The application of innovative nanotechnologies to medicine has shown a great potential to significantly benefit clinical practice, offering solutions to many of the current limitations in diagnosis, treatment and management of human diseases. Among the various approaches for exploiting developments in nanotechnology for biomedical applications, drug delivery systems (DDS) have already had an enormous impact on medical technology, improving the performance of many existing drugs and enabling the use of entirely new therapies.The fact that DDSs can protect sensitive biomolecules, such as enzymes and proteins, from degradation and the in vivo attack of the immune system providing longer blood circulation times, have been used to improve the effectiveness and delivery of these drugs. Particularly vesicles have served as convenient delivery vehicles for biologically active compounds because they are non-toxic, biodegradable and non immunogenic. Contrary to products where the active substance is in solution, the pharmacological properties of vesicle-based delivery systems, such as stability, kinetic release of the encapsulated substance and response to external stimuli, are strongly dependent on the structural characteristics of the conjugates. Indeed, a high degree of structural homogeneity regarding size, morphology and lipid organization in the membrane is crucial for their optimum performance as functional entities. Conventional methodologies to produce vesicles, usually present difficulties in controlling the self-assembling of the molecules constituting the system, leading to materials with high structural heterogeneity. Therefore additional operations are needed in order to achieve the desired structures. In order to be able to commercially exploit the enormous potential of these DDS as nanomedicines, it is necessary the development of new, efficient and environmentally respectful methodologies that allow the manufacturing of these materials with controlled nanostructures, and that are amenable to be scalable. Recently Nanomol group has developed a process called DELOS-SUSP (Depresurization of an Expanded Liquid Organic Solution-Suspension) for the preparation of dispersed systems based on the use of compressed fluids (CFs). This eco-efficient one-step methodology allows the obtaining of uniform, unilamellar and nanoscopic cholesterol-rich vesicles with large structural homogenity and great stability along time. Taken advantage of the enormous potential of CF-based technologies for the production of nanostructured materials, this PhD Thesis has been devoted to demonstrate the goodness of such methodologies for the direct, robust and scalable encapsulation of biomolecules in cholesterol-rich vesicles. Another important objective has been the development of reproducible and scalable methodologies in order to functionalize those vesicles with targeting/protective units enabling greater selectivity of the therapeutic targets and therefore more effective treatments; and finally the use of the biomolecules-vesicles conjugates prepared by DELOS-SUSP in the treatment of different diseases. Concretely, the first part of this work has been focused on the integration of different proteins such as GFP, BSA, GLA and EGF in vesicles of different compositions obtaining nanovesicle-biomolecule conjugates with good physicochemical characteristics, homogeneous morphologies and high protein loadings. Likewise RGD targeting peptides and protective units such as PEG, have been successfully incorporated into the membrane of the vesicles. Importantly is have been prove that the biomolecules activity is unaffected after processing with compressed fluids and in the case of some proteins, the biological activity is enhance when the biomolecules were associated to the vesicles. The latter reinforce the importance of the nanostructuration in the efficacy of nanomedicines. In further steps to demonstrate the potential of the nanoconjugates prepared by DELOS-SUSP to be used as nanomedicines, GLA loaded liposomes-RGD and rhEGF loaded quatsomes conjugates were prepared by DELOS-SUSP and applied for the treatment of the Fabry’s disease and complex wounds, respectively. All the physicochemical characterizations as well as the in-vitro and in-vivo biological assays carried out in the frame of this Thesis have demonstrated that both nanoconjugates can be considered as future potential nanomedicines that could provide safer, more efficacious drugs, site-specific delivery, improved patient compliance, and favorable clinical outcomes. The results obtained in this Thesis contribute to demonstrate that DELOS-SUSP methodology is a strong and robust platform for the production of nanovesicle-bioactive conjugates to be used as nanomedicine.

Durante las últimas décadas se han desarrollado muchas técnicas para estudios de estructura molecular. La Wspectroscopía Magnética Nuclear (NMS), en particular, es una técnica importante que ha alcanzado un uso generalizado para la identificación y caracterización de moléculas de interés en la química y la bioquímica. Además, la resonancia magnética (MRI) es uno de los mejores métodos clínicos no invasivos de formación de imágenes utilizados en la medicina aprovecha los principios de la NMS. Una de las principales limitaciones de la Resonancia Magnética Nuclear (RMN) es su intrínseca baja sensibilidad. La señal de RMN es proporcional a la polarización nuclear, P, que se rige por la distribución de Boltzmann de spines nucleares. Para superar esta limitación intrínseca han aparecido en las últimas décadas algunas mejoras instrumentales, como el desarrollo de sondas criogénicamente enfriados y la disponibilidad de mayores campos magnéticos mediante nuevos imanes superconductores. Además, varios métodos para mejorar la polarización nuclear también se han desarrollado y están en constante expansión. Entre ellos, los más extendidos son los de bombeo óptico, la polarización para-hidrógeno inducida (PHIP) y la polarización nuclear dinámica (DNP). Todos estos métodos se basan en la hiperpolarización, el cual es un término general que describe un sistema en el que la distribución de las poblaciones ha sido perturbado para crear un exceso de poblaciones en un nivel energético, aumentando así la magnetización neta del sistema. La Polarización Dinámica Nuclear (DNP) ha surgido como uno de los métodos más generales de hiperpolarización nuclear. DNP es una técnica que requiere la presencia en la muestra de un compuesto paramagnético, un agente vitrificante y el analito, el objetivo de la polarización. En esta Tesis hemos desarrollado varios compuestos paramagnéticos nuevos basados en radicales orgánicos persistentes que abarcan desde monoradicals de tres familias diferentes (TEMPO, BDPA y PTM) a birradicales que combinan dichos monoradicals. En la presente Tesis se ha sintetizado y caracterizado varios monoradicals de tres familias de compuestos (PTM, BDPA y TEMPO). La posible aplicación de los derivados de tres BDPA como agentes de polarización ha sido explorada. Los resultados obtenidos para dos de ellos son prometedores, ya que mejoran las condiciones de preparación de la muestra con respecto al BDPA no funcionalizado, reduciendo el tiempo necesario para llevar a cabo el experimento de polarización y se ha abierto la posibilidad de ser eliminadas durante el proceso de transferencia a fin de evitar una mayor pérdida de polarización. Recientemente se ha propuesto que birradicales mixtos a base de radicales tritilo y radicales nitróxido son potencialmente los mejores candidatos para la obtención de las mejores polarizaciones en DNP. Bajo la luz de estos estudios, se realizó la síntesis y caracterización de birradicales, no sólo los que unen tritilo y nitróxido sino tambien aquellos que unen radicales de la misma familia o de familias centrados en carbono. La posible aplicación de algunos de ellos como agentes polarizadores se pusieron a prueba oobteniendo buenos resultados para alguno de ellos. Otra metodología para obtener núcleos hiperpolarizados de baja constante giromagnética es el uso de Magic Angle Spinning-Dynamic Nuclear Polarizacion (MAS-DNP). En esta técnica, el compuesto hiperpolarizado por lo general son los átomos de hidrógeno del agua que transfieren su polarización a los núcleos de baja constante giromagnética por la doble resonancia realizada por la Cross-Polarization. Los compuestos paramagnéticos que se utilizan para polarizar núcleos de hidrógeno en general son birradicales TEMPO. Como hemos sintetizado un monorradical de TEMPO, se realizó la síntesis y caracterización de tres birradicales TEMPO (TEMPO=TEMPO, TEMPOesterTEMPO y TEMPOamidoTEMPO) y se llevaron a cabo las pruebas de polarización de agua en el laboratorio del Dr. Bodenhausen (Suiza). Las mejoras obtenidos indicaron que los birradicales con mayores acoplamientos genera niveles de polarización inferiores y con ellos mejora inferior. En general, MRI se limita a sistemas con una gran magnetización neta, tal como la proporcionada por el agua en los tejidos. Obtención de imágenes de otros núcleos es posible, pero difícil. Estas deficiencias son el resultado tanto de las relaciones giromagnéticas y abundancias naturales de los otros núcleos activos. Más específicamente, los protones tienen una relación giromagnética relativamente alta en comparación con otros núcleos. La relación giromagnética controla la diferencia en los niveles de energía del sistema, cuanto más grande es la diferencia de energía, mayor es la polarización que se obtiene debido a la distribución de Boltzmann. Otros núcleos tales como carbono, nitrógeno o fósforo tienen relaciones giromagnéticas más pequeñas, tienen menor diferencia de nivel de energía y por tanto más pequeñas polarizaciones netas. Si bien son posibles aplicaciones espectroscópicas de núcleos distintos de protones utilizando NMR, es casi imposible de formación de imágenes de los otros núcleos (especialmente in vivo). La baja sensibilidad de la RM de núcleos con constantes giromagnéticas bajas puede mejorarse mediante técnicas de hiperpolarización. Por otra parte, las mejoras en las imágenes de agua, aparte de las diferencias en el contenido de agua local de diferentes tejidos que genera un contraste intrínseco, el contraste básico en las imágenes de RM se debe principalmente a las diferencias en los tiempos de relajación T1 y T2, cada de los cuales se puede independientemente dominar contraste de la imagen. Sin embargo, el contraste intrínseco proporcionado por los tiempos T1 y T2 del y los cambios en sus valores introducidos por patologías del tejido son a menudo demasiado limitadas para permitir un diagnóstico sensible y específico. Por esa razón, se hace uso de agentes de contraste para MRI que alteran el contraste de la imagen después de su administración. El grado y la localización de los cambios de contraste proporcionan información de diagnóstico importantes. Ciertos agentes de contraste se utilizan predominantemente para acortar el tiempo de relajación T1 y éstos se basan principalmente en quelatos de bajo peso molecular de iones de gadolinio Gd3+. La investigación en agentes de contraste con radicales orgánicos ofrecería una alternativa a los medios de contraste basados en gadolinio altamente tóxicos. Sin embargo, la intrínsecamente baja capacidad de relajación paramagnética de nitróxidos (en parte debido a su bajo espín de 1/2) ha impedido su aplicación generalizada como un agente de contraste de MRI. El reto en el desarrollo de nuevos agentes de contraste para MRI es el diseño y la síntesis de compuestos paramagnéticos de tamaño molecular moderado que poseen una larga vida media in vivo, de alta solubilidad en agua y de alta relaxividades de 1H. El uso de dendrímeros hace posible mejorar la solubilidad en agua mediante la adición de grupos polares de superficie y aumentar el spin total por la interacción entre ellos en la superficie del dendrímero. Los dendrímeros introducen en el sistema de los agente de contraste la posibilidad de cambiar el tamaño de la molécula, siempre y cuando usamos generaciones diferentes, proporcionando una bio-específica distribución por tamaño. De esa manera, (pequeños tamaños) compuestos de bajo peso molecular se eliminan rápidamente por los riñones. Por otro lado, las moléculas más grandes de peso molecular (grandes tamaños) presentan una baja permeabilidad a través de la pared vascular y permanecen en los vasos sanguíneos durante largo tiempo. En este sentido los dendrímeros radicales son unas moléculas versátiles que permiten controlar el tamaño final del agente de contraste para garantizar la bio-distribución deseada, el control de los tiempos de vida y de la excreción. Por lo tanto, hemos sintetizado y caracterizado una serie de dendrímeros radicales. La solubilidad en agua se probó con el propósito de estudiar su comportamiento como agentes de contraste en los medios acuosos. Sólo Gc0amidoTEMPO, PROXYLLys (GCX) OLi y PROXYL-Tyr (GCX) OLi, eran solubles en agua; por lo que la medición de las capacidades de relajación de agua se realizaron sólo para ellos. Los resultados obtenidos para los dendrímeros Tirosina mostraron un efecto dendrítico en las capacidades de relajación que abre la puerta de esta familia de compuestos como un prometedor agentes de contraste sin metal. / During the last decades many techniques for molecular structure studies have been developed. Nuclear Magnetic Spectroscopy (NMS), in particular, is an important technique that has achieved a widespread use for the identification and characterization of molecules of interest in chemistry and biochemistry. Moreover, magnetic resonance imaging (MRI) is one of the best non invasive clinical imaging methods used in medicine which takes benefit of the NMS principles. One of the main limitations of Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is its intrinsic low sensitivity. NMR signal is proportional to nuclear polarization, P, which is governed by the Boltzmann distribution of nuclear spins. In order to overcome this intrinsic limitation some instrumental improvements have appeared in the last few decades as the development of cryogenically cooled probes and the availability of higher magnetic field superconducting magnets. Additionally, several methods to enhance the nuclear polarization have been also developed and are in constant expansion. Among them, the most extended ones are optical pumping, para-hydrogen induced polarization (PHIP) and dynamic nuclear polarization (DNP). All these methods are based on hyperpolarization, that is a general term that describes a system in which the distribution of populations has been disturbed to create an excess of populations in one energetic level, thus boosting the net magnetization of the system. Dynamic nuclear polarization (DNP) has emerged as one of the most general methods for nuclear hyperpolarization. DNP is a technique that requires the presence in the sample of a paramagnetic compound, a glassing agent and the analyte, the target of polarization. In this Thesis we have developed several new paramagnetic compounds based on organic persistent radicals covering from monoradicals of three different families (TEMPO, BDPA and PTM) to biradicals combining such monoradicals. In the present Thesis we have been synthesized and characterized several monoradicals of three families of compounds (PTM, BDPA and TEMPO). The possible application of three BDPA derivatives as polarizing agents has been explored. The results obtained for two of them are promising as they improve the sample preparation conditions with respect the non functionalized BDPA, reducing the time necessary to perform the DNP experiment and open the possibility to be eliminated during the transference process in order to avoid a further loss of polarization. It has recently been proposed that mixed biradicals based on trityl radicals and nitroxide radicals are potentially the best biradical candidates for attaining the maximal DNP enhancements. Under the light of these studies, we performed the synthesis and characterization of a few biradicals, not only those that joins trityl and nitroxide but other that mix carbon centered radicals of the same family or the different family too. The possible application of some of them as a polarizing agents were tested obtaining good results for a some of them. Another methodology to obtain hyperpolarized nuclei of low gyromagnetic constant is the use of Magic Angle Spinning-Dynamic Nuclear Polarization (MAS-DNP). In this technique, the hyperpolarized compound usually are the hydrogen atoms of water that transfer their polarization to low gyromagnetic nuclei by the double resonance performed by the Cross Polarization. The paramagnetic compounds that are used to polarize hydrogen nuclei in general are TEMPO biradicals. As we synthesized a monoradical of TEMPO, we performed the synthesis and characterization of three TEMPO biradicals (TEMPO=TEMPO, TEMPOesterTEMPO and TEMPOamidoTEMPO),the water enhancements tests were performed in Dr. Bodenhausen laboratory (Switzerland). The enhancements obtained indicated that the biradicals with greater couplings generates lower polarization levels and with them lower enhancement. In general, MRI is limited to systems with a large bulk magnetization, such as that provided by water in tissues. Imaging of other nuclei is possible, but challenging. These shortcomings are the result of both the gyromagnetic ratios and natural abundances of the other active nuclei. More specifically, protons have a relatively high gyromagnetic ratio compared to other nuclei. The gyromagnetic ratio controls the difference in the energy levels of the system, and the larger the energy difference, the larger the polarization is obtained because of the Boltzmann distribution. Since other nuclei such as carbon, nitrogen or phosphorus have smaller gyromagnetic ratios, they have smaller energy level differences and thus smaller net polarizations. While spectroscopic applications of nuclei other than protons using NMR are possible, imaging of the other nuclei (especially in vivo) is nearly impossible. The low sensibility of MRI of low gyromagnetic constant nuclei can be improved by hyperpolarization techniques. On the other hand, the improvements on water imaging, apart from differences in the local water content of different tissues which generates an intrinsic contrast, the basic contrast in the MR images mainly results from regional differences in the intrinsic relaxation times T1 and T2, each of which can be independently chosen to dominate image contrast. However, the intrinsic contrast provided by the water T1 and T2 and changes in their values brought about by tissue pathology are often too limited to enable a sensitive and specific diagnosis. For that reason, increasing use is made of MRI contrast agents that alter the image contrast following their administration. The degree and location of the contrast changes provide substantial diagnostic information. Certain contrast agents are predominantly used to shorten the T1 relaxation time and these are mainly based on low-molecular weight chelates of gadolinium ion Gd3+. The research in organic radical contrast agents would provide an alternative to highly toxic gadolinium-based contrast agents. However, the intrinsically low paramagnetic relaxivity of nitroxides (in part due to their low spin of 1/2) has prevented their widespread application as a MRI contrast agent. The challenge in the development of new contrast agents for MRI is the design and synthesis of paramagnetic compounds of moderate molecular size that possess long in vivo lifetimes, high water solubility and high 1H water relaxivities. The use of dendrimers makes possible to enhance water solubility by addition of surface polar groups and increase the total spin by the interaction among them on the dendrimer surface. Dendrimers introduce to the contrast agent system the possibility to change the molecule size, as long as we use different generations, providing specific size-bio distribution. In that way, low molecular weight (small sizes) compounds are quickly eliminated by kidneys. On the other hand, larger molecular weight molecules (big sizes) present low permeability through the vascular wall and remain in blood vessels for long time. In this sense radical dendrimers are a versatile molecules that allow control the final size of the contrast agent to ensure the desired bio distribution, controlling the lifetimes and excretion. Thus, we have synthesized and characterized a series of radical dendrimers. The water solubility was tested with the purpose of studying their behavior as a contrast agents in water media. Only Gc0amidoTEMPO, PROXYLLys(Gcx)OLi and PROXYL-Tyr(Gcx)OLi, were water soluble; so the measurement of the water relaxivities were performed only for them. The obtained results for tyrosine dendrimers showed a dendritic effect on the relaxivities which opens the door of this family of compounds as a promising metal-free contrast agents.

En la presente tesis doctoral titulada "Síntesis estereoselectiva de 2'-desoxi-, aciclo-, e isonucleósidos se han desarrollado nuevos métodos para la obtención de análogos de nucleósidos. Más concretamente el trabajo se ha dividido en tres apartados que se desarrollarán a continuación:En primer lugar se ha llevado a cabo un estudio exhaustivo de un nuevo método de síntesis estereoselectiva de 2'-desoxinucleósidos a partir de 1-tio y 1-selenoglicósidos basado en la activación del hidroxilo 2-OH en condiciones de Mitsunobu y que transcurre a través de una transposición 1,2 del sustituyente anomérico seguido de glicosilación. De este estudio se extraen las siguientes conclusiones concretas:-Cuando se partió de la tetraacetilribosa, la reacción condujo mayoritariamente a los 2-sulfenil y 2-selenenil--D-arabino nucleósidos, obteniéndose los mejores resultados a partir del terc-butil 1-tio-ribo-glicósido con N3-Bz-T (65%, =10:1).-Cuando se partió del 2,3,5-tri-O-benzil-D-arabino-furanósido de metilo, la reacción condujo a los 2-sulfenil y 2-selenenil--D-ribo nucleósidos, obteniéndose excelentes estereoselectividades con el terc-butil 1-tio-arabino-glicósido (=1:12 con Cl6-purina y=0:1 con N3-Bz-T).-La reacción es altamente estereoselectiva, pero no es estereoespecífica, lo que parece indicar que la reacción no transcurre a través de un intermedio episulfonio o selenonio. La obtención exclusiva del anómero  en el caso del terc-butil 1-tio-arabino-glicósido con N3-Bz-T puede ser debida al fuerte impedimento estérico ejercido por el grupo terc-butilo.-Un estudio utilizando cálculos DFT, permitieron confirmar que el intermedio de la reacción en el caso de los tetrahidrofuranos y tetrahidrotiofenos es una estructura intermedia entre un catión oxonio y el episulfonio, selenonio, o yodonio que normalmente se proponen en este tipo de reacciones. Esto es consecuencia de una débil interacción entre el heteroátomo externo y el C-1, lo cual ayuda a estabilizar el catión. Sustituyentes electrodadores unidos al heteroátomo externo (R en SR y SeR) o grupos electroaceptores unidos al O5, producen un cambio importante en la geometría del intermedio acercándose más a una estructura de tipo episulfonio, selenonio o yodonio. El estudio se extendió a los azaderivados, para los cuales las estructuras optimizadas corresponden a un intermedio iminio debido a las propiedades electrodadoras del nitrógeno, que son mayores a las del oxígeno y azufre. Cuando grupos fuertemente electroaceptores se encuentran unidos al heteroátomo endocíclico, o cuando no existen pares de electrones libres, la estructura corresponde a un catión de tipo episulfonio, episelenonio o yodonio. Obviamente, esto es así en el caso de los derivados carbocíclicos.A continuación se ha puesto a punto un nuevo método altamente eficiente y estereoselectivo para la obtención de aciclonucleósidos relacionados con el d4T, por reacción de 2,5-dihidrofunanos con yodotrimetilsilano en presencia bases púricas y pirimidínicas sililadas; así como un método muy directo para la obtención de los 2,5-dihidrofuranos enantiopuros precursores. El proceso tiene lugar mediante dos reacciones consecutivas, apertura del dihidrofurano por el Me3SiI y sustitución del yodo por la base heterocíclica.Por último se han explorado nuevas estrategias para la obtención de isonucleósidos:En primer lugar se ha estudiado la ciclación de tio-pentenoles inducida por electrófilos de yodo y selenio, obteniendo las siguientes conclusiones:-La yodo y selenociclación de 1-tio-4-penten-2,3-dioles es completamente regio y quimioselectiva, no observándose en ningún caso ciclación por el alcohol.-Los tioalquenoles que cuentan con el grupo tio en posición secundaria y el alcohol primario protegido, ciclan siempre por vía 5-endo. En cambio, los tioalquenoles que cuentan con el azufre en la posición primaria, el camino de ciclación depende del electrófilo, obteniéndose el producto 5-exo en las selenociclaciones y el producto 6-endo en las yodociclaciones.-Se han sintetizado 5-desoxi-5-fenilselenenil-tio-isonucleósidos por reacción de los 5-[(fenilselenenil)metil]tetrahidrotiofen-3-oles con adenina en condiciones de Mitsunobu.Finalmente, se ha explorado la síntesis de 3-metilén-didesoxi-isonucleósidos. La ciclación radicalaria intramolecular de metilén-aldehídos inducida por SmI2 conduce a 3-metilen-1,4-anhidropentenoles en bajos rendimientos y estereoselectividades. Estos compuestos son precursores de 3-metilén-didesoxi-isonucleósidos. / In the present PhD-thesis doctoral titled "Stereoselective synthesis of 2'-desoxi-, acyclo, and isonucleosides" new methods have been developed to obtain nucleosides. The work has been divided in three sections sumarized below: Firstly 2-deoxy-2-sulfenyl-arabino--nucleosides and 2-deoxy-ribo--nucleosides were obtained with excellent stereoselectivity from 1-thio-ribo- and 1-thio-arabino-glycosides in a one pot reaction under Mitsunobu conditions. The stereoselectivity depends on the substituent bonded to the sulfur and on the reaction conditions, particulary the solvent. From the results obtained it can be concluded that the reaction intermediate is an oxonium cation and not the thiiranium cation. DFT calculations for determining the geometry of reaction intermediates in glycosilation reactions support an average structure between oxonium and thiiranium cation for tetrahydrofurane and tetrahydrothiofene derivatives. This is the result of a weak interaction between the heteroatom and C-1, which helps to stabilize the cation. Electron donor substituents bonded to external heteroatom (R in SR and SeR) or electronwithdrawing groups bonded to O-5, produce an important change in the geometry: the reaction intermediate becomes more like an episulfonium, episelenonium or iodonium cation. The structure of tetrahydropyrrole derivatives is iminium-like. This fact agrees with the electrondonor properties of nitrogen, which are better than those of oxygen and sulfur. When strong electronwithdrawing groups are bound to the endocyclic heteroatom, or they do not have an electron pair, their structures are episulfonium, episelenonium- and iodonium-like cations. Obviously, this is also the case for the carbocyclic derivatives.Next, enantiopure 2,5-dihydrofuran derivatives were prepared from (S)-glycidol by a new reaction sequence involving epoxide opening with a vinylcuprate, selenium induced cyclization to give exclusively the 5-endo product, and selective elimination of selenoxide. Unsaturated acyclonucleosides of Z configuration were obtained in a straightforward way by treating 2.5-dihydrofuran with iodotrimethysilane in the presence of silylated purinic or pyrimidinic bases. The synthetic procedure include two consecutive reactions, dihydrofuran ring-opening by trimethylsilyl iodide and subsequently substitution of iodine by the nucleic base. New strategies have been explored to obtain isonucleosides: In first place have been studied the iodine and selenium-promoted thiocyclization, obtaining the following conclusions: -the iodine and selenocyclization of 1-thio-4-penten-2,3-dioles are totally regio and chemioselective, not being observed in any cyclization by the alcohol.-the 2-thio-4-penten-1-oles, react always for via 5-endo, however the cyclization of the 1-thio-4-penten-2-oles depend on the electrophile.The product 5-exo is obtained in the seleno promoted thiocyclizations and the product 6-endo in the iodine promoted thiocyclizations.-we have synthesized 5-deoxi-5-phenyl-selenenyl-thio-nucleosides for the reaction of the 5-[(phenylselenenyl)methyl]tetrahydrothiofen-3-oles with adenine under Mitsunobu conditions. Finally, the synthesis of 3-methylen-dideoxi-isonucleosides has been explored. The intramolecular cyclization via radical of methylene-aldehydes, induced by SmI2, leads for 3-methylene-1,4-anhydro-pentenoles to low yields and stereoselectivities. These compounds are precursors for 3-methylene-dideoxy-isonucleosides.

La convergència de la nanotecnologia i la biotecnologia porta al desenvolupament de nous coneixements científics i tècnics que permeten millorar el benestar humà. Dins d'aquest nou camp de la nanobiotecnologia, el camp dels (bio)sensors és el més desenvolupat i el que té el major potencial per a aplicacions a curt termini. En aquest context, els (bio)sensors basats en principis electroquímics destaquen pels seus avantatges com la simplicitat, robustesa, baix cost, capacitat de miniaturització i d’integració de dispositius. Aquests sensors són cada vegada més atractius ja que permeten un diagnòstic ràpid i simple en camps com la biotecnologia, la investigació clínica i ambiental. Històricament, el carboni ha estat un material d'elèctrode molt utilitzat i pràctic per les seves propietats desitjables per a aplicacions electroquímiques. Disponible en una gran varietat d'estructures, els elèctrodes de carboni ofereixen, en general, una bona conductivitat elèctrica, alta estabilitat tèrmica i mecànica, una àmplia finestra operable de potencial amb cinètica d'oxidació lenta i, en molts casos, activitat electrocatalítica. A més d'això, se'ls reconeix com a materials de manipulació ràpida i fàcil. Cal també elogiar la seva química de superfície rica que ha estat explotada per a influir en la reactivitat superficial. Així doncs, les diferents estructures de carboni han tingut durant molt temps un paper important en el desenvolupament d'elèctrodes sòlids. Més recentment, amb l'aparició dels nanotubs de carboni (CNTs) s'han intensificat algunes d'aquestes propietats i s’ha impulsat d'una manera sense precedent les aplicacions electroquímiques i electroanalítiques. La mida nanomètrica i la alta relació d'aspecte dels nanotubs de carboni són els trets més distintius que han contribuït a les innovadores aplicacions electroquímiques i el que permet establir les diferències pel que fa als materials de carboni. En conseqüència, l'objectiu principal d'aquest treball ha estat explotar les propietats dels nanotubs de carboni per al disseny de nanodispositius. Les destacades propietats electroquímiques han impulsat el disseny de diverses configuracions d'elèctrodes. Això, combinat amb les seves propietats químiques i versatilitat de (bio)funcionalització, ha fet que aquests materials siguin molt adequats per al desenvolupament de biosensors electroquímics. La primera part de l'estudi s'ha centrat en l'ús de nanotubs de carboni com a transductors electroquímics i la relació entre la seva estructura i reactivitat electroquímica. Es va trobar que les vores dels nanotubs de carboni juguen un paper important en la resposta electroquímica; fet que es va utilitzar per al disseny i desenvolupament de noves plataformes d'elèctrodes basats en els nanotubs. A la segona part de l'estudi, hem aprofitat la capacitat dels nanotubs de carboni per a ser adaptats en diferents disposicions geomètriques, la seva biocompatibilitat, robustesa química i la seva possibilitat de funcionalització química covalent i no covalent, per al desenvolupament de (bio)sensors. En concret, s’ha avaluat el comportament del (bio)sensor d’elèctrodes de diferents configuracions de carboni funcionalitzats amb proteïnes redox (catalasa i mioglobina). Aquestes proteïnes presenten una alta sensibilitat a l'oxigen i peròxid d'hidrogen i són capaces de catalitzar la reducció d'aquestes espècies, convertint-se com a prometedors sensors d'oxigen i peròxid. Seguint el mateix enfocament, s'han utilitzat matrius de microelectrodes basades en CNTs covalentment funcionalitzats amb sondes d'ADN específiques o amb aptàmers. La detecció d'hibridació o de la interacció específica entre els aptàmers i les proteïnes han estat controlats amb diferents tècniques electroquímiques (voltametria cíclica, cronocoulometia o impedància) en presència de marcadors d'oxidació-reducció. La tercera i última part de l'estudi se centra en explotar el caràcter semiconductor dels nanotubs de carboni amb l'ús de la configuració en transistor d'efecte de camp (Field Effect Transistor FET). El dispositiu CNT-FET ha estat optimitzat per funcionar en medi líquid mitjançant la realització de protocols de passivació. Això, juntament amb l'ús de connectors pirè bifuncionals per a la immobilització dels aptàmers, ha permès la detecció sensible electrònica de les interaccions proteïna/aptamer. A més, també hem estat capaços de seguir l’absorció de proteïnes i canvis conformacionals de les parets dels CNTs. Els resultats d'aquest treball mostren que aquests dispositius electroquímics i electrònics basats en nanotubs de carboni poden arribar a ser molt prometedors per a la detecció de biomolècules i per al seguiment de processos biològics. / The convergence of nano and biotechnology is enabling scientific and technical knowledge for improving human well being. Within this new field of nanobiotechnology, the area of (bio)sensors is the most developed and the one which has the highest potential for short-term applications. In this context, (bio) sensors based on electrochemical principles stand out due to their marked advantages in terms of simplicity, robustness, low cost, miniaturization capability and integration to devices. These sensors are becoming very attractive for rapid and simple diagnostic, in fields such as biotechnology, clinical and environmental research. Historically, carbon has been a widely used and practical electrode material due to its desirable properties for electrochemical applications. Available in a variety of structures, carbon electrodes provide, in general, good electrical conductivity, high thermal and mechanical stability, a wide operable potential window with slow oxidation kinetics and, in many cases, electrocatalytical activity. On top of that, they are recognized as versatile and easy handling materials, and also praised by their rich surface chemistry which has been exploited to influence surface reactivity. Thus, different forms of carbon have played for a long time an important role in solid electrode development. More recently, the appearance of carbon nanotubes (CNTs) has intensified some of these properties and propelled in an unprecedented way their electrochemical and electroanalytical applications. The nanometre size and high aspect ratio of the carbon nanotubes are the distinct features which have contributed more to innovative electrochemical applications and to establish the differences with respect to other carbon materials. Accordingly, the principal aim of this work has been to exploit the properties of carbon nanotubes to design novel nanodevices. The prominent electrochemical properties of carbon nanotubes have impelled the design of diverse electrode configurations. That, combined with their chemical properties and (bio)functionalization versatility have made these materials very appropriate for the development of electrochemical biosensors. The first part of the study has been focused on the use of carbon nanotubes as electrochemical transducers and the relation between their structure and their electrochemical reactivity. It was found that the edges of carbon nanotubes play an important role in the electrochemical response, which was then used for the design and development of new carbon nanotubes-based electrode platforms. In the second part of the study, we have taken advantage of the capability of CNTs for being tailored in different geometrical arrangements, from their biocompatibility, their chemical robustness and their interesting covalent/non-covalent chemical functionalization possibilities, to develop biosensor platforms. Specifically, the (bio)sensor behaviour of different carbon configurations functionalized with redox proteins (catalase and myoglobin) has been evaluated. Such proteins exhibit high sensitivity to oxygen and peroxide and are capable to catalyze the reduction of such species, which hold promise as oxygen and peroxide sensors. Then, following the same approach, we have used CNT microelectrode arrays covalently functionalized with specific DNA probes or with aptamers. The detection of hybridization events or the specific interaction between aptamers and proteins were sensitively monitored by different electrochemical techniques (cyclic voltammetry, chronocoulometry or impedance spectroscopy) in presence of redox markers. The third and last part of the study is focused on exploiting the semiconductor character of carbon nanotubes for sensor technology by using a field effect transistor configuration (FET). The CNT-FET device has been optimized for operating in liquid environment by performing passivation protocols. This, together with the use of bifunctional pyrene linkers for the immobilization of the aptamers, has allowed sensitive electronic detection of protein/aptamer interaction. Additionally, we were also able to follow up protein adsorption and protein conformational changes on the CNT walls under liquid gating. The results of this thesis work show that these electrochemical and electronic CNT devices can become highly promising for biomolecule sensing and for the monitoring of biological processes.

El presente trabajo tiene como objetivo general evaluar el uso de los subproductos de vinificación, orujo y raspón, como fuentes de fibra dietética y compuestos fenólicos. Para ello se plantearon tres líneas de investigación, la primera de las cuales se centra en el estudio de las indicaciones vitivinícolas de las Islas Baleares en vistas a determinar sus características diferenciales consecuencia del entorno geográfico. Una vez reconocida dicha diferenciación y, consecuentemente, la diferenciación entre sus subproductos, se procedió a la caracterización de los residuos de vinificación de diferentes variedades de uva (Vitis vinifera L.). Esta segunda línea de trabajo se propuso para evidenciar aquellas variedades cuyo orujo y raspón manifiestan un mayor potencial de revalorización en función del contenido y de la composición que presentan tanto de fibra dietética como de compuestos fenólicos. Por su parte, la tercera línea de trabajo evaluó la aplicación de los ultrasonidos de potencia como tecnología para favorecer la extracción de los compuestos fenólicos del orujo utilizando agua como disolvente, potenciando así su posible uso alimentario como ingrediente funcional. / El present treball té com a objectiu general avaluar la utilització dels subproductes de vinificació, pasta premsada i rapa, com a fonts de fibra dietètica i composts fenòlics. En aquest context, es varen plantejar tres línies d’investigació, la primera de les quals està centrada en l’estudi de les indicacions vitivinícoles de les Illes Balears per tal de determinar-ne les característiques diferencials conseqüència de l’entorn geogràfic. Un cop reconeguda aquesta diferenciació i, conseqüentment, la diferenciació entre els subproductes, es va procedir a caracteritzar els residus de vinificació de diferents varietats de raïm (Vitis vinifera L.). Aquesta segona línia de treball es va proposar per evidenciar les varietats la pasta premsada i la rapa de les quals manifesten més potencial de revalorització en funció del contingut i de la composició que presenten, tant de fibra dietètica com de composts fenòlics. Finalment, en la tercera línia de recerca es va avaluar l’aplicació dels ultrasons de potència com a tecnologia per afavorir l’extracció dels composts fenòlics de la pasta premsada, utilitzant aigua com a dissolvent, potenciant així el seu possible ús alimentari com a ingredient funcional. / Les travaux présentés à suivre ont pour objectif général d’évaluer l’utilisation de sous-produits issus de la vinification, marc et rafles, en tant que sources de fibre diététique et de composés phénoliques. Dans ce but, trois axes de recherche ont été privilégiés. Le premier s’est focalisé sur l’étude des indications vitivinicoles des Iles Baléares en vue de déterminer leurs caractéristiques différentielles sur la base de leur environnement géographique. Une fois ces différences reconnues et, par conséquent, une fois la différenciation entre résidus mise en évidence, une caractérisation de ces sous-produits de vinification issus de différentes variétés de raisin (Vitis vinifera L.) a été mise en œuvre. Ce deuxième axe de recherche avait pour objectif de mettre en évidence les variétés dont le marc et les rafles possèdent un meilleur potentiel de revalorisation du à leur composition tant en fibre diététique qu’en composés phénoliques. De son côté, le troisième axe de recherche a permis d’évaluer l’application des ultrasons de puissance en tant que technologie permettant de favoriser l’extraction des composés phénoliques du marc en utilisant l’eau comme dissolvant, maximisant ainsi son utilisation possible comme ingrédient fonctionnel. / The general aim of the present study is focused on the evaluation of the main winery by-products, grape pomace and stems, as sources of dietary fibre (DF) and phenolic compounds. In this context, three research lines were proposed. The first one was based on the study of the viticultural appellations from the Balearic Islands in order to evaluate their differentiation according to the geographical environment. Once this differentiation was recognized and, as a result, the differentiation among their residues, the physicochemical characterization of winery by-products from different grape varieties (Vitis vinifera L.) was performed. Thus, this second research line was proposed to show those grape varieties whose pomace and stems exhibit the greatest potential for exploitation based on the content and composition of the DF and phenolic fractions. Finally, the third research line evaluated the application of power ultrasounds technology to assist phenolic extraction from grape pomace by using water as solvent, promoting and enhancing its food use as functional ingredient.

L'aigua és present en gairebé qualsevol superfície exposada a l'aire. Tant el vapor com l'aigua líquida modifiquen i determinen les propietats de les molècules i materials exposats a l’aire (la fricció, l'adhesió, la reactivitat, el folding ...). No obstant això, existeix una important manca de coneixement sobre com l'aigua interactua amb les superfícies a nivell sub-micromètric. Aquestes interaccions determinaran les propietats macroscòpiques de superfícies i compostos. A més d'aquests fets, l'aigua també juga un paper central en la determinació de la conformació estructural i les propietats de moltse biomolècules, com ara les proteïnes. Durant l'última dècada, s'ha parat molta atenció en l'assoliment d'una comprensió més profunda sobre com l'aigua interactua amb les proteïnes. Avui dia, l'aigua és considerada no com els medi on es troben presents les proteïnes, sinó com una part més de la pròpia proteïna. Molts estudis teòrics han estat realitzat recentment, però encara cal extreure més informació amb experiments directes. La Microscòpia de sonda de rastreig (SPM) ha obert la porta a les mesures de gran precisió en l'escala nanomètrica, que ens permeten seguir els processos i detectar propietats en escales no assolides fins recent. La Microscòpia de Forces Atòmiques (AFM) és un membre de la família SPM, amb múltiples modes d'operació capaços de detectar les diferents propietats de la superfície, que la converteixen en una eina molt versàtil. En aquest treball de tesi, he estudiat la interacció de l'aigua amb diverses superfícies, utilitzant diferents modes de AFM. L'estudi es va iniciar amb el seguiment de la interacció de l’aigua sobre la superfície de diverses cares cristal·lines en diversos aminoàcids: monocristalls de L-alanina, D-alanina, L-valina, D-valina, DL-valina i L-leucina van ser estudiats utilitzant tècniques AFM en els seus diversos modes. Aquests aminoàcids van ser triats per la seva simplicitat estructural i la seva importància en les biomolècules del cos humà. L'estudi va revelar la importància que els dipols dels aminoàcids juguen en la seva interacció amb l'aigua. Els canvis estructurals a les superfícies d'aminoàcids, com a causa de l'acció de l’aigua en ells va concloure en la descripció d’una nova superfície amb dos nivells diferenciats a la L-alanina (011). A més, la diferenciació enantiomèrica de la L i la D-valina s'ha descrit utilitzant un senzill experiment AFM. El camp elèctric generat per alguns dels cristalls dels aminoàcids ha sigut estudiat com a possible factor d’afavoriment de la congelació de l'aigua, es va estudiar l'efecte del camp elèctric natural de diversos monocristalls a les molècules d'aigua presents com a funció de la humitat relativa i la temperatura. En l'última part d'aquesta tesi, diferents capes primes de ferroelèctrics PZT2080 es van utilitzar a causa de que els seus dipols poden ser orientats mitjançant AFM en una manera controlada. He utilitzat aquestes superfícies per estudiar la influència dels dipols en l'ordenament d'aigua. Les condicions experimentals òptimes per assegurar una polarització propera al 100% d'una regió PZT2080 (utilitzant les imatges de fase de PFM com a referència) amb una injecció de càrrega mínima han sigut descrites. Les imatges KPFM van revelar diferències de desenes de mV sobre les regions polaritzades per a lleugeres disminucions de temperatura, d'una manera controlada i reproduïble. / Water is present on almost any surface exposed to air. Both vapor and liquid water modify and determine the properties of molecules and materials (friction, adhesion, folding, reactivity...). However, there is still an important lack of knowledge about how water interacts with surfaces at the sub-micrometer level. Such interactions will determine the final macroscopic properties of surfaces and compounds. In addition to these facts, water also plays a central role in determining the structural conformation and the properties of biomolecules, such as proteins. During the last decade, much attention has been driven into achieving a deeper understanding in how water interacts with proteins. Nowadays, water is considered, not as the solvent media where proteins are placed, but as a proper part of the protein itself. Many theoretical studies have been performed recently, but it is still necessary to extract more information with direct experiments. Scanning Probe Microscopy (SPM) has opened the door to powerful measures at the nanometer level that allow us to follow processes and detect properties in scales not achieved until recently. Atomic Force Microscopy (AFM) is a member of the SPM family, with multiple operational modes able to sense different surface properties, that turn it into a very versatile tool. During this thesis work, I have studied the interaction of water with several surfaces, using different AFM modes. The study began by describing how water affects different crystal surfaces of several amino acids: L-alanine, D-alanine, L-valine, D-valine, DL-Valine and L-leucine were studied by means of AFM imaging using several modes. These amino acids were chosen for their structural simplicity and their importance in the human-body biomolecules. The study revealed the importance that the amino acid dipoles play in their interaction with water. The structural changes on amino acid surfaces due to vapor and liquid water action on them have been also studied. From this study we described a new 2D landscape on the L-alanine (011) surface as a consequence of its interaction with water. Also, the enantiomeric recognition of L- and D-valine has been described in a easy experiment using AFM. The electric field generated by some amino acid crystals has been studied as a possible factor of water freezing (as reported for some amino acids at the macroscopic level). I studied the effect of the natural electric field of several crystals on the water molecules present in the media as a function of relative humidity and temperature. The importance of the dipole-dipole interactions in these processes drove me towards ferroelectric materials. In the last part of this thesis work, PZT2080 ferroelectric thin films have been used due to that their dipoles can be oriented by means of AFM in a controlled way. I have used these surfaces to study the influence of their dipoles in the ordering of water. From this study, the optimum experimental conditions to ensure a the polarization in a near a 100% effectiveness of a PZT2080 region (using its PFM phase signal as reference) with a minimum charge injection. KPFM imaging revealed differences of several tens of mV on polarized regions for slight temperature decreasing, in a controlled and reproducible manner. This demonstrates the effectiveness of the polarized regions to order the nearby water molecules when the loss of temperature decreases their thermal energy.

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Les reaccions de transferència electrònica engloben bona part dels processos químics i, en conseqüència, presenten un gran interès pel químic molecular. En l'estudi de sistemes bimetàl·lics, especialment en aquells sistemes on els dos centres metàl·lics es troben a distàncies properes però lleugerament majors a la d'enllaç, bona part d'aquest interès es centra en la reactivitat en assistència bimetàl·lica. Donada la naturalesa, fonamentalment electrònica, de la interacció bimetàl·lica, les metodologies de l'electroquímica molecular (Voltametria Cíclica, Coulombimetria i tècniques derivades) són adequades per a realitzar l'estudi químico-físic del procés de transferència electrònica i, en conseqüència, permeten aportar una valuosa informació, tant a nivell cinètic com termodinàmic. L'oxidació monoelectrònica del sistema bimetàl·lic de partida (oxidació centrada fonamentalment en els metalls, inicialment amb estructura electrònica formal d8d8) genera un complex de valència mixta, formalment d8d7. L'estudi electroquímic indica una important deslocalització de valència entre ambdós centres metàl·lics (d7.5d7.5) consistent amb l'anàlisi espectroscòpica. En base a aspectes cinètics i termodinàmics de la transferència electrònica en diferents medis, s'estableix que aquesta manifesta clars efectes de solvatació, ambdós, a nivell estàtic i dinàmic (fricció dielèctrica). Els efectes de solvatació resulten inductors de la reactivitat del compost de valència mixta electrogenerat envers un procés de reestructuració (isomerització redox intramolecular) resultat de la reducció formal dels centres metàl·lics (recuperant-se l'estructura electrònica formal d8d8 pels centres metàl·lics) i l'oxidació dels lligands ponts connectors. L'estudi estableix que aquesta isomerització redox té lloc en resposta a la solvatació d'una única molècula d'agent solvantant, probablement mitjançant la localització de l'espin en un dels dos centres metàl·lics. El treball aporta l'estudi cinètic de la dependència de l'equilibri entre els confòrmers syn-endo vs syn-exo amb la solvatació.Finalment, la detecció d'intermedis (electroquímica i espectroscòpica) i la caracterització estructural del producte final d'evolució permet proposar un mecanisme global i definir així la tendència intrínsica del sistema davant l'oxidació. / Electron transfer reactions play a key rol in many chemical processes and, consequently, are subject of great interest for molecular chemists. In the case of bimetallic systems, specially those contain at short (but higher than the bond) metal-metal distance, the main interest is focused on the so called bimetallic assisted reactivity. Due to the intrinsic nature - mainly electronic - of bimetallic interaction, molecular electrochemistry methodologies (e.g. Cyclic Voltammetry, Coulometry and related) allows to achieve suitable kinetic and thermodynamic data, even to describe the electron transfer particularities .The initial one-electron oxidation occurs formally centered on the metal atoms. It implies the generation of a mixed valence cation complex, formally d7d8. The electrochemical description indicates an important spin delocalization (d7.5d7.5) among the two centers. Spectroscopical data agree with this interpretation. On the basis of kinetics and thermodynamical data for the electron transfer reaction in different media, solvation effects are described as static. At least in a case an important dynamic (dielectric friction) contribution was also observed. Solvation effects are inductors on the reactivity of the electrogenerated mixed-valence cation upon an internal estructuration process (intramolecular redox isomerization), yielding to the formal reduction of the metal centers (the formal d8d8 electronic situation is recovered) accompained by the bridging ligands oxidation. Only a molecule of solvating agent causes the redox isomerization, probably by means of the spin localization on mainly one of the metal centers. This work also include an approach to the solvation dependence on syn-endo vs syn-exo conformational equilibrium, previous to the anodic charge transfer process. Finally, the intermediates detection (by electrochemical and spectroscopical methods) has been available, in almost the critical cases. Also the fully structure characterization of the final evolution product has been achieved. Thus, the experimental data allows us to propose a detailed mechanism, moreover, to define the general treats of the intrinsic system tende.

El objetivo global de esta Tesis Doctoral fue el diseño de nuevos protocolos operacionales integrados de reacción/separación que permitieran la síntesis y purificación directa de productos de alto valor añadido, mediante el empleo de tecnologías limpias y sostenibles. Para ello, se ensayaron por primera vez ILs hidrofóbicos con sustituyentes alquílicos de larga longitud de cadena, sólidos a temperatura ambiente pero con temperaturas de fusión inferiores a 100ºC y que presentaron un comportamiento tipo esponja (SLILs, del inglés “Sponge-Like Ionic Liquids”), así como ILs soportados sobre matrices porosas (SILLPs, del inglés “Supported Ionic Liquids-Like Phases”) en el desarrollo de procesos biocatalíticos para la obtención de fragancias y aromas (i.e. ésteres de terpenos) y de biodiesel. Metodología La síntesis de aromas fue catalizada por Novozym 435 y llevada a cabo en diferentes SLIL, donde las diferentes muestras fueron analizadas por RMN, cromatografía de gases y cromatografía de gases acoplada a masas. Mientras que para la síntesis de biodiesel, además de los SLILs se emplearon SILLPs para llevar a cabo la síntesis continua. Resultados Los resultados que se han obtenido en la presente Tesis pueden resumirse en; 1. Los SLILs resultaron ser excelentes medios de reacción/separación para la síntesis enzimática de biodiesel, ya que no sólo consiguieron disolver los sustratos del medio de reacción generando sistemas completamente monofásicos, eficientes y estables, sino que debido a su naturaleza fue posible diseñar sencillos protocolos de separación de los productos mediante la utilización de disolventes de extracción o con un nuevo enfoque empleando sencillas operaciones de centrifugación a temperatura controlada. Este segundo enfoque, fue también empleado para la síntesis biocatalítica de 16 ésteres terpénicos, con semejantes resultados. 2. La síntesis enzimática de biodiesel en scCO2 se realizó en reactores en flujo conteniendo tanto biocatalizadores inmovilizados comerciales recubiertos de SLILs, como CALB inmovilizada sobre resinas poliméricas que contenían ILs hidrofóbicos covalentemente unidos con excelentes producciones y estabilidades operacionales. 3. La aplicación de la irradiación microondas a los sistemas biocatalíticos inmovilizados sobre SLILs, o suspendidos en SLILs constituyó una importante mejora en la actividad enzimática observada tanto en procesos de DKR, como en procesos de síntesis de fragancias mediante esterificación directa entre el alcohol anisílico y el ácido acético. Conclusiones Las propiedades genuinas de los líquidos iónicos hidrófobos, basados en cationes con largas longitudes de cadena, conmutables en fases líquidas/sólidas iónicas se pueden ampliar para incluir una nueva característica: su comportamiento como sistemas tipo esponja. Este hecho abre un nuevo camino en la Química Verde para las operaciones de separación de productos hidrofóbicos, en estos nuevos medios con comportamiento tipo “esponja”, basado en la "absorción" de los mismos durante la reacción y tras ella, se " exprimen" del medio mediante sencillas operaciones físicas. Estos líquidos iónicos pueden "absorber" compuestos hidrofóbicos en fase líquida, que pueden convertirse en una sola fase sólida por enfriamiento. Entonces, la fase sólida se comportará como una esponja en la cual los compuestos de interés se recuperan como una fase líquida pura por centrifugación del sólido, lo que llamamos “fenómeno de escurrido”. Esto abre una nueva vía en la Química Verde para la separación de los productos procedentes de los medios de reacción basados en líquidos iónicos. En el mismo contexto, el scCO2 parece ser el compañero perfecto de los IL para el desarrollo de procesos sintéticos verdes, lo que permite la limpieza y recuperación de líquidos iónicos para su reutilización debido al comportamiento de fase única de los sistemas ILs o SILLPs/scCO2. La combinación de enzimas con estos sistemas bifásicos, permite a la industria química tener otra estrategia clara para el desarrollo de procesos integrales de síntesis verdes. / Aims, methodology, results and discussion Aims The main objective of this thesis was to design new integrated operational protocols reaction/separation that allowed the direct synthesis and purification of high value-added products through the use of clean and sustainable technologies. For this, first hydrophobic ILs with long alkyl side chain were tested, solid at room temperature but with lower melt temperatures to 100°C and that had a sponge like behavior (SLILs, English "Sponge-Like Ionic Liquids") and ILs supported on porous matrices (SILLPs, English "Supported Ionic Liquids-Like Phases") in the development of biocatalytic processes for the synthesis of fragrances and flavours (i.e. terpenes esters) and biodiesel. Methodology Flavours synthesis was catalyzed by Novozyme 435 and was carried out in different SLILs, where the different samples were analyzed by NMR, gas chromatography and gas chromatography coupled to mass. While for biodiesel synthesis, besides the SLILs, SILLPs were used to carry out the continuous synthesis. Results The results obtained in this Thesis can be summarized as; 1. SLILs proved excellent reaction/separation media for the enzymatic synthesis of biodiesel, because they were able to dissolve the substrates of the reaction medium, generating monophasic, efficient (close to total conversion after 6h of reaction) and stable (half-life at 60ºC were higher 260 days) systems and by their suitable nature, was possible to design simple protocols separation of the products using solvent extraction or a new approach using simple centrifugation protocol at controlled temperature. This second approach was also employed for the biocatalytic synthesis of 16 terpene esters with excellent results (total conversion after 4h of reaction and high operational stability). 2. The enzymatic synthesis of biodiesel in scCO2 was performed in flow reactors containing, commercial immobilized biocatalyst coated with SLILs or CALB immobilized on polymeric resins containing hydrophobic ILs covalently bound, in both cases with excellent yields and operational stabilities. 3. The use of microwave irradiation for biocatalytic systems on SLILs or suspended in SILLPs, constituted a significant improvement in enzyme activity observed in processes, DKR and synthesis of fragrances by direct esterification between the acetic acid and anisyl alcohol. Discussion The unique properties of hydrophobic ILs, based on cations with long alkyl side chains, as switchable ionic liquid/solid phases can be extended to include a new feature: their behaviours as sponge-like systems. This facts open up a new way in green chemistry for separating products from reaction media based on “soak up” and “wrung out” phenomena of these sponge-like ILs. These ILs can “soak up” hydrophobic compounds as liquid phase, which became a single solid phase by cooling. Then, the solid phase behaves like a sponge from which the compounds of interest are recovered as a pure liquid phase by centrifugation of the solid, like a wrung out phenomenon. This opens up a new avenue in green chemistry for separating products from reaction media based on ILs. In the same context, scCO2 seems to be the perfect companion of ILs for the development of downstream steps in green synthetic processes, which allows cleaning and recovering of ILs for reuse because of the unique phase behaviour of ILs or SILLPs/scCO2 systems. By combining enzymes with ILs/scCO2 biphasic systems, the chemical industry has another clear strategy for developing integral green synthetic processes.

Conical Intersections (CI) are points in Potential Energy Surfaces (PES) of two or more states that have the same energy. They are fundamental to understand photo-chemical processes. These points are not isolated points, CI form seam between PES. One way to study they is to find the minimum energy CI (MECI). For this reason, in this thesis, a new algorithm for finding MECI has been proposed: Double Newton-Raphson (DNR). The algorithm has been implemented in Gaussian® program for fully-quantum calculations and ONIOM ones. It has been tested with other algorithms with a test set with correct results. Using studies of PES and MECI is possible to propose new strategies for control photo-processes. In this thesis, a new control strategy has been proposed for controlling the fulvene photo-rotation, using two different lasers, resonant and non-resonant, to obtain a Stark effect. This strategy has been simulated with quantum molecular dynamics. The simulations show that the control is achieved / Les Interseccions Conques (CI) són punt en la Superfícies d'Energia Potencial (PES) de dos o més estats amb la mateixa energia. Son essencials per entendre els processos fotoquímics. Aquest punts no estan aïllats, les CI formen interseccions entre les PES. Una manera d'estudiar-los és trobant els mínims d'energia (MECI). Per aquest motiu, en aquesta tesis, un nou algoritme ha estat proposat: Double Newton-Raphson (DNR). El DNR ha estat implementat en el programa Gaussian® per càlculs totalment quàntics i ONIOM. Aquest ha estat provat juntament amb altres algoritmes amb un test set amb correctes resultats. Utilitzant els estudis de la PES i els MECI és possible proposar noves estratègies per controlar foto-reaccions. En aquesta tesis, una nova estratègia de control ha estat proposada per tal de controlar la foto-rotació del fulvè, utilitzant dos làsers diferents, un ressonant i un altre no-ressonant per obtenir un efecte Stark. Aquesta estratega ha estat simulada amb dinàmiques moleculars quàntiques. Les simulacions mostres que s'aconsegueix el control