mechanism of Li+ ions in detail and found that diffusion is facilitated for thinner films. To increase the number of charge and discharge cycles, we improved the electrolyte by adding fluoroethylene carbonate (FEC), which resulted in the capacity fading to 50 % of the initial capacity after 60 cycles, while without the addition of FEC the capacity dropped to 20 % of the initial capacity after 10 cycles. Using in situ Raman spectroscopy, we studied the evolution lithiation as a function of potential and time, which confirmed the change in morphology of the crystalline silicon and formation of a solid electrolyte phase (SEI). This work provides a detailed overview of the entire process from preparation to testing of galvanic cell materials and contributes significantly to the understanding of the mechanisms of alloying and dealloying lithium ions into the structure of porous silicon.

Izoleucil-tRNA-sintetaza (IleRS) katalizira nastajanje Ile-tRNAIle za ribosomsku biosintezu proteina. Postoje dva tipa IleRS, pri čemu bakterije mogu koristiti ili IleRS1 ili IleRS2 kao jedini enzim. Mala grupa organizama porodice Bacillaceae u genomu sadrži gene za obje IleRS. Rezultati ove disertacije pokazali su da iako IleRS2 omogućuje bakteriji visoku rezistenciju na mupirocin, bakterije roda Bacillus koriste isključivo IleRS1 kao glavnu sintetazu, a IleRS2 ponekad kao dodatni protein. U skladu s tim, IleRS1 je konstitutivno eksprimirana, dok je ekspresija IleRS2 inducirana mupirocinom. Između dvije IleRS bakterije Bacillus megaterium nema razlike u mehanizmima kojima se osigurava točnost sinteze Ile-tRNAIle, ali postoji razlika u brzini aminoacilacije. Sporija sinteza Ile-tRNAIle kod IleRS2 moguće je posljedica značajnije mupirocinske rezistencije u odnosu na IleRS1. Rezultati sugeriraju kako bakterije roda Bacillus koriste IleRS1 kao glavnu sintetazu prvenstveno kako bi zadovoljile potrebu za brzom translacijom i staničnom diobom što im osigurava kompetitivnu prednost u okolišu s ostalim bakterijama koje se brzo dijele. Isoleucyl-tRNA synthetase (IleRS) catalyses the formation of Ile-tRNAIle for ribosomal protein biosynthesis. Two types of IleRS exist, and bacteria can use either IleRS1 or IleRS2 as a sole housekeeping enzyme. However, a small group of organisms within family Bacillaceae have both ileS genes in their genome. This dissertation unravelled that although IleRS2 provides bacteria with a mupirocion resistance, bacteria of the genus Bacillus use exclusively IleRS1 as the main enzyme, and sometimes additionaly add IleRS2. Accordingly, IleRS1 is constitutively expressed, while IleRS2 expression is induced by mupirocin. The two IleRSs from Bacillus megaterium showed no differences in the mechanisms that ensure the accuracy of Ile-tRNAIle synthesis, but there is a difference in aminoacylation speed. The slower synthesis of Ile-tRNAIle by IleRS2 may be a consequence of mupirocin resistance found in IleRS2 compared to IleRS1. The results suggest that bacteria of the genus Bacillus use IleRS1 as the main enzyme primarily to satisfy the need for fast translation and cellular division ensuring competitive advantage in the environment with other fast-growing bacteria.

U ovom radu razvijen je postupak određivanja sadržaja selenija i odabranih elemenata u osamdeset i sedam različitih uzoraka biljnih dodataka prehrani koji su prikupljeni na hrvatskom tržištu u obliku kapsula, praha, džema ili tekućine. Metodom elektrotermičke atomske apsorpcije uz hvatanje in situ razvijenog hidrida na iridijem obloženoj grafitoj kiveti (HG-ETAAS) izmjerene su koncentracije selenija. Primjenom spektrometrije masa uz induktivno spregnutu plazmu (ICP-MS) izmjereni su sadržaji dvadeset i četiri elementa (Se, Al, As, B, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, Pb, Sb, Sr, Tl, V, Zn) u svim uzorcima. Mjerne sposobnosti dvije metode nisu se značajno razlikovale i obje metode jednako ispunjavaju zahtjeve za određivanje sadržaja selenija u biljnim dodatcima prehrani. Multivarijatnim statističkim alatima, analizom glavnih komponenata (PCA) i hijerarhijskom analizom klastera (HCA), klasificirani su dobiveni elementni profili i omogućena je vizualizacija i korelacija specifičnih elementnih profila ispitivanih uzoraka. Iz dobivenih elementnih profila potvrđeni su posebni utjecaji botaničkih, okolišnih i/ili proizvodnih uvjeta na elementni profil biljnih dodataka prehrani. In this work, the determination of selenium and selected elements in eighty-seven different herbal dietary supplements present at Croatian market in the forms of capsules, powder, tablets, jams, and liquors were analyzed. Electrothermal atomic absorption was applied with in situ trapping of generated hydride on iridium coated graphite cuvette (HG-ETAAS) for the determination of selenium. By inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS), the twenty-four elements (Se, Al, As, B, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, Pb, Sb, Sr, Tl, V, Zn) were determined in all samples. Measurement capabilities of both methods were not significantly different and both methods are applicable for selenium analysis in herbal dietary supplements. By using multivariate statistical tools, principal component analysis (PCA) and hierarchical cluster analysis (HCA), elemental profiles of samples were classified. This allowed visualization and correlation of specific elemental profiles of examined samples. Distinctive features of herbal dietary supplements with peculiar influences of botanical, environmental and/or production conditions on their elemental profile were highlighted.

U okviru ove doktorske disertacije pripravljeni su, te eksperimentalnim i teorijskim metodama istraženi, novi ferocenski derivati različito supstituiranih purinskih nukleobaza s karbonilnom poveznicom između heterocikličkog i organometalnog dijela. Ferocenoil-purinski derivati 1-31 pripravljeni su reakcijom između purinskog aniona i ferocenoil-klorida pri čemu su, ovisno o C6 ili C2 supstituentima na nukleobazi, nastali N7 i N9 regioizomeri, ili isključivo N9 produkti. Pripravljeni su spojevi karakterizirani spektroskopskim i elektrokemijskim metodama (NMR, IR, UV-Vis, CV i SWV) te spektrometrijom masa (MS), ispitano je njihovo in vitro citotoksično djelovanje na L929 staničnim linijama i na humanim tumorskim staničnim linijama (A549, HepG2, PANC-1, MCF-7) te sposobnost stvaranja ROS-a kao mogućeg mehanizma citotoksičnosti. Teorijskim su pristupom uz upotrebu DFT izračuna opisana fizikalno-kemijska svojstava ferocenskih derivata nukleobaza, definirani su pogodni modeli za opis njihovih elektrokemijskih svojstva,te je objašnjen reakcijski mehanizma njihova nastanka i opisana transacilacija u organskim otapalima. Pripravljeni su spojevi elektrokemijski aktivni i stvaraju ROS acelularno i celularno. Spojevi 11 i 12 pokazali su izraženi citotoksični učinak na svim ispitanim staničnim linijama, a slijede spojevi 3 i 4, dok je spoj 26 selektivno citotoksičan za HepG2 stanice. Rezultati ovog istraživanja dobiveni povezivanjem eksperimentalnog i teorijskog pristupa, proširuju spektar pripravljenih i ispitanih redoks aktivnih ferocenoil-purinskih spojeva kao potencijalnih citostatskih agenasa. In the framework of this doctoral dissertation, new ferrocene derivatives containing variously substituted purine nucleobases with a carbonyl bond between the two parts were prepared and investigated by the experimental and theoretical methods. Ferrocenoyl-purine derivatives 1-31 were prepared by nucleophilic substitution reaction on the carbon atom of the carbonyl group of ferrocenoyl-chloride with purine nucleobase anion generated by the deprotonation with a strong base. Regioselectivity and regiospecificity of reaction were strongly influenced by the C6 or C6, C2 substituents of the purine ring. The compounds were characterized by spectroscopic, spectrometric, and electrochemical methods (NMR, IR, UV-Vis, MS, CV and SWV) and screened in an in vitro cytotoxic assay against L929 cell lines and human cancer cell lines (A549, HepG2, PANC-1, MCF-7). The ability to generate ROS was measured as a possible mechanism of cytotoxic action. Using a theoretical approach by the means of DFT calculations, the physicochemical properties of ferrocene-nucleobase derivatives were predicted and described, the reaction mechanism of their formation was resolved as well as the transacylation in DMSO. Prepared compounds showed to be electrochemically active and form ROS in both acellular and cellular media. Compounds 11 and 12 showed enhanced cytotoxic effect against all tested cell lines, followed by compounds 3 and 4, while compound 26 showed selective cytotoxic effect against HepG2 cell line. The results of this study obtained by combination of experimental and theoretical approaches, expand the range of prepared and tested redox active ferrocenoyl-purine compounds as potential cytostatic agents.

Tunneling is a quantum mechanical effect in which wavepacket passes through regions which are classically inaccessible, due to the insufficient energy of the system. Tunneling causes splitting of the vibrational levels in systems which possess several symmetry-related minima. Modelling of tunneling effect using quantum mechanical methods is extremely challenging due to its sensitivity on the potential’s and wavefunction’s shapes. Instanton theory is a semiclassical method known to provide a good description of tunneling in the ground vibrational state. The goal of this thesis is to develop and improve instanton theory so that it can be applied to vibrationally excited states, systems with asymmetric potential energy wells and used with ab initio potentials. Additionally, the goal is to apply the developed theory to compute tunneling splittings in malonaldehyde and small water clusters, as well as on the molecules in which a part of identical atoms is substituted with different isotopes. Tuneliranje je kvantnomehanički efekt prolaska valnog paketa kroz regije u prostoru u kojima prema klasičnoj mehanici takav prolazak ne bi bio moguć zbog nedovoljne energije sustava. Tuneliranje uzrokuje pojavu cijepanja vibracijskih nivoa u sustavima koji sadrže nekoliko simetrijski povezanih minimuma. Modeliranje tuneliranja kvantnomehaničkim metodama izn- imno je teško zbog velike osjetljivosti na potencijal i oblik valne funkcije. Teorija instantona je poluklasična metoda koja pruža dobar opis tuneliranjem uzrokovanog cijepanja vibracijskih stanja za osnovno vibracijsko i rotacijsko stanje molekula. Cilj ove disertacije je razviti i poboljšati teoriju instantona kako bi bila primjenjiva na pobuđena vibracijska i rotacijska stanja, sustave s asimetričnim potencijalnim jamama te ab initio potencijale. Dodatno, cilj je primijeniti razvijenu metodu kako bi se opisalo tuneliranjem uzrokovano cijepanje u molekuli malonaldehida, malih grozdovima vode te djelomično izotopno supstituiranim sustavima.

Polinezasićene masne kiseline u sastavu stanične membrane iznimno su podložne lipidnoj peroksidaciji zahvaljujući velikom broju dvostrukih veza. Lipidna peroksidacija podrazumijeva oksidativnu razgradnju lipida induciranu slobodnim radikalima te rezultira oštećenjem membrane. Smatra se da lipidna peroksidacija ima ulogu u razvoju velikog broja bolesti. Flavonoidi, prirodni polifenolni antioksidansi, istražuju se kao potencijalni lijekovi za mnoge bolesti uzrokovane oksidativnim stresom. Međutim, njihova primjenjivost ograničena je slabom topljivošću u vodenim medijima i nestabilnošću u fiziološkim uvjetima. Navedeni problem moguće je riješiti ugradnjom flavonoida u nanonosače. Zahvaljujući specifičnim magnetskim svojstvima, kao nanonosači se posebno ističu superparamagnetske nanočestice. U sklopu ove doktorske disertacije istražena je interakcija lipida i flavonoida te je uočeno da tri strukturno različita flavonoida štite cjelovitost membrane tijekom lipidne peroksidacije. Nadalje, pripravljeni su nanonosači sa superparamagnetskim svojstvima. Pokazano je da upotreba vanjskog magnetskog polja poboljšava otpuštanje flavonoida iz nanočestica. Polyunsaturated fatty acids, which are abundant in cell membranes, are susceptible to lipid peroxidation due to the large number of double bonds. Lipid peroxidation is oxidative degradation of lipids induced by free radicals which results in membrane damage. It has been correlated with numerous diseases. Flavonoids, natural polyphenolic antioxidants, are being investigated as potential therapeutics. However, their applicability is limited by poor solubility in aqueous media and instability under physiological conditions. One possible solution for the aforementioned problem is incorporation of flavonoids into nanocarriers, among which superparamagnetic nanocarriers stand out due to their exceptional magnetic properties. Within this doctoral dissertations, interaction between lipids and flavonoids has been investigated and it has been shown that three structurally different flavonoids exhibit protective behaviour of the membrane upon initiated lipid peroxidation. Moreover, superparamagnetic nanoparticles were prepared and used as nanocarriers. Drug release was improved with use of an external magnetic field.

Within this thesis, solid-state reaction medium and mechanochemical methodologies were explored to unveil weather nucleobases can self-assemble and amino acids can oligomerize under these conditions. X-ray diffraction and differential scanning calorimetry analysis showed that 2,6-diaminopurine (D) selectively self-assembles with uracil (U) and thymine (T), while adenine (A) self-assembles with hypoxanthine (H). Crystal structures of D-U cocrystal hydrate, D-T cocrystal hydrate, D-T cocrystal anhydrate, A-H cocrystal hydrate, and A-H cocrystal anhydrate were determined from powder X-ray diffraction and single-crystal X-ray diffraction data. Ion-pairing high performance liquid chromatography and mass spectrometry analysis showed that glycine and alanine undergo oligomerization by mechanical activation. Based on the results, it can be concluded that minerals as additives, time, mechanical loading, and temperature are all important parameters for the mechanochemical prebiotic peptide synthesis. In summary, solid-state reactivity of nucleobases and amino acids might have been an important factor in their prebiotic chemical evolution. U ovoj doktorskoj disertaciji koristili smo čvrsto stanje kao reakcijski medij i mehanokemijske metodologije da bismo istražili dolazi li do prepoznavanja nukleobaza i oligomerizacije aminokiselina u tim uvjetima. Analiza difrakcijom rentgenskog zračenja i diferencijalnom pretražnom kalorimetrijom pokazala je selektivno molekulsko prepoznavanje 2,6- diaminopurina (D) s uracilom (U) i timinom (T), kao i adenina (A) s hipoksantinom (H). Riješene su kristalne strukture D-U kokristalnog hidrata, D-T kokristalnog hidrata, D-T kokristalnog anhidrata, A-H kokristalnog hidrata te A-H kokristalnog anhidrata iz podataka difrakcije rentgenskog zračenja. Analiza tekućinskom kromatografijom visoke djelotvornosti i spektrometrijom mase pokazala je da glicin i alanin oligomeriziraju u peptide uslijed mehanokemijske aktivacije. Rezultati su pokazali da su minerali kao aditivi, vrijeme, prenošenje mehaničke energije, i temperatura ključni parametri za mehanokemijsku prebiotičku sintezu peptida. Zaključeno je da je reaktivnost nukleobaza i aminokiselina u čvrstom stanju mogla biti važan faktor u njihovoj prebiotičkoj kemijskoj evoluciji.

The recent developments of ultraviolet light-emitting diodes (UV-LEDs) open up new horizons for advanced oxidation processes (AOPs) for water treatment such as photocatalysis. In this work, the performance of UV-LED-based AOPs for the removal of organic micropollutants (OMPs) in water was investigated in a multitude of scenarios. Initially, the light profiles of a labscale photoreactor were simulated using different UV-LED arrays to investigate light intensity and homogeneity. A design of experiments (DoE) was made to access which variables have more significance for the apparent kinetic rate (kapp) and electrical energy per order consumption (EEO) of the antibiotic ciprofloxacin, and the optimal photoreactor design was defined. The simultaneous and individual degradation of 5 OMPs (all in the EU Watch List of Contaminants of Emerging Concern of 2020) was studied in sub sequential DoEs investigating the significance of numerous parameters (concerning both the photoreactor design and matrix composition) on relevant process outputs. The influence of simultaneous wavelength use on EEO values was investigated. Finally, a transformation product (TP) analysis was carried out to identify which molecules are generated for different scenarios, and their possible correlation with toxicity levels. Results show that a higher light homogeneity inside a cylindrical photoreactor is not necessarily achieved with more LEDs around it. The DoEs gave accurate models to predict outputs. LEDs’ controlled periodic illumination was able to increase kapp values for photocatalytic experiments, but this was not followed by a benefit in EEO. Disparate responses of different OMPs to each situation suggest that the optimized treatment of choice will depend on matrix composition, target pollutant reactivity and required standards of the final effluent. The use of UV-C for photocatalysis is not recommended due to screening effects. The EEO values of photocatalysis remain unfeasible for practical purposes. The use of simultaneous wavelength did not lead to a decrease on EEO values. Nevertheless, improvements can be foreseen due to the unique features of UV-LEDs and their exponential performance enhancements in the last few years, which should have a direct impact on process costs. Transformation products for different reaction scenarios were identified, but their correlations with toxicity remain unclear due to possible synergistic effects and undetected TPs. Klimatske promjene uzrokuju stres na izvorima čiste vode. Sve veći zahtjevi našeg društva u pogledu standarda kvalitete voda potiču razvoj održivih tehnologija za pročišćavanje voda koje će omogućiti razgradnju novih zagađivala (engl. contaminants of emerging concern, CEC), kao što su organska mikrozagađivala (engl. organic micropollutants, OMP). Iako se ovi spojevi nalaze u malim koncentracijama u vodnom okolišu, postoji mogućnost njihove bioakumulacije u okolišu. Akutna i kronična izloženost OMP-ima može uzrokovati štetne, a opet nepredvidive učinke na zdravlje ljudi i drugih živih organizama. Konvencionalni postupci obrade voda nisu u mogućnosti ukloniti te tvari na zadovoljavajući način, budući da su mnoge od njih antropogenog podrijetla (npr. farmaceutski proizvodi i pesticidi) sa sporim putevima biološke razgradnje. Napredni oksidacijski procesi (engl. advanced oxidation process, AOP) moguće su rješenje ovog problema, s obzirom da se tijekom tih procesa generiraju visoko reaktivni radikali, poput hidroksilnih radikala, sposobnih razgraditi OMP-e. AOP-i često zahtijevaju znatnu količinu električne energije ili dodatnih kemikalija. Zbog toga većina njih još uvijek nije praktično primjenjiva. Među AOP-ima, fotokataliza uz TiO2 kao fotokatalizator, privlači veliku znanstvenu pozornost u posljednjih nekoliko desetljeća jer može generirati reaktivne radikale djelovanjem Sunčevog zračenja. Time se omogućava učinkovita obrada vode potaknuta obnovljivom energijom. Ipak, fotokataliza se još uvijek svrstava među energetski najzahtjevnije AOP-e zbog svoje niske fotonske učinkovitosti. Brzi razvoj svjetlećih dioda koje emitiraju ultraljubičasto zračenje (engl. ultraviolet lightemitting diode, UV-LED) stvorio je nove mogućnosti za AOP-e koji se temelje na djelovanju zračenja, kao što je fotokataliza. Jedinstvene značajke UV-LED-a kao što su kontrolirano periodično osvjetljenje (engl. controlled periodic illumination, CPI), karakter točkastog izvora i veliki izbor valnih duljina omogućuju znatno fleksibilniji dizajn reaktora u usporedbi s tradicionalnim UV živinim svjetiljkama. U ovoj je disertaciji istražena izvedba UV-LED AOP-a za uklanjanje OMP-a u vodi u nekoliko različitih scenarija. U prvom koraku dizajn fotoreaktora planiran je primjenom softvera koji omogućava simulaciju optičkih profila i raspodjelu svjetlosti unutar cilindričnog laboratorijskog reaktora (150 mL). Simulirani su intenzitet i homogenost svjetla za različite položaje i brojeve UV-LED traka postavljenih oko reaktora. Također je istražen učinak udaljenosti između LED dioda i stijenki reaktora na profil zračenja. Rezultati su pokazali da, iako se veći svjetlosni fluks i intenzitet zračenja postižu u slučaju kada više LED-dioda okružuje reaktor, homogenija raspodjela svjetlosti nije nužno postignuta s više LED-dioda. Na temelju simulacije korištena su dva identična fotoreaktora izrađena od kvarca. U jednom je na njegove unutarnje stijenke sol-gel postupkom nanesen nanofilm TiO2 za fotokatalitičke eksperimente, dok je drugi reaktor korišten za eksperimente fotolize. Pripremljen je dizajn eksperimenata (DoE) (categorical full factorial design) kako bi se istražio utjecaj 4 varijable na prividnu konstantu brzine reakcije (kapp) i potrošnju električne energije (EEO). Eksperimenti su provedeni s antibiotikom ciprofloksacinom. Promatrane varijable bile su: broj LED-dioda oko reaktora, njihova udaljenost od stijenke reaktora, korištenje CPI i prisutnost TiO2 nanofilma. Temeljem eksperimentalnih rezultata određen je točan model predviđanja utjecaja promatranih varijabli na konstantu brzine reakcije. Rezultati su pokazali da, iako je korištenje većeg broja LED-dioda i primjena CPI povećalo kapp vrijednosti, nije postignut statistički značajan utjecaj na smanjenje vrijednosti EEO. Jedino je prisutnost fotokatalizatora i kraće udaljenosti između LED-dioda i stijenke reaktora utjecalo na smanjenje EEO-vrijednosti. Potvrđeno je da je CPI učinkovito samo u prisutnosti fotokatalizatora, dok ne utječe na razgradnji tijekom fotolize. Odabran je optimalan dizajn s 3 LED-trake oko reaktora udaljene 10 mm od stijenke s obzirom na postignute visoke kapp i niske EEO-vrijednosti. Ovaj dizajn reaktora odgovara simulaciji kojom je postignuta najhomogenija raspodjela svjetlosti unutar reaktora. Koristeći optimalni dizajn reaktora, istražena je razgradnja 5 OMP-a (ciprofloksacin, trimetoprim, sulfametoksazol, venlafaksin i o-desmetilvenlafaksin - svi se nalaze na trenutno vežećem popisu za praćenje), pojedinačno i istovremeno, pri različitim eksperimentalnim uvjetima. S obzirom na različita fizikalno-kemijska svojstva ispitivanih spojeva, postignuti su različiti stupnjevi razgradnje za različite spojeve i različite eksperimentalne uvjete. Dodatak vodikovog peroksida ubrzao je razgradnju pri svim uvjetima, što je i očekivano s obzirom da doprinosi stvaranju više reaktivnih vrsta. Drugi DoE (full-factorial categorical design) napravljen je s ciljem proučavanja utjecaja odabranih varijabli na kapp-vrijednosti za svaki od 5 ispitivanih OMP-a, smanjenje ukupnog organskog ugljika (TOC) i toksičnosti (određena praćenjem inhibicije bioluminiscencije Vibrio fischeri). Odabrane varijable bile su: prisutnost fotokatalizatora, valna duljina svjetlosti, CPI i matrica uzorka vode. Više kapp-vrijednosti dobivene su za UV-A fotokatalizu ili UV-C fotolizu, ovisno o spoju. Iako se kraćim valnim duljinama poput UV-C postiže bolja fotolitička razgradnja, tijekom fotokatalitičke razgradnje fotokatalizator apsorbira to zračenje prije nego dođe do zagađivala stvarajući učinak zasjenjenja (screening). Za neke od proučavanih OMP-ova, ubrzanje razgradnje uslijed djelovanja reaktivnih vrsta generiranih na fotokatalizatoru nije kompenziralo učinak zasjenjenja (screening) te su postignute niže kapp-vrijednosti. Kada je vodovodna voda korištena kao matrica, smanjenje TOC-a je značajno opalo, čime se naglašava važnost predobrade prije AOP-a. Općenito, glavni čimbenik za smanjenje toksičnosti otpadnih voda je uporaba UV-C zračenja u odnosu na UV-A. Veća inhibicija luminiscencije uočena je za UV-A fotokatalizu zbog stvaranja toksičnih produkta razgradnje. Također, određeni su matematički modeli za predviđanje pojedinačnih i kombiniranih utjecaja ispitivanih varijabli na smanjenje TOC-a i toksičnosti. Nadalje, analiziran je utjecaj početne pH-vrijednosti na istovremenu razgradnju 5 OMP-a UV-A fotokatalizom. Općenito, više pH-vrijednosti pogoduju stvaranju reaktivnih vrsta i ubrzavaju razgradnju. Ipak, ionsko stanje svakog ciljanog OMP-a, njegova reaktivnost s generiranim reaktivnim vrstama i afinitet prema TiO2 također utječu na proces razgradnje. Provedena su ispitivanja koja su uključila tvari koje inhibiraju reaktivne vrste (scavengers) kako bi se utvrdili putevi fotokatalitičke razgradnje za svaki od ispitivanih OMP-ova. Treći DoE (response-surface Box-Behnken design) napravljen je kako bi se provjerio utjecaj tvari uobičajeno prisutnih u realnim uzorcima voda (bikarbonati, nitrati i huminske kiseline) na kapp-vrijednost 5 ispitivanih OMP-a UV-A fotokatalizom. I ovdje je uočen različit utjecaj na razgradnju različitih spojeva zbog višestrukih kemijskih interakcija u sustavu. Štoviše, proučavane varijable mogu doprinijeti ili spriječiti razgradnju, ovisno o ciljanom OMP i drugim eksperimentalnim uvjetima. Istražena je istodobna primjena dviju valnih duljina (UV-A i UV-C u kombinaciji) zbog mogućnosti poboljšanja uslijed izlaganja OMP-a različitim valnim duljinama. Međutim, nije postignuto značajno smanjenje EEO -vrijednosti, vjerojatno zato što su odabrane valne duljine bile previše udaljene da bi izazvale sinergijski učinak. Konačno, provedena je analiza uzoraka vode nakon razgradnje primjenom vezanog sustava tekućinske kromatografije (LC) i spektrometrije masa visoke razlučivosti (Orbitrap). Uspješno su identificirani razgradni produkti 3 ciljana OMP-a nastali UV-A fotokatalitičkom razgradnjom. Uspoređeni su razgradni produkti nastali u MQ i vodovodnoj vodi nakon UV-A fotokatalize i UV-C fotolize. Za svaki proces identificirani su različiti razgradni produkti. Nakon UV-A fotokatalize identificirani su isti razgradni produkti za MQ i za vodovodnu vodu, iako u različitim količinama. Molekula niti jednog od detektiranih razgradnih produkata nije bila znatno manja u odnosu na početnu molekulu, što može objasniti povećanje toksičnosti i ukazuje na postojanost ispitivanih OMP-a. Različit stupnjevi razgradnje ispitivanih OMP-a u svakom od ispitanih scenarija sugeriraju da će optimalni postupak obrade ovisiti o sastavu matrice, reaktivnosti ciljanog OMP-a i ciljanom standardu kvalitete konačnog efluenta. EEO-vrijednosti TiO2 fotokatalize uz korištenje UV-LED izvora zračenja su i dalje visoke za praktičnu primjenu. Međutim, u skoroj budućnosti može se očekivati značajno smanjenje potrošnje energije zbog eksponencijalnog poboljšanja svojstava UV-LED izvora zračenja postignutog u posljednjih nekoliko godina. Fotokataliza može biti vrlo učinkovita i pogodna za primjenu u malom mjerilu izravno na mjestu upotrebe u slučajevima kada se zahtijevaju efluenti visoke kvalitete. Pozornost treba obratiti na potencijalne razgradne produkte koji mogu utjecati na povećanje toksičnosti efluenta. El cambio climático causa estrés en las fuentes de agua. Las crecientes demandas de estándares de calidad de nuestra sociedad han estado impulsando el desarrollo de tecnologías sostenibles de tratamiento de agua capaces de degradar compuestos de preocupación emergentes recalcitrantes (en inglés: contaminants of emerging concern, CECs), tales como los microcontaminantes orgánicos (en inglés: organic micropollutants, OMPs). Aunque estos compuestos se encuentran en pequeñas concentraciones en los cuerpos de agua, sí no son removidos adecuadamente, se pueden bioacumular en el medio ambiente. La exposición aguda y crónica a los OMPs puede causar efectos nocivos e impredecibles para la salud de las personas y otros organismos vivos. Los sistemas de potabilización y tratamientos de aguas residuales no son capaces de remover estas sustancias satisfactoriamente, debido a que muchos de ellos son de origen antropogénico (p. ej. productos farmacéuticos y pesticidas) con baja degradabilidad. Los procesos de oxidación avanzada (en inglés, advanced oxidation process, AOPs) son una posible solución a este problema, debido a que pueden generar especies altamente reactivas de oxígeno (en inglés: radical oxygen species, ROS) capaces de degradar los OMPs. Los AOPs a menudo requieren una cantidad considerable de electricidad o productos químicos adicionales. Debido a esto, la mayoría de estos procesos aún son inviables para propósitos prácticos. Entre todas los AOPs, la fotocatálisis basada en el TiO2 ha llamado mucho la atención de la comunidad científica en las últimas décadas, debido a que puede generar ROSs a partir de la luz solar, prometiendo ser un tratamiento de agua eficiente impulsado por energía renovable. Sin embargo, la fotocatálisis aún se encuentra entre los AOPs que más demandan energía debido a su baja eficiencia fotónica. El rápido desarrollo de los diodos emisores de luz ultravioleta (en ingles: ultraviolet lightemitting diodes, UV-LEDsLEDs) abre nuevas posibilidades para los AOPs basados en la luz, tales como la fotocatálisis. Las características únicas de los LEDs de UV tales como iluminación periódica controlada (en inglés: controlled periodic illumination, CPI), el carácter de fuente puntual y la adaptación de la longitud de onda, permiten un diseño de reactor mucho más flexible en comparación con las lámparas UV de mercurio tradicionales. En esta disertación, el desempeño de los AOPs basados en los UV-LEDs para la remoción de OMPs presentes en el agua fueron investigados en una multitud de escenarios. Inicialmente, un diseño de reactor fue realizado con un software capaz de simular los perfiles ópticos y la distribución de luz dentro de un reactor cilíndrico a escala de laboratorio (150 mL). La intensidad y homogeneidad de la luz fue estudiada para configuraciones conteniendo diferentes cantidades de líneas de LEDs UV alrededor del reactor. Los efectos en los perfiles de luz también fueron investigados para variaciones en la distancia entre los LEDs y las paredes del reactor. Los resultados muestran que, aunque se obtienen mayores flujos de luz e irradiación cuando más LEDs se aplican al reactor, no necesariamente se alcanza una distribución más homogénea de la luz cuando más LEDs son usados. Basado en la simulación, dos fotoreactores idénticos hechos de cuarzo fueron usados. En uno de ellos, una nano pelicula de TiO2 fue aplicada en las paredes internas del reactor, usando el método sol-gel, para experimentos fotocatalíticos, mientras el otro reactor fue usado para estudiar la fotólisis. Un diseño de experimentos (en inglés: design of experiments, DoE) categórica factorial completo fue hecho para investigar el impacto de 4 variables en la tasa de la constante cinética aparente (kapp) y en la energía eléctrica por orden de consumo (EEO) para el antibiótico ciprofloxacino, seleccionado con compuesto objetivo. Las variables escogidas fueron el número de LEDs alrededor del reactor; su distancia de las paredes del reactor; el uso de la CPI y la presencia de la nano película de TiO2. Un modelo de predicción preciso fue obtenido. Los resultados mostraron que mientras más LEDs e CPI incrementaron los valores de kapp, la tendencia energética no fue estadísticamente suficiente para convertir esta ganancia en una menor EEO. Solo la presencia de la nano película y menores distancias entre los LEDs y las paredes del reactor fueron capaces de reducir los valores de EEO. Fue confirmado que la CPI solo puede ser efectiva en la presencia de un catalizador, sin ninguna contribución en la degradación durante la fotólisis solamente. Un deseno optimo con 3 líneas de LEDs alrededor del reactor, a una distancia de 10 mm del reactor, fue seleccionado debido a su mayor valor de kapp y menor valor de EEO. Esta elección coincide con la simulación que tuvo la más alta homogeneidad de luz. Usando el DoE, las degradacines individuales y simultáneas de 5 OMPs (ciprofloxacino, trimetoprima, sulfametoxazol, venlafaxina y o-desmetilvenlafaxina – todos actualmente en la lista de observacion de la UE de CECs) fueron investigadas en varias condiciones. Cada compuesto respondió diferentemente a cada tratamiento. La adición de peróxido de hidrógeno mejoró la degradación en todos los escenarios, debido a que contribuye a la formación de más ROS. Un segundo DoE categórico factorial completo fue hecho para estudiar el impacto en el kapp individual para cada uno de los 5 contaminantes objetivo, la disminución del carbono orgánico total (en inglés: total organic carbon, TOC) y la toxicidad (representada por inhibición bioluminiscente en Vibrio fischeri) del efluente. Las variables escogidas fueron la presencia de la nanopelícula, la longitud de onda, CPI y diferentes matrices. Mayores valores de kapp fueron obtenidos para UV-A fotocatálisis o para UV-C fotólisis, dependiendo del compuesto. Aunque longitudes de onda más cortas como UV-C son capaces generar reacciones fotolíticas, la presencia de la nano película absorbe estos rayos antes de que ellos puedan llegar al contaminante. Para alguno de los OMPs estudiados, el incremento en la degradación producida por los ROS generados en la nano película no compensó la obstrucción de fotólisis por UV-C, causando un efecto de apantallamiento que redujo los valores de kapp. Al emplear agua del grifo como matriz, la reducción del TOC cayó considerablemente, destacando la importancia de un efluente limpio y los pretratamientos en el desempeño de los AOPs. En general, el principal factor para reducir la toxicidad de los efluentes fue el uso de luz UV-C en vez de UV-A. Se observó una mayor inhibición para la fotocatálisis UV-A debido a la formación de productos de transformación tóxicos (en inglés: transformation products, TPs) en todos los casos. De nuevo, los modelos matemáticos desarrollados fueron capaces de predecir con precisión todos los resultados basados en los efectos individuales y combinados de las variables escogidas. El impacto del pH inicial en la degradación simultanea de los 5 OMPs por fotocatálisis UV-A fue también analizado. Generalmente, a pH altos se favorece la formación de ROS y se incrementa la degradación. Sin embargo, el estado iónico de cada contaminante, su reactividad respecto a los ROS y su afinidad superficial hacia el TiO2 también influencia el proceso. Un estudio involucrando inhibidores de ROS fue realizado para estimar que rutas fotocatalíticas son prevalentes para cada uno de los OMPs. Se ejecutó un tercer DoE (superficie de respuesta – diseño de Box-Behnken) para verificar el impacto de sustancias comúnmente encontradas en matrices reales (bicarbonatos, nitratos y ácido húmicos) en los valores de kapp de los 5 OMPs por fotocatálisis UV-A. De nuevo, fue evidente que cada contaminante responde diferentemente a cada condición debido a las múltiples interacciones químicas en el sistema. Adicionalmente, las variables estudiadas pueden contribuir o impedir la degradación, dependiendo del contaminante objetivo y de otras condiciones de reacción. El uso simultáneo de UV-A y UV-C fue investigado debido a las posibilidades de mejora generadas por el acoplamiento de las longitudes de onda. Sin embargo, una reducción insignificante de los valores de EEO fue obtenida, posiblemente porque las longitudes de ondas escogidas fueron muy separadas en el espectro, para causar algún tipo de efecto sinérgico o interferencia positiva. Finalmente, un análisis realizado en un LC-.MS de alta resolución (Orbitrap) fue capaz de identificar los TPs de 3 de los contaminantes durante sus degradaciones mediante fotocatálisis UV-A. Se intentó correlacionar la formación de los TPs con los niveles de toxicidad de los efluentes. Las comparaciones fueron hechas entre los TPs obtenidos en dos matrices (MQ y agua de grifo) y bajo distintos tratamientos (fotocatálisis UV-A y fotólisis UV-C). Diferentes TPs fueron obtenidos para cada tratamiento. Mediante fotocatálisis UV-A, se observaron los mismos TPs en MQ y agua de grifo, aunque en diferentes cantidades. Ningún TP detectado fue considerablemente mas pequeño que su respectivo compuestos original. Las respuestas dispares de los OMPs para cada escenario sugieren que el tratamiento óptimo a elegir dependerá de la composición de la matriz, reactividad del contaminante objetivo y de los requerimientos del efluente final. Los valores de EEO de los LEDs UV para la fotocatálisis basada en el TiO2 continúan siendo inviables a efectos prácticos. Sin embargo, una reducción considerable de los costos se puede prever debido al mejoramiento exponencial del desempeño de los LEDs UV en los últimos años. La fotocatálisis puede encontrar su nicho en el punto de uso, en aplicaciones a pequeña escala para objetivos específicos que requieran un efluente de más alta calidad. Se debería prestar atención a los TPs y correlaciones entre ellos y se puede especular la toxicidad del efluente. Sin embargo, para escenarios reales, deberían buscarse soluciones más simples debido al elevado número de variables que pueden influenciar la toxicidad en los cuerpos de agua, y las dificultades de su identificación. El canvi climàtic pot afectar també les fonts d'aigua neta i, per aquesta raó, les creixents exigències dels estàndards de qualitat de la nostra societat han impulsat el desenvolupament de tecnologies sostenibles de tractament d'aigua capaces també de degradar els anomenats contaminants emergents (en anglès: contaminants of emergin concern. CECs) com els microcontaminants orgànics (en anglès: organic micropollutants, OMPs). Tot i que aquests compostos es troben a baixa concentració a les masses d'aigua, si no es degraden adequadament, es poden bioacumular al medi ambient. L'exposició aguda i crònica als OMP pot causar efectes nocius i, a més, imprevisibles per a la salut humana i altres organismes vius. Els tractaments convencionals d'aigües i aigües residuals no son capaços de degradar aquestes substàncies de manera satisfactòria, ja que moltes d'elles són d'origen antròpic (per exemple, productes farmacèutics i pesticides) i sovint amb una biodegradació lenta. Els processos avançats d'oxidació (en anglè: advanced oxidation processes, AOPs) són una possible solució a aquest problema, ja que poden generar espècies radicals d'oxigen (en anglès: radical oxygent species, ROS) altament reactives, capaces de degradar els OMP. Els AOP sovint exigeixen una quantitat considerable d'electricitat o productes químics addicionals. Per això, la majoria d'ells encara són inviables per a finalitats pràctiques. Entre els AOP, la fotocatàlisi basada en TiO2 ha cridat molt l'atenció científica en les últimes dècades, ja que pot generar ROS a partir de la llum solar, prometent un tractament eficient de l'aigua alimentat amb energies renovables. No obstant això, la fotocatàlisi encara no es troba entre les AOP més eficients en termes d'energia a causa de la seva baixa eficiència fotònica. El ràpid desenvolupament dels díodes emissors de llum ultraviolada (en anglès: ultraviolet light-emitting diodes, UV-LEDs) obre noves possibilitats per als AOP basats en la llum, com ara la fotocatàlisi. Les característiques úniques dels LED UV, com la il·luminació periòdica controlada (CPI), el caràcter de font puntual i l'adaptació de la longitud d'ona, permeten dissenys de reactors molt més flexibles en comparació amb les làmpades de mercuri UV tradicionals. En aquesta tesi, es va investigar el rendiment dels AOP basats en UV-LED per a l'eliminació d'OMP a les aigües en una multitud d'escenaris. Inicialment, es va realitzar un disseny d’un fotoreactor amb un programa informàtic capaç de simular els perfils òptics i la distribució de la llum dins d'un reactor cilíndric a escala de laboratori (150 ml). Es va estudiar la intensitat i l'homogeneïtat de la llum per a matrius que contenien diferents quantitats de tires UVLED al voltant del reactor. També es van investigar els efectes sobre el perfil de llum per a diferents distàncies entre els LEDs i les parets del reactor. Els resultats mostren que, tot i que s’obtenen fluxos de llum i irradiància més forts quan més LED envolten el reactor, no necessàriament s’aconsegueix una distribució de la llum més homogènia amb més LED. A partir dels resultats obtinguts amb la simulació, es van utilitzar dos fotoreactors idèntics de quars. En un d'ells, es va afegir un nanofilm de TiO2 a les seves parets interiors per a experiments fotocatalítics mitjançant el mètode sol-gel, mentre que l'altre reactor es va utilitzar per estudiar la fotòlisi. Es va fer un disseny categòric complet d'experiments (en anglès: design of experiments, DoE) per investigar l'impacte de 4 variables sobre la constant cinètica aparent (kapp) i l'energia elèctrica per consum de comanda (EEO) per a l'antibiòtic ciprofloxacina, seleccionat com a compost objectiu. Les variables escollides van ser el nombre de LEDs al voltant del reactor; la seva distància des de les parets del reactor; l'ús de CPI i la presència del nanofilm de TiO2. Es va obtenir un model de predicció precís i els resultats van mostrar que, mentre que l'adopció de més LED i CPI va augmentar els valors de kapp, la compensació energètica no va ser estadísticament suficient per convertir aquest guany en un EEO més baix. Només la presència del nanofilm i les distàncies més curtes entre els LED i les parets del reactor van ser capaços de reduir els valors d'EEO. Es va confirmar que el CPI només pot ser efectiu en presència d'un catalitzador, no contribuint a la degradació només en cas que hi hagi la fotòlisi. Es va seleccionar un disseny òptim amb 3 tires LEDs al voltant del reactor a 10 mm de distància de les parets a causa dels seus alts valors de kapp i baixos de EEO. Aquesta elecció va coincidir amb la simulació que tenia la major homogeneïtat de la llum. Utilitzant el disseny òptim, es va investigar la degradació individual i simultània de 5 OMPs (ciprofloxacina, trimetoprim, sulfametoxazol, venlafaxina i o-desmetilvenlafaxina, tots actualment a la llista de vigilància de CEC de la UE) en diverses condicions. Cada compost va respondre de manera diferent als tractaments. L'addició de peròxid d'hidrogen va millorar la degradació en tots els escenaris, ja que contribueix a la formació de més ROS. Es va fer un segon DoE categòric complet per estudiar l'impacte sobre el kapp individual per a cadascú dels 5 contaminants objectiu, la reducció del carboni orgànic total (en anglès: total orgnaic carbon, TOC) de l'efluent i la toxicitat (representada per la inhibició de la bioluminescència sobre el Vibrio fischeri). Les variables escollides van ser la presència del nanofilm, la longitud d'ona de la llum, el CPI i les diferents matrius. Es van obtenir valors de kapp més alts per a la fotocatàlisi UV-A o la fotòlisi UV-C, depenent del compost. Tot i que les longituds d'ona més curtes com la UV-C són més capaces de reaccions fotolítiques, la presència del nanofilm absorbeix aquests raigs abans que puguin arribar al contaminant. Per a alguns dels OMP estudiats, l'augment de la degradació provocat per les ROS generades al nanofilm no va compensar la menor prestació de la fotòlisi UV-C, provocant un efecte de cribratge que disminueix els valors de kapp. Quan es va utilitzar l'aigua de l'aixeta com a matriu, la reducció del TOC va baixar considerablement, destacant la importància d'un efluent net i dels tractaments previs en el rendiment dels AOP. En general, el principal factor per reduir la toxicitat dels efluents va ser l'ús de llum UV-C en lloc d’ UV-A. Es va observar una inhibició més alta de la fotocatàlisi UV-A a causa de la formació de productes de transformació tòxics (en anglès: transformation products, TPs) en tots els casos. De nou, es van obtenir models matemàtics precisos per predir tots els resultats basats en els efectes individuals i combinats de les variables escollides. Es va analitzar l'impacte del pH inicial sobre la degradació simultània dels 5 OMP mitjançant fotocatàlisi UV-A. En general, els pH més alts afavoreixen la formació de ROS i augmenten la degradació. No obstant això, l'estat iònic de cada contaminant objectiu, la seva reactivitat amb els ROS i l'afinitat superficial amb TiO2 també influeixen en el procés. Es va fer un estudi que implicava compostos que bloquegen l’activitat dels ROS per estimar quines rutes fotocatalítiques prenen preferiblement cadascú dels OMP. Es va fer un tercer DoE (response-surface Box-Behnken) per verificar l'impacte de les substàncies que es troben habitualment en matrius reals (bicarbonats, nitrats i àcids húmics) sobre el valor kapp dels 5 OMP mitjançant fotocatàlisi UV-A. De nou, va ser evident que cada compost respondrà de manera diferent a cada condició a causa de les múltiples interaccions químiques del sistema. A més, les variables estudiades poden contribuir o dificultar la degradació, depenent del contaminant objectiu i de les altres condicions de la reacció. Es va investigar l'ús simultani d’ UV-A i UV-C per verificar les possibilitats de millora que comporta l'acoblament de longituds d'ona. No obstant això, no es va obtenir cap reducció significativa dels valors d'EEO, possiblement perquè les longituds d'ona escollides estaven massa separades a l'espectre per provocar cap efecte de sinergia o interferència positiva. Finalment, amb una anàlisi realitzada en un LC-MS d'alta resolució (Orbitrap) es van poder identificar els TP de 3 contaminants objectiu durant la seva degradació individual per fotocatàlisi UV-A. Es va intentar correlacionar la formació dels TPs amb els nivells de toxicitat dels efluents. Es van fer comparacions entre els TPs obtinguts en dues matrius (MQ i aigua de l'aixeta) sota diferents tractaments (fotocatàlisi UV-A i fotòlisi UV-C). Es van obtenir diferents TP per a cada tractament. Per a la fotocatàlisi UV-A, es van observar els mateixos TP tant per a MQ com per a l'aigua de l'aixeta, encara que en quantitats diferents. Cap TP detectat va ser considerablement més petit en massa que els seus respectius compostos pares. Les respostes dispars dels OMP a cada escenari suggereixen que la selecció del tractament òptim dependrà de la composició de la matriu, la reactivitat del contaminant objectiu i els estàndards requerits de l'efluent final. Els valors EEO de TiO2 / fotocatàlisi basats en UV-LED segueixen sent inviables per a finalitats pràctiques. No obstant això, es pot preveure una reducció considerable dels costos a causa de les millores exponencials de rendiment dels UV-LED en els últims anys. La fotocatàlisi pot trobar el seu nínxol en aplicacions a petita escala i puntuals per complir objectius específics que exigeixen un efluent de major qualitat. Cal prestar atenció als TPs i es poden fer correlacions entre ells i la toxicitat de l'efluent, però en escenaris reals cal cercar solucions més senzilles a causa de la quantitat incomptable de variables que poden influir sobre la toxicitat a les masses d'aigua i les dificultats per identificar analíticament els productes de transformació de manera adequada.

Metodologije priprave kiralnih β,β-diaril ketona temelje se uglavnom na arilacijama 1,4- nezasićenih ketona u prisutnosti kiralnih kompleksa prijelaznih metala kao katalizatora. Iako u većini slučajeva generiraju tercijarni centar kiralnosti na β-ugljikovom atomu, u literaturi postoji nekoliko primjera gdje je moguće pripraviti tetrasupstituirani stereocentar na tom ugljikovom atomu. U sklopu ove disertacije razvijena je organokatalitička metodologija stereoselektivne priprave izoindolinonskih derivata β,β-diaril ketona s jednim kvaternim, odnosno dva vicinalna stereogena centra u prinosima 35‒98 % s visokom enantioselektivnošću (e.r. = 60:40 ‒ >99:1). Na dobivenim su produktima uspješno provedene izabrane transformacijske reakcije bez gubitka optičke čistoće. Methodologies for the enantioselective synthesis of chiral β,β-diaryl ketones are mainly based on the transition metal-catalyzed arylations of 1,4-unsaturated ketones. Most strategies for accessing these compounds yield products with tertiary stereocenters, however, there are several examples in the literature for the contruction of a tetrasubstituted (gem)-diarylalkyl center of chirality. Within this dissertation, an organocatalytic methodology for the stereoselective preparation of isoindolinone-derived β,β-diaryl ketones with one quaternary, and two vicinal stereogenic centers is developed. Products were prepared in 35‒98% yields with high enantioselectivity (e.r. = 60:40 ‒ 99:1). Obtained products successfully underwent postmodification reactions without loss of optical purity.

U ovoj disertaciji istraživani su perovskitni tanki filmovi na bazi formamidinija. Cilj rada je bio istražiti uvjete pripreme formamidinijevih perovskita, odrediti njihova strukturna, optička i električna svojstva te istražiti ulogu polivinilpirolidona kao aditiva kojim bi se postigla njihova okolišna stabilnost. Sinteza perovskitnih tankih filmova proučavana je na staklenim podlogama s ciljem razvijanja optimalnih uvjeta ponovljive sinteze funkcionalnih tankih filmova. Utvrđeni uvjeti sinteze korišteni su za pripremu perovskitnog sloja na tankim filmovima titanijeva dioksida i cinkova oksida s ciljem izrade perovskitnih fotonaponskih ćelija. Eksperimentalno dobivena fotonaponska ćelija korištena je za izradu računalnog modela simulirane fotonaponske ćelije pomoću programa SCAPS 1D. Cilj modeliranja bio je istražiti je li SCAPS prikladan program za simulaciju perovskitnih fotonaposkih ćelija te kroz računalni model procjeniti poluvodička svojstva dobivenog perovskitnog tankog filma. Polivinilpirolidon istražen je kao potencijalni aditiv perovskitnom tankom filmu sa ciljem postizanja stabilnosti filma u okolišnim uvjetima. Istraživani su uvjeti sinteze perovskitnih filmova uz dodatak polivinilpirolidona, njegov utjecaj na morfološka, optička i električna svojstva te je istraživan utjecaj aditiva na parametre fotonaponske ćelije. In this dissertation perovskite thin films based on formamidinium were investigated. The aim was to investigate formamidinium perovskite synthesis conditions, to determine their structural, optic and electronic properties and to investigate the role of polyvinylpirrolidone as an aditive for ambient stabilization of the material. The synthesis of perovskite thin films was investigated on glass substrates with the goal of developing an optimal and reproducible procedure for the preparation of functional thin films. Established synthesis conditions were used for the preparation of perovskite films on titanium dioxide and zinc oxide thin films to prepare perovskite photovoltaic cells. Obtained experimental photovoltaic devices were used to prepare a computer model of a simulated photovoltaic cell by using SCAPS 1D program with the aim to determine if SCAPS is a suitable program for the simulation of perovskite photovoltaic devices and to estimate the semiconducting properties of the perovskite thin film. Polyvinylpirrolidone was investigated as an aditive in the perovskite thin film to achieve the stability of the material in the ambient environment. The investigation included the analysis of synthesis conditions of perovskite films with the addition of polyvinylpirrolidone, its impact on the morphology, optic and electrical properties and its impact on photovoltaic parameters.

Značajan porast bakterijske rezistencije utječe na sve veću potrebu za istraživanjem i razvojem novih antibiotika. U sklopu ovog rada pripravljene su tri nove klase makrozona, konjugata makrolidnog antibiotika azitromicina i tiosemikarbazona. Tiosemikarbazoni su korišteni za kemijsku modifikaciju azitromicina na tri različita položaja. Cilj rada je priprava novih derivata makrolida sa širim spektrom biološke aktivnosti. Pripravljenim spojevima određena je biološka aktivnost in vitro na susceptibilne i rezistentne Gram-pozitivne i Gram-negativne bakterije te su istražene interakcije s biološkim receptorima. Za proučavanje interakcija primijenjena je spektroskopija NMR, cirkularni dikroizam, fluorescencijska spektroskopija i molekulsko modeliranje. Makrozoni su pokazali zadovoljavajuću biološku aktivnost, posebice na neke rezistentne bakterijske sojeve na koje azitromicin nije aktivan. Rezultati dobiveni spektroskopskim metodama i molekulskim modeliranjem ukazuju na odnos strukture i aktivnosti novih derivata azitromicina, što može poslužiti za dizajn i otkriće biaktivnijih derivata makrolida. Owing to a significant increase in bacterial resistance, a high need for discovery and development of new antibiotics has emerged. As part of this work, three novel classes of macrozones, conjugates of macrolide antibiotic azithromycin and thiosemicarbazones, were prepared. Thiosemicarbazones were used to chemically modify azithromycin at three different positions. The aim of this thesis was to prepare compounds with a wider range of biological activity including resistant bacterial strains. In vitro biological activity of the prepared compounds was determined against susceptible and resistant Gram-positive and Gram-negative bacteria, and interactions with biological receptors were investigated. Macrozones showed satisfactory biological activity, especially against some resistant bacterial strains to which azithromycin is inactive. NMR spectroscopy, circular dichroism, fluorescence spectroscopy, and molecular modeling were further used to study interactions of selected compounds with biological targets. The results obtained by spectroscopic methods and molecular modeling indicate a relationship between structure and activity of new azithromycin derivatives, which can be used for design and discovery of more active macrolide derivatives.

abezioza i dilatacijska kardiomiopatija važne su bolesti koje se nalaze u pasa, ali i ljudi. Jedna je od najčešćih komplikacija kod babezioze pasa uzrokovane protozoonom Babesia canis akutna ozljeda bubrega. Drugi je po učestalosti uzrok zatajenja srca u pasa idiopatska dilatacijska kardiomiopatija (iDCM) koja rezultira zatajenjem srca ili iznenadnom srčanom smrću zbog nastanaka aritmije. Svrha je istraživanja bila otkriti promjene u metabolomu seruma i urina pasa s promijenjenom funkcijom bubrega kod babezioze, te u metabolomu plazme pasa s iDCM-om u odnosu na zdrave pse. U istraživanju su primijenjeni neciljani i ciljani metabolomski pristup upotrebom tekućinske kromatografije spregnute sa spektrometrijom masa te metabolomska analiza temeljena na plinskoj kromatografiji spregnutoj sa spektrometrijom masa. U metabolomu seruma i urina pasa s babeziozom otkrivene su promjene povezane s oksidacijskim stresom, upalnim odgovorom domaćina, hipoksijom, anemijom i energetskim metabolizmom. U istraživanju iDCM-a identificirane su promjene u metabolomu plazme pasa i poremećaji u metaboličkim putevima koji su uključeni u razvoj iDCM-a. Babesiosis and dilated cardiomyopathy are important diseases in dogs and humans. Acute kidney injury is one of the most common complications in canine babesiosis caused with protozoa Babesia canis. The second most common cause of heart failure in dogs is idiopathic dilated cardiomyopathy (iDCM), which results in heart failure or sudden cardiac death due to arrhythmia. This study aimed to determine changes in the serum and urine metabolome of dogs with renal failure in babesiosis, and in the plasma metabolome of dogs with iDCM compared to healthy dogs. In this study, we applied an untargeted and targeted metabolomics approach using liquid chromatography coupled to mass spectrometry and gas chromatography coupled to mass spectrometry-based metabolomics. In the serum and urine samples of dogs with babesiosis were found differences associated with oxidative stress, inflammatory host response, hypoxia, anemia, and energy metabolism. We discovered changes in canine plasma metabolome and metabolic pathway disorders involved in the development of iDCM.

Da bi se istražio transport, ponašanje i raspodjela elemenata u sustavu Visovačkoga jezera analizirani su uzorci vode, sedimenata i tla koji su uzeti uzimajući u obzir geomorfološke karakteristike sustava, te dinamiku sezona i promjene protoka. Multielementna analiza napravljena je metodom spektrometrije masa visoke razlučivosti uz induktivno spregnutu plazmu. Razvijena je metoda određivanja manje istraživanih tehnološki-kritičnih elemenata (Ga, Ge, Nb, Te) u krutim okolišnim uzorcima (tla i sediment). Multielementna analiza sedimenata prevladavajućim utjecajem rijeka Krke i Čikole pokazala je značajne razlike u elementnom sastavu geoloških podloga tih rijeka. Procjenom brzine sedimentacije rekonstruirani su antropogeni pritisci koji su sve događali u prošlosti. Sedimenti u blizini nove tvornice vijaka i ispusta otpadnih komunalnih voda u Kninu pokazali su da je to i dalje potencijalni izvor zagađenja rijeke Krke ekotoksičnim elementima, ponajviše Cd, Cr i Zn, čije vrijednosti premašuju razine pri kojima se očekuje toksični učinak. Iako se rijekama Krkom i Čikolom u jezero unose ekotoksični elementi, koncentracije elemenata u sedimentima Visovačkoga jezera su općenito niske, te se taj vodeni sustav može okarakterizirati kao nezagađen ili vrlo slabo zagađen. Analizom prostornih i vremenskih raspodjela ukupnih i otopljenih elemenata u vodi tijekom nekoliko godina utvrđeno je da se pri visokim protocima najviše unose elementi pretežito vezani za čestice, dok pri niskim protocima u ljetnim mjesecima podzemne pritoke rijeke Krke čine znatan udio unosa vode u jezero. Povećane koncentracije antropogenih elemenata (Cr, Cu, Na, Pb, V) izmjerene na lokaciji gdje se Čikola ulijeva u Visovačko jezero ukazuju na antropogeno onečišćenje koje dolazi iz komunalnih voda grada Drniša. Godišnji hidrološki pronosi elemenata pokazali su da se u Visovačkom jezeru djelomično talože elementi vezani za čestice, te da osim rijeka Krke i Čikole postoje dodatni izvori unosa elemenata u jezero. The Krka River is a very clean karst water system characterised by a low level of trace elements of natural origin, which makes this system particularly sensitive to anthropogenic influences. In order to investigate the transport, behaviour and distribution of elements in the Visovac Lake system, sediment, soil and water samples were analysed, taking into account its geomorphological characteristics and the dynamics of seasonal and river flow changes. Multielement analysis was performed by high resolution inductively coupled plasma mass spectrometry technique and a method was developed for the analysis of the less studied technologically critical elements in solid samples. Sediment and water analyses identified the main anthropogenic sources and the main transport pathways of elements into this water system. The history of anthropogenic pollution by metals was reconstructed by analysing dated sediment cores. Although the input of some ecotoxic elements through the Krka and Čikola rivers was identified, their concentrations in the sediments of the Visovac Lake were generally low, so this water system can be classified as unpolluted or low-polluted with respect to metals. The analysis of the spatial and temporal distribution of total and dissolved elements in the water over a period of several years showed that the high discharges bring mainly elements bound to the particles, while during the low discharges in summer the underground tributaries of the Krka (characterised by a different elemental composition) account for a significant proportion of the water entering the lake. Increased concentrations of anthropogenic elements (Cr, Cu, Na, Pb, V) measured at the location where Čikola flows into Visovačko Lake indicate anthropogenic pollution originating from the municipal waters of the town of Drniš. The analysis of the annual hydrological fluxes of elements has shown that elements bound to particles are partially retained in the lake and that there are other sources of elements in Lake Visovac besides the Krka and Čikola rivers.

Sustavno istraživanje polimorfije organskih spojeva, a posebno djelatnih tvari, u fokusu je znanstvenih istraživanja više od 50 godina. Izuzetno su dobro istraženi fizikalni parametri koji utječu i dovode do nastanka polimorfnih formi, te je uspostavljena metodologija njihove identifikacije i karakterizacije. S druge strane, malobrojna su sustavna istraživanja kojima se nastoji spoznati u kojoj mjeri određena onečišćenja imaju utjecaj na nastanak i varijabilnost polimorfnih formi. U nakani da se potvrdi hipoteza da određena onečišćenja ili međuprodukti koji nastaju prilikom priprave djelatnih tvari mogu imati utjecaj na varijabilnost polimorfije, kao modelni spoj odabran je entakapon. Priređena je biblioteka od 11 strukturno sličnih onečišćenja te većina u literaturi opisanih polimorfnih formi entakapona. Nakon toga je provedeno istraživanje u kojem je korištenjem metoda cijepljenja i obogaćenog uzorka ispitan utjecaj vrste i strukture onečišćenja na varijabilnost polimorfije. Ustanovljeno je da je taj utjecaj veći što su spojevi sličnije građe. Na temelju dobivenih podataka potvrđena je osnovna hipoteza ovog rada. Systematic research of polymorphism of organic compounds and especially active substances, has been the focus of scientific research for more than 50 years. The physical parameters that lead to formation of certain polymorphic forms have been well researched and the methodology of identification and characterization has been established. On the other hand, there is very little systematic approach to determine the extent and impact of certain contaminants on the formation and variability of polymorphic forms. In order to confirm the hypothesis that certain impurities or intermediates used in the preparation may affect the variability of polymorphism, entacapone was selected as model compound. A library of 11 structurally related compounds and polymorphic forms of entacapone described in the literature were prepared. A study in which the influence of impurities on the variability of polymorphism was examined using seed or spike methods. This effect was found to be greater with structuraly similar compounds. Based on collected data, the basic hypothesis of this thesis was confirmed.

U ovom doktorskom radu istražen je utjecaj različitih polimera i drugih eksperimentalnih čimbenika na γ-radiolitičku sintezu magnetskih nanočestica željezovih oksida. Redukcija Fe3+ do koje dolazi γ-ozračivanjem prekursorske suspenzije praćena je spektrofotometrijski metodom s 1,10-fenantrolinom. Uz dekstran, dietilaminoetil-dekstran i dekstran sulfat moguće je postići 100 %-tnu redukciju te nastaju stabilne suspenzije magnetskih nanočestica. Uz dietilaminoetil-dekstran pri dozama 10 – 36 kGy nastaju superparamagnetske nanočestice magnetita, dok pri dozama 50 – 130 kGy nastaju magnetski nanodiskovi feroksihita. Uz dekstran sulfat nastaju getit i željezov(III) sulfat hidroksid. Uz poli(etilen-oksid) (PEO) i poli(vinil-pirolidon) nastaju magnetski polimerni gelovi ili magnetske suspenzije, a znatno slabija redukcija (~55 %) rezultira nastankom magnetita i getita, čak i pri visokim dozama (300 kGy). Stupanj umreženja i čvrstoća PEO gela rastu s dozom i koncentracijom prekursora, a do umrežavanja dolazi i preko nanočestica. Osim polimera i doze zračenja, važan utjecaj na stupanj redukcije i fazni sastav produkta imaju i koncentracija 2-propanola i Fe3+ prekursora, pH te koncentracija i molekulska masa polimera. In this thesis, the effect of different polymers and other experimental factors on the γ-radiolytic synthesis of magnetic iron oxides nanoparticles (NPs) was investigated. γ-irradiation-induced Fe3+ reduction was monitored spectrophotometrically with the 1,10-phenanthroline method. With dextran, diethylaminoethyl-dextran, and dextran sulfate colloids, it is possible to achieve a 100 % reduction and formation of stable suspensions of magnetic NPs. With DEAE-dextran, superparamagnetic magnetite NPs form in the dose range of 10 – 36 kGy, while magnetic feroxyhyte nanodiscs form in the 50 – 130 kGy dose range. With dextran sulfate, goethite and iron(III) sulfate hydroxide form. Synthesis with poly(ethylene oxide) (PEO) and poly(vinylpyrrolidone) resulted in the formation of magnetic polymer hydrogels or magnetic suspensions. Significantly lower reduction (~55 %) results in the formation of magnetite and goethite, even at high doses (300 kGy). Degree of crosslinking and strength of PEO gels improve with dose and precursor concentration, while NPs act as additional crosslinkers. Besides the polymer and dose absorbed, 2-propanol and precursor concentrations, pH, polymer concentration and molar mass also affect the reduction and phase composition of the products.

Konformacijska analiza obuhvaća široko područje istraživanja molekularnih struktura, a uz izračun odgovarajućih termodinamičkih veličina može se dobiti opis stabilnosti sustava i objašnjenje njegovih kemijskih svojstava te reaktivnosti. U okviru ovog istraživanja određeni su potpuni konformacijski prostori odabranih skupova cikličkih i acikličkih molekula metodom sustavnog pretraživanja koristeći postojeći algoritam za rigidno pretraživanje (engl. rigid scan) i novorazvijeni algoritam za prilagodljivo relaksirano pretraživanje (engl. adaptive relaxed scan) te metodom pretrage reduciranog prostora trajektorija molekularnih dinamika određenog komponentama dekompozicije tenzora drugoga i trećeg reda. Trajektorije molekularne dinamike sadrže sve steričke informacije o kemijskim strukturama molekula u istraživanom sustavu no teškoću predstavlja ogroman broj struktura koje je potrebno uzorkovati za potpunu konformacijsku analizu. Algoritam za prilagodljivo relaksirano pretraživanje omogućuje dobivanje potpunih konformacijskih prostora molekula u manje koraka čime su omogućene pretrage na znatno višim razinama teorije Conformational analysis covers a wide area of research of molecular structures, and by calculating thermodynamic parameters, a description of the stability of the system and an explanation of its chemical properties can be obtained. Within this research, complete conformational spaces for selected sets of cyclic and acyclic molecules were examined through a systematic search method using rigid scan and newly developed adaptive relaxed scan algorithm as well as dimensionality reduction method of molecular dynamics trajectories by the 2nd- and 3rd-order tensor decomposition. Molecular dynamics trajectories contain all steric information about the chemical structures of molecules in the system, but the difficulty is the large number of structures that need to be sampled for a complete conformational analysis. The adaptive relaxed scan algorithm makes it possible to obtain complete conformational spaces in fewer steps, thus enabling searches at higher levels of theory.

Izravno i selektivno uvođenje funkcionalnih skupina postignuto zamjenom inertnih veza C–H jedan je od sintetskih koraka u pripremi brojnih organskih spojeva. Ove kemijske transformacije još uvijek se pretežno oslanjaju na protokole koji uključuju upotrebu otapala, koji su često dugotrajni, zahtijevaju topljive reaktante i korištenje otrovnih otapala. U ovom su radu, kao njihova ekološki prihvatljivija alternativa, razvijeni protokoli u čvrstom stanju za aktivaciju veze C–H i halogeniranje usmjereno ligandom i katalizirano paladijevim(II) spojevima. Za ove transformacije odabrani su supstrati s donorskom skupinom koja se veže na metalni centar i dovodi ga u blizinu specifične veze C–H. Aktivacijom veze C–H nastaje reaktivna veza C–Pd koja se nakon reakcije s N-halogensukcinimidom transformira u željenu vezu C–X. Praćenjem reakcija in situ i/ili ex situ metodama te izolacijom i karakterizacijom produkata i međuprodukata pružen je uvid u mehanizam aktivacije i halogeniranja veze C–H u čvrstom stanju i otkriven snažan učinak krutih i tekućih aditiva na prirodu i reaktivnost katalitički aktivnih vrsta Pd(II) i međuprodukata. Direct and selective introduction of functional groups achieved by replacement of inert C–H bonds is one of the synthetic steps in the preparation of many organic compounds. These processes still rely heavily on solvent-based protocols, which are often time-consuming and require reactants solubility, and use toxic solvents. In this work, solid-state protocols for palladium-mediated ligand-directed C–H bond activation and halogenation were developed as a more environmentally friendly alternative. Substrates with donor group that binds to the metal center, positioning it near the specific C–H bond, were selected for these transformations. A reactive C–Pd bond formed during C–H bond activation transforms into the desired C–X bond upon reaction with N-halosuccinimide. Monitoring of the reactions by in situ and/or ex situ methods, as well as isolation and characterization of the products and intermediates, provided insight into the mechanism of C–H bond activation and halogenation in the solid-state and revealed a strong effect of the solid and liquid additives on the nature and reactivity of the catalytically active Pd(II) species and intermediates.

U ovoj doktorskoj disertaciji opisana je priprava novih derivata N-aril-3-hidroksipiridin-4-ona koji se razlikuju po strukturi supstituenata vezanih u meta- i para-položaj arilnog dijela molekule. Reakcije su provedene zagrijavanjem vodenih otopina polaznih reaktanata, maltola i meta- i para-supstituiranih anilina u autoklavu. Odabrani para-supstituirani N-aril-3- hidroksipiridin-4-oni uspješno su sintetizirani i u uvjetima mikrovalne sinteze. Pripravljeni 3- hidroksipiridin-4-oni dodatno su strukturno modificirani uvođenjem lipofilnih podjedinica u njihovu strukturu s naglaskom na adamantilnoj podjedinici. Na piranonski dio molekule 3- hidroksipiridin-4-ona adamantilna podjedinica vezana je esterskim i eterskim tipom veze dok je na meta- i para-položaj arilnog dijela molekule vezana esterskom i amidnom vezom. U disertaciji je opisana i biološka evaluacija pripravljenih spojeva. Ispitivana su antiproliferativna svojstva pripravljenih spojeva te je sustavno istražen odnos strukture i biološke aktivnosti (engl. Structure-Activity Relationship, SAR). Na temelju dobivenih rezultata izdvojeni su najpotentniji spojevi (engl. lead compound) pri čemu je uzet u obzir njihov selektivni antiproliferativni učinak. In this thesis preparation and structural modification of novel N-aryl 3-hydroxypyridin-4-one derivatives is described. Prepared compounds are distinguished by position and structure of substituent on the aryl part of the molecule. Reactions were conducted with heating of aqueous solutions of starting materials, maltol and meta- and para-substituted anilines, in autoclave. Selected para-substituted N-aryl 3-hydroxypyridin-4-ones were successfully prepared in conditions of microwave synthesis. Prepared 3-hydroxypyridin-4-ones were additionally structurally modified by incorporating lipohilic units into pyridinone structure, primarily adamantyl unit. On the pyranone part of the molecule adamantyl unit was introduced by ester and ether bond type and by using ester and amide bond in meta and para position of the aryl part of the molecule. Antiproliferative activity of prepared compounds was examined and structure-activity relationship was systematically researched. On the basis of obtained results lead compounds were singled out whereby selective activity of compounds towards tumor versus normal cell lines was considered.

U okviru doktorske disertacije razvijena je metoda za kvantitativno određivanje ostataka 27 nesteroidnih protuupalnih lijekova, kemijski različitih spojeva, tekućinskom kromatografijom ultra visoke djelotvornosti povezane s masenom spektrometrijom u uzorcima hrane životinjskog podrijetla (mlijeku, mišićnom tkivu) i uzorcima vode iz okoliša (otpadna voda). Optimiziran postupak ekstrakcije iz složenih matrica temelji se na enzimskoj hidrolizi koju slijedi ekstrakcija acetonitrilom, a dobiveni ekstrakt je pročišćen, uz istovremeno koncentriranje, ekstrakcijom na čvrstoj fazi. Validacijom metode ispitane su zadane značajke učinkovitosti koje su zadovoljile zakonski postavljene kriterije prihvatljivosti. Istraživanje je obuhvatilo i analizu realnih uzoraka s područja Republike Hrvatske, 449 uzoraka hrane životinjskog podrijetla i 96 uzoraka otpadnih voda. Kako bi se dobile informacije o toksičnosti tih spojeva koji dospijevaju u okoliš, in vitro testom na staničnim linijama ribe i ljudi ispitan je njihov citotoksični učinak. In this dissertation, a method for the quantitative determination of 27 nonsteroidal anti-inflammatory drug residues by ultra high performance liquid chromatography – mass spectrometry in food of animal origin (milk, muscle) and environmental water (wastewater) was developed. Optimised sample processing consisted of enzymatic hydrolysis and acetonitrile extraction was followed by a clean-up of the extract by solid phase extraction. By validation of the method, verified performance characteristics complied with the legally set acceptability criteria. The study also included the analysis of the real samples from regions of the Republic of Croatia, 449 samples of food of animal origin and 96 samples of wastewater. In order to obtain information on the toxicity of these compounds that are released into the environment, their cytotoxic effect was examined using in vitro test on fish and human cell lines.

Razvijene su metode analize sortnih tiola u vinu. Sortni tioli i njihovi derivati akumulirani su ekstrakcijom na čvrstoj fazi i mikroekstrakcijom na čvrstoj fazi iz para iznad otopine. Optimirani su uvjeti derivatizacije etil-propiolatom i ekstrakcije sortnih tiola. Kalibracija je provedena tehnikom dodatka standarda u kombinaciji s tehnikom izotopnog razrjeđenja deuteriranim izotopomerima kao unutarnjim standardima. Kvalitativna i kvantitativna analiza sortnih tiola provedena je vezanim sustavom plinski kromatograf i tandemni spektrometar masa s trostrukim kvadrupolom uz praćenje višestrukih reakcija. Analiti su kvantificirani i detektorom kemiluminescencije sumpora te detektirani vezanim sustavom sveobuhvatne plinske kromatografije - spektrometrije masa. Po prvi puta određene su masene koncentracije sortnih tiola u hrvatskim vinima sorte Sauvignon bijeli, koje su bile u rasponu od 6,1 ng L-1 do 135,0 ng L-1. Istražen je utjecaj dodatka antioksidansa prilikom vinifikacije na koncentraciju sortnih tiola i očuvanje arome vina. Zastupljenost sortnih tiola bila je najviša kod tretmana vina kombinacijom kalijeva metabisulfita, askorbinske kiseline i galotanina, dok su najniže koncentracije izmjerene u vinima sumporenima dvostruko nižom dozom kalijeva metabisulfita u odnosu na kontrolu. Kombinacija antioksidansa potvrđuje sinergistički utjecaj askorbinske kiseline i sumporenja vina na očuvanje sortnih tiola radi sprječavanja reakcije tiola s kinonima. Methods for the analysis of varietal thiols in wines were developed and validated. Optimization conditions for the derivatization and extraction of varietal thiols was performed. Varietal thiols or derivatives thereof were extracted by solid-phase extraction or headspace solid-phase microextraction. Calibration was performed by standard addition combined with stable isotope dilution analysis with internal standards. The developed method was used for quantification of varietal thiols in wines by gas chromatography – tandem mass spectrometry with triple quadrupole and multiple reaction monitoring, by gas chromatography – sulfur chemiluminescence detector and for detection by comprehensive gas chromatography – mass spectrometry. For the first time, the mass concentration of varietal thiols in Croatian Sauvignon Blanc wines was determined, ranging from 6,1 ng L-1 to 135,0 ng L-1. The influence of addition of various antioxidants during the vinification step on the preservation of varietal thiols was investigated. The concentrations of thiols were highest in wines treated with a blend of potassium metabisulfite, ascorbic acid and gallotannins, while being lowest for the 50 % reduced sulfurization treatment. Synergistic effect of ascorbic acid and wine sulfurization on preservation of varietal thiols and inhibition of reaction with quinones was thereby confirmed.

U ovoj disertaciji istražena je struktura i svojstva polimera 1,4-dinitrozobenzena. Razvijena je metoda sinteze ovog polimera kojom su dobiveni mikrokristali dovoljne kvalitete za određivanje molekularne i kristalne strukture. Polimer je sustavno istražen nizom spektroskopskih metoda, IR, 13C i 15N NMR, kinetika polimerizacije je ispitana u otopini, a njegova je otpornost ispitana TGA metodama u različitim atmosferama. Polazeći od dobivene molekulske i kristalne strukture izračunata je elektronska struktura, te se je pokazalo da se ovaj materijal može ponašati kao poluvodič. Budući da bi takav poluvodič načelno mogao poslužiti u razvoju molekulske elektronike, ispitano je njegovo nastajanje oligomerizacijom na uređenim površinama. Duljina tih oligomernih lanaca od prosječno 20 jedinica, kao i struktura takve površine analizirana je AFM i STM mikroskopijom. The scope of this Thesis is the detailed investigation of the structure and properties of the polymer of 1,4-dinitrosobenzene. The polymer is prepared with the newly developed method which provided the microcrystals of the satisfactory quality, such that its molecular and crystal structure is resolved by X-ray powder diffraction. The polymer is systematically analized using a series of spectroscopic methods (IR, 13C and 15N NMR), its polymerization kinetics is investigated in solution, and its robustnes is studied by thermogravimetric methods in different atmospheres. Electronic structure of the polymer is calculated starting with the obtained crystal and molecular structure. It was shown that this polymer could have properties of organic semiconductor. The ability to form regular supramolecular structures on the ordered surfaces is investigated by AFM and STM techniques. The oligomers formed on the gold surface consist from 20 monomeric units in average.

U ovome istraživanju, uvođenjem različitih (alifatskih) supstituenata na piridinski dušikov atom halogenpiridina (osobito meta izomera) pripravljeno je te strukturno, termički i spektroskopski okarakterizirano 49 novih soli protoniranih i N-alkiliranih halogenpiridina. Usporedbom halogenskih veza u strukturama N-alkil-3-jodpiridinijevih jodida utvđeno da postoji trend da što je duži ugljikovodični lanac supstituiran na dušikov atom jodpiridinskog prstena to su kraće halogenske veze C−I⋯I−. Ustanovljeno je da afinitet prema halogenskoj vezi opada s veličinom halogenidnog aniona kao akceptora, odnosno slijedi isti trend kao i u slučaju vodikove veze. Analizom raspodjele naboja na halogenpiridinijevim kationima utvrđeno je da i protoniranje i N-metiliranje halogenpiridina dovode do značajnog povećanja elektrostatskog potencijala σšupljine halogena što uvelike povećava incidenciju ostvarivanja halogenskih veza u odnosu na neutralne halogenpiridine. To čini halogenpiridinijeve katione (jodpiridinijeve posebno) prilično pouzdanim donorima halogenskih veza, te na taj način opravdava njihovu upotrebu u dizajnu i sintezi supramolekulskih struktura povezanih halogenskom vezom. In this study, 49 novel salts of halogenopyridinium cations were prepared and characterized by single crystal X-ray diffraction, and by thermal and spectroscopic analysis methods. In the crystal structures of N-alkyl-3-iodopyridinium iodides it is observed trend that longer chains as N-substituents generally leading to shorter C−I⋯I− halogen bonds. Based on the trend observed in the relative shortenings of distances of the two interactions, both halogen and hydrogen bonds seem to be decreasing in strength with the size of the halogenide anion. Inspection of the distribution of the charge on the cations revealed that both protonation and N-methylation of halogenopyridines lead to a considerable increase in the electrostatic potential of the halogen σ-hole which increase incidence of the halogen bond in the structures comprising halogenopyridinium cations (as compared to neutral halogenopyridines). This makes halopyridiniom cations (iodopyridinium in particularly) fairly reliable halogen bond donors for deliberate synthesis of halogen bonded supramolecular structures.

Vremenski razlučena fotoelektronska spektroskopija (TRPES) jedna je od najprikladnijih pobudno-testnih tehnika za praćenje spregnute nuklearne i elektronske dinamike. Međutim, kako bi se molekulska dinamika mogla "vidjeti" u spektru, potrebne su teorijske simulacije i asignacije spektara. U ovom je radu klasični formalizam ulazno-izlaznog probira primjenjen na TRPES tehinku. Osmišljena je i implementirana pragmatična metodologija izvrednjavanja izraza, koja se temelji na multireferentnom opisu vezanih elektronskih stanja, miješanoj kvantno-klasičnoj simulaciji neadijabatske dinamike te opisu fotoionizacijskog kontinuuma unutar teorije funkcionala gustoće sa statičkom izmjenom. Uz to, osmišljen je i implementiran jednostavan algoritam za asignaciju TRPES spektra u terminima elektronskih karaktera, temeljen na dijabatizaciji vezanih elektronskih stanja. Ukupna metodologija je primjenjena na dva prototipna fotoinducirana procesa, internu konverziju u pirazinu te otvaranje prstena u cikloheksa-1,3-dienu. Nova saznanja o mehanizmima proučavanih procesa su prezentirana i raspravljena. Dodatno, simulacijama neadijabatske dinamike proučeni su i mehanizmi eliminacije dušika iz diazometana prilikom pobude u prvo i drugo pobuđeno stanje. Time-resolved photoelectron spectroscopy (TRPES) has proven to be one of the most convenient pump-probe techniques for monitoring the coupled nuclear and electronic dynamics. However, in order to "see" the molecular dynamics in the spectrum, the theoretical simulations and assignment of the spectra are needed. In this work, the classical doorway-window formalism has been applied to the TRPES technique. A pragmatic methodology of evaluation of the expression has been designed and implemented. It consists of multireference treatment of bound electronic states, a mixed quantum-classical simulation of nonadiabatic dynamics and static-exchange DFT treatment of the photoionization continuum. Also, a simple procedure of TRPES assignment in the terms of electronic characters, based on the diabatization of the bound electronic states, has been designed and implemented. The methodology as a whole has been applied on two prototype photoinduced processes: internal conversion in pyrazine and the ring-opening reaction in cyclohexa-1,3-diene. New insights in the mechanisms of the studied processes are presented and discussed. In addition, the mechanisms of nitrogen elimination from diazomethane during excitation to the first and second excited state were studied by simulations of nonadiabatic dynamics.

U ovom radu ispitana je stabilnost omjera anorganskih specija arsena As(III)/As(V) u modelnim otopinama i uzorcima prirodnih podzemnih voda s četiri lokacije u Hrvatskoj uz dodatak sljedećih konzervansa: limunska kiselina, natrijev citrat, kalijev oksalat, kalijev–natrijev tartarat i octena kiselina. Specijacijska analiza provedena je metodom voltametrije anodnog otapanja i UPLC–ICP–MS. Utvrđeno je kako kombinacija ispitanih konzervansa s octenom kiselinom uspješno stabilizira omjer specija arsena te je on u modelnim otopinama stabilan do 8 dana, dok je u uzorcima prirodnih voda stabilan 6 do 7 dana. Akutnim testom ekotoksičnosti određena je vrijednost LC50 nakon 24 h na Daphnia magna. Dobivene vrijednosti su 5,07 ppm za As(III), 10,27 ppm za As(V) i 0,58 ppm za As(III) s nanočesticama željeza. MTT testom citotoksičnosti na HepG2 staničnoj liniji određena je vrijednosti LC50 nakon 24 h. Najveća citotoksičnost određena je za As(III) uz dodatak SPIO nanočestica, dok As(V) ne inducira staničnu smrt. In this paper, the stability of inorganic arsenic species ratio As(III)/As(V) in model solutions and natural groundwater samples from four locations in Croatia was investigated. Selected preservatives were citric acid, sodium citrate, potassium oxalate, potassium sodium tartrate and acetic acid. Speciation analysis was performed by anodic stripping voltammetry method and UPLC–ICP–MS. It was shown that the combination of the tested preservatives with acetic acid stabilize the arsenic species ratio for up to 8 days in model solutions and for 6 to 7 days in natural water samples. The LC50 values determined by acute ecotoxicity test on Daphnia magna after 24 h amounted to 5.07, 10.27 and 0.58 ppm for As(III), As(V), As(III)/iron nanoparticles, respectively. Cytotoxicity was determined by MTT test on human hepatocarcinoma cell line (HepG2) after 24 h and expressed as LC50 value. The most pronounced effect was observed for As(III)/Fe nanoparticles, while As(V) was inactive.

U okviru doktorskog rada sintezirani su 2,3-disupstituirani (1 – 130) i 3-supstituirani derivati kinazolin-4(3H)-ona (131 – 136) u niskotemperaturnim eutektičkim otapalima s ciljem njihove primjene u sintezi heterocikala. Sinteze derivata kinazolin-4(3H)-ona provedene su konvencionalno, potpomognute mikrovalovima i ultrazvukom te mehanokemijskim reakcijama. Niskotemperaturna eutektička otapala za sintezu novih spojeva priređena su miješanjem kolin-klorida (ChCl) i različitih amida, karboksilnih kiselina, ugljikohidrata i alkohola u određenom molarnom omjeru. Optimiranje reakcijskih uvjeta za svaku klasu spojeva provedeno je na odabranoj modelnoj reakciji izborom najpovoljnijeg niskotemperaturnog eutektičkog otapala, volumena otapala, temperature i vremena trajanja reakcije. Pri optimiranju mehanokemijske sinteze ispitan je dodatno i utjecaj količine kuglica. Derivati 2-merkapto-3-supstituiranih kinazolin-4(3H)-ona (1 – 50) sintetizirani su u otapalu ChCl : urea reakcijom antranilne kiseline i alifatskih te aromatskih izotiocijanata konvencionalno s iskorištenjima 19 – 76 %, sintezom potpomognutom mikrovalovima u iskorištenjima 10 – 49 %, sintezom potpomognutom ultrazvukom u iskorištenjima 17 – 64 % i mehanokemijskom sintezom s iskorištenjima 48 – 88 %. 2-metil-3-supstituirani kinazolin-4(3H)-oni (51 – 87) sintetizirani su reakcijom 2-metilbenzoksazin-4-ona i aromatskih amina te hidrazida kumarina i piridin-2,6-dikarbohidrazida u otapalu ChCl : urea konvencionalno s iskorištenjima 17 – 77 %, sintezom potpomognutom mikrovalovima (10 – 41 %), sintezom potpomognutom ultrazvukom (15 – 56 %) i mehanokemijskom sintezom (45 – 87 %). Schiffove baze kinazolin-4(3H)-ona (88 – 130) sintetizirane su u otapalu ChCl : malonska kiselina reakcijom 3-amino-2-metilkinazolin-4(3H)-ona i aromatskih aldehida konvencionalno u iskorištenjima 63 – 97 %, sintezom potpomognutom mikrovalovima (39 – 68 %), sintezom potpomognutom ultrazvukom (40 – 80 %) te mehanokemijskom sintezom u visokim iskorištenjima 79 – 97 %. Trokomponentnim reakcijama antranilnih kiselina, trimetilortoformijata i aromatskih amina u otapalu ChCl : urea detektirani su 3-supstituirani derivati kinazolin-4(3H)-ona (130 – 136) u tragovima. Najbolja iskorištenja reakcija u sintezi 2,3-disupstituiranih derivata kinazolin-4(3H)-ona (1 – 130) dobivena su mehanokemijskom sintezom koju karakteriziraju najkraće vrijeme reakcije i čistoća izoliranih produkata. Zatim slijedi konvencionalna sinteza, sinteza potpomognuta ultrazvukom i s najmanjim iskorištenjem sinteza potpomognuta mikrovalovima. Korištenjem niskotemperaturnih eutektičkih otapala u sintezi smanjen je štetan utjecaj na okoliš organskih otapala i katalizatora, skraćeno je vrijeme trajanja reakcija, jednostavna je izolacija i pročišćavanje produkata te omogućeno recikliranje otapala. Strukture svih sintetiziranih spojeva potvrđene su 1H- i 13C-NMR spektroskopijom te masenom spektrometrijom. In the doctoral thesis 2,3-disubstituted (1 – 130) and 3-substituted quinazolin-4(3H)-one derivatives (130 – 136) are synthesized in deep eutectic solvents to investigate their application in the synthesis of heterocycles. Syntheses of quinazolin-4(3H)-one derivatives were performed conventionally, by microwave-assisted and ultrasound-assisted synthesis and mechanochemical reactions as well. Deep eutectic solvents for the synthesis of new compounds were prepared by mixing of choline chloride (ChCl) with various amides, carboxylic acids, carbohydrates and alcohols in a specific molar ratio. The optimization of the reaction conditions for each class of compounds was carried out on the selected model reaction by choosing the most favourable deep eutectic solvents, volume, temperature and reaction time. The influence of the amount of balls in mechanochemical synthesis was also optimized. 2-mercapto-3-substituted quinazolin-4(3H)-one derivatives (1 – 50) were synthesized in ChCl: urea deep eutectic solvent by reaction of anthranilic acids and aliphatic and aromatic isothiocyanates conventionally with yields 19 – 76%, by microwave-assisted synthesis (10 – 49%), by ultrasound-assisted synthesis (17 – 64%) and by mechanochemical synthesis (48 – 88%). 2-methyl-3-substituted quinazolin-4(3H)-one derivatives (51 – 87) were synthesized by the reaction of 2-methylbenzoxazin-4-one and aromatic amines and coumarinyl hydrazides and pyridine-2,6-dicarbohydrazide in ChCl: urea conventionally with yields 17 – 77%, by microwave-assisted synthesis (10 – 47%), by ultrasound-assisted synthesis (15 – 56%) and by mechanochemical synthesis (45 – 87%). Quinazolin-4(3H)-one Schiff bases (88 – 130) were synthesized in ChCl: malonic acid from 3-amino-2-methylquinazolin-4(3H)-ones and aromatic aldehydes conventionally with yields 63 – 97%, by microwave-assisted synthesis (39 – 68%), by ultrasound-assisted synthesis (40 – 80%) and by mechanochemical synthesis with high yields 79 – 97%. 3-substituted quinazolin-4(3H)-one derivatives (130 – 136) were detected in traces obtained by a three-component reaction of anthranilic acids, trimethyl orthoformate and aromatic amines. The best yields of the reactions in the synthesis of 2,3-disubstituted quinazolin-4(3H)-one derivatives (1 – 130) were obtained by mechanochemical synthesis, which is characterized by the shortest reaction time and the purity of the isolated products. Lower yields were obtained with conventional synthesis, ultrasound-assisted synthesis, and the lowest yields were achieved by microwave-assisted synthesis. With the use of deep eutectic solvents in the synthesis, the harmful impact of organic solvents and catalysts on the environment is reduced, the reaction time is shorter, the isolation and purification of products are simple, and the recycling of solvents is enabled. The structures of all synthesized compounds were confirmed by 1H- and 13C-NMR spectroscopy and mass spectrometry.

U okviru ovog rada pripravljena je knjižnica od 63 derivata potencijalno bioaktivnih oksima, etera i karbamata oksima, te α-acilamino-amida koji sadrže imidazolijevu ili kinuklidinijevu jezgru. Dodatno, sintetizirani su i α-acilamino-amidi koji sadrže i druge heterocikličke podjedinice (piridin, indol, tetrazol i tiofen) kako bi se dobila što raznovrsnija knjižnica novih spojeva koji do sada nisu opisani u literaturi. U sintezi spojeva primijenjene su klasične metode sinteze, mehanokemijske i sinteze potpomognutim mikrovalnim zračenjem. Varirani su uvjeti te uspoređene brzine i iskorištenja reakcija, ali i stereokemija nastalih produkata kod etera oksima. Optimirani su uvjeti za stereospecifičnu sintezu četiri etera oksima kinuklidina mehanokemijskom sintezom bez otapala i uz natrijev hidroksid kao bazu (nastaje anti izomer). Za određivanje omjera izomera etera oksima te konformera α-acilamino-amida u otopini primijenjena je spektroskopija nuklearne magnetske rezonancije. Mehanizam i stereokemija nastanka etera oksima kinuklidin-3-ona te konformacijski prostor α-acilamino-amida studirani su kvantno-kemijskim proračunima. In this work, a library of 63 derivatives of potentially bioactive oximes, oxime ethers, oximes carbamates, and α-acylamino-amides containing an imidazolium and/or quinuclidinium nucleus was prepared. In addition, α-acylamino-amides containing other heterocyclic subunits (pyridine, indole tetrazole and thiophene) were also synthesized in order to obtain the most diverse library of new compounds that have not been described in the literature so far. Classical methods of synthesis in solution, mechanochemical and microwave synthesis were used for the synthesis of compounds. The conditions were varied and the speed and yields of the reactions were compared, as well as the stereochemistry of the products formed in the case of ether oximes. The conditions for the stereospecific synthesis of four quinuclidine oxime ethers were optimized by mechanochemical synthesis without solvent and with sodium hydroxide as a base (anti isomer is formed). Nuclear magnetic resonance spectroscopy was used to determine the ratio of ether oxime isomers and α-acylamino-amide conformers in the solution. The mechanism and stereochemistry of quinuclidin-3-one oxime ether formation and the conformational space of α-acylamino-amide were studied by quantum-chemical calculations.

Istražene su korelacije strukture i magnetizma odabranih metalo-organskih mreža (MOF-ova). Opisana su magnetska svojstva Ni-MOF-74 i njegovih derivata. Rezultati pokazuju da su Ni(II) ioni u spiralnim lancima vezani feromagnetskom (FM) interakcijom ≈ 23 K dok je interakcija između lanaca antiferomagnetska (AFM) ≈ −4 K. Pri 16,8 K uzorak pokazuje fazni prijelaz u AFM stanje. Gubitak vode Ni-MOF-74 značajnije ne mijenja magnetizaciju uzorka dok amorfizacija uzrokuje spinski prijelaz Ni(II) iona iz magnetskog visokospinskog stanja S = 1 u nemagnetsko niskospinsko stanje S = 0. Istražen je i intermedijer Ni-INT, a rezultati ukazuju na postojanje slabe AFM interakcije u dimerima između lanaca. Opisana su i magnetska svojstva Cu-MOF-74 te je nađeno da postoji AFM interakcija ≈ −57 K između Cu(II) iona unutar lanca, dok je interakcija između lanaca ≈ 7,5 K. Intermedijer Cu-INT pokazuje AFM ponašanje s nešto slabijom interakcijom JNN ≈ −4 K i JIC ≈ −1,3 K. Heterometalni MOF-74 spojevi pokazuju različita AFM ponašanja ovisno o različitim sintetskim putovima. Istraženi su i porfirinski Zr-MOF-ovi s ionima Cu(II), Fe(III) i Mn(II) koordiniranim u porfirinske prstenove. Za istraživanje magnetskih svojstava navedenih spojeva korištene su metode višefrekventne elektronske paramagnetske rezonancije te magnetske susceptibilnosti. Magneto-structural correlations of selected metal-organic frameworks (MOFs) were studied. Magnetic properties of Ni-MOF-74 and its derivates were described. The results show that Ni(II) ions in helical chains are coupled ferromagnetically (FM) ≈ 23 K while the interaction between chains is antiferromagnetic (AFM) ≈ −4 K. At 16.8 K the sample shows AFM phase transition. Dehydration of Ni-MOF-74 does not significantly influence the magnetization, while amorphization induces spin-crossover from the magnetic high-spin state S = 1 to the nonmagnetic low-spin state S = 0. The intermediate Ni-INT was also investigated, and the results indicate the existence of weak dimer AFM interaction between the chains. Cu-MOF-74 was studied and it was found that there is an AFM intrachain interaction ≈ −57 K between Cu(II) ions and the interaction between chains is ≈ 7,5 K. The intermediate Cu-INT also shows AFM behavior with slightly weaker interaction JNN ≈ −4 K and JIC ≈ −1.3 K. Heterometalic MOF-74 compounds exhibt different AFM behaviour depending on different synthetic pathways. Porphyrinic Zr-MOFs with Cu(II), Fe(III) and Mn(II) ions coordinated into porphyrin rings were investigated. Multifrequency electron paramagnetic resonance and magnetic susceptibility methods were applied to study the magnetic properties of these compounds.