El objetivo de esta tesis es resolver algunos aspectos científicos-técnicos de los LOC relacionados con la integración de sensores de estado sólido. Para conseguirlo se presenta el desarrollo de una tecnología que permite la integración de chips fabricados con tecnología microelectrónica y estructuras microfluídicas en sustratos poliméricos. Este manuscrito se divide en 6 capítulos. En el Capítulo 1 se realiza una introducción general de los principales elementos involucrados en el desarrollo de esta tecnología de integración, que son los sensores fabricados con tecnología microelectrónica, las estructuras microfluídicas, y las tecnologías de integración existentes. Un análisis del estado del arte de las principales aplicaciones de los sistemas LOC en la literatura, nos ha llevado a dirigir la aplicación de los dispositivos fabricados hacia la medida de parámetros químicos para aplicaciones biológicas. En el Capítulo 2 se definen los objetivos y motivaciones que han llevado al trabajo de investigación de esta tesis. En el Capítulo 3 se presenta la fabricación y caracterización de una serie de microsensores para su aplicación en cultivos celulares y en la medida de fluidos biológicos. Estos sensores son transistores de efecto de campo sensibles a iones (ISFET), sensores amperométricos y sensores impedimétricos o electrodos interdigitados (IDE), para la medida de pH, ion potasio, oxígeno disuelto, glucosa y conductividad del medio, respectivamente. En el Capítulo 4 se expone el desarrollo de una tecnología que permite la integración de estos sensores en plataformas comerciales tipo PCB (printed circuit board) con sencillas estructuras microfluídicas fabricadas en PDMS. En el Capítulo 5 se demuestra la flexibilidad de la tecnología desarrollada mediante la fabricación de tres dispositivos de sistemas LOC, para su aplicación en la medida del pH extracelular de cultivos celulares y en el control del pH de la orina en la enfermedad de litiasis. En el Capítulo 6 se resume el trabajo futuro a realizar para optimizar la tecnología de integración desarrollada y seguir avanzando hacia la fabricación de sistemas LOC viables para su aplicación en sectores de interés industrial. / The objective of this thesis is to solve some of the scientific-technical problems related to the integration of solid state sensors in lab on a chip systems (LOCs). To achieve this, the development of a technology that allows the integration of chips fabricated with microelectronics and microfluidic structures on polymer substrates is presented. This manuscript is divided into 6 chapters. In Chapter 1 a general introduction to the main elements involved in the development of this technology is presented. These elements are microelectronic sensors, microfluidic structures and existing integration technologies. An analysis of the state of the art of the main applications of LOC systems in the literature has led us to address the application of the devices fabricated within this thesis to measure chemical parameters for biological applications. In Chapter 2 the objectives and motivations followed in this thesis are defined. The production and characterization of a number of microsensors for use in cell culture and measurement of biological fluids is presented in Chapter 3. These microsensors are ion selective field effect transistors (ISFET), amperometric sensors and impedimetric interdigitated electrodes (IDE) and are applied to monitor pH, potassium ion, dissolved oxygen, glucose and conductivity of the extracellular medium, respectively. In Chapter 4 the development of a technology that allows the integration of these sensors into commercial platforms, such as PCB (printed circuit board) with simple microfluidic structures made of PDMS is exposed. In Chapter 5, the flexibility of the technology developed is presented by the manufacture of three devices of LOC systems, for use in the measurement of the extracellular pH in cell cultures and controlling the pH of the urine in gallstone disease. Future work involves optimizing integration technology developed and further progress towards making LOC systems viable for application in areas of industrial interest is summarized in Chapter 6.

En marzo de 2011, apliqué a una beca del CSC (Consejo de Becas de China), en cooperación con la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB). Después de medio año, conseguí la beca y comencé mi tesis doctoral bajo la supervisión de la Dra. Anna Roig y la Dra. Anna Laromaine. Mi proyecto asignada era en celulosa bacteriana: su síntesis, caracterización y estudios de biocompatibilidad. La celulosa bacteriana es un polisacárido de fuentes renovables, y puede ser producida por algunos tipos de bacterias en la naturaleza. Presenta propiedades químicas y físicas notables, incluyendo una alta pureza química y cristalinidad, una red de nanofibras, porosa, alta capacidad de absorción de agua y resistencia mecánica. La celulosa bacteriana se utiliza para una amplia variedad de aplicaciones comerciales. Por otra parte, la celulosa bacteriana es biocompatible con afinidad biológica y biodegradabilidad, que suscita la atención de investigadores en el área de la biomedicina. El primer objetivo de mi tesis fue aprender a producir películas de celulosa bacteriana y encontrar estrategias para controlar sus propiedades. Un segundo objetivo fue el desarrollo de métodos para la fabricación de nanocompuestos basedos con celulosa bacteriana. El objetivo final estudia la biocompatibilidad de las capas de celulosa bacteriana que hemos producido y su utilidad como soportes tridimensionales para el crecimiento celular. Así se pretende establecer una plataforma para el estudio de la interacción de células y nanopartículas en un entorno 3D más realista. Durante el primer año, se realizó la puesta a punto en el laboratorio del sistema para producir capas de celulosa bacteriana a partir de dos cepas bacterianas y secarlas a partir de tres métodos de secado:a temperatura ambiente, secado por liofilización y secado supercrítico. Por otra parte, se realizó la caracterización completa de las capas de celulosa bacteriana: su porosidad, la transparencia, la capacidad de absorción de agua y las propiedades mecánicas que se podían controlar seleccionando la cepa bacteriana y el método de secado. En el segundo año, se sintetizó la celulosa bacteriana compuesta con nanopartículas por el método asistida por microondas como materiales de celulosa funcionales novedosos. Este método es eficiente y rápido, forma un recubrimiento de las capas de celulosa bacteriana por nanopartículas de forma homogénea y controlable. Secando las capas de celulosa utilizando diferentes rutas, se puede controlar la cantidad final del contenido de las nanopartículas en los materiales compuestos. Así capas con dominios hidrófobos / hidrófilos favorecían el anclaje de nanopartículas de forma selectiva para crear materiales de celulosa más complejos y funcionales. En este último año, se ha llevado a cabo el estudio de la biocompatibilidad de las capas de celulosa bacteriana in vitro. Aunque la celulosa bacteriana se considera generalmente un material no citotóxico, su biocompatibilidad es un requisito importante para su uso en aplicaciones biológicas y médicas y no ha sido evaluado completamente. Además se fabricó una estructura de celulosa bacteriana 3D mejorada. La tesis se estructura en seis capítulos. Capítulo 1 proporciona una introducción a la celulosa bacteriana. Capítulo 2 ofrece una descripción detallada de la fabricación de capas de celulosa bacteriana (BCF). Capítulo 3 se centra en la síntesis de compuestos de celulosa bacteriana funcionales que incorporan nanopartículas. Capítulo 4 presenta estudios de biocompatibilidad de la celulosa bacteriana como estructura 2D y 3D para estudios celulares in vitro. Capítulo 5 se enumeran las principales conclusiones derivadas de la presente tesis y algunas sugerencias para el trabajo futuro.Capítulo 6 recoge información sobre el autor y las publicaciones durante el doctorado. / In March 2011, I started the application of a scholarship from CSC (Chinese Scholarship Council), which cooperated with the Universitat Autònoma de Barcelona (UAB). After about half year, I secured the scholarship and began my doctoral thesis under the supervision of Dr. Anna Roig and Dr. Anna Laromaine. My project assignment was on bacterial cellulose: fabrication, characterization and biocompatibility studies. Bacterial cellulose is a renewable polysaccharide, which is produced by some types of bacteria in nature. It presents remarkable chemical and physical properties, including high chemical purity and crystallinity, nano-scale fibre network, porosity, high water absorption capacity and mechanical strength. Bacterial cellulose is being used for a wide variety of commercial applications, for example textiles, cosmetics, food products and other technical areas. Furthermore, bacterial cellulose is also biocompatible with excellent biological affinity and biodegradability, which is drawing immense attention from the bio and medical area researchers. The objective of my thesis was to learn how to produce bacterial cellulose films and find strategies to control their properties. A second objective was to developed methods to fabricate nanocomposites based on bacterial cellulose. The final objective was related to prove the biocompatibility of the in-house produced bacterial cellulose films and to be able to use them as three-dimensional scaffolds for cell in-growth. In this way setting up a platform that will allow us to study the interaction of cells and nanoparticles in a realistic 3D environment. During the first year, a lab set-up was successfully built to produce bacterial cellulose from two bacterial strains and three methods of drying were accessed to dry the thin films; at room temperature, freeze drying and supercritical drying. Moreover, the full characterization of bacterial cellulose films was accomplished: their porosity, transparency, water absorption capacity and mechanical properties were tuned by selecting the bacterial strain and the drying method. In the second year, bacterial cellulose composited with nanoparticles as novel functional cellulose materials were synthesized by microwave-assisted method. This method is efficient and fast to form a homogenous conformal and controllable coating of nanoparticles on the bacterial cellulose films. By drying the cellulose films using different routes, the final amount of the nanoparticles content in the composites can be controlled. Furthermore, those films were patterned with hydrophobic/hydrophilic domains and selectively anchored nanoparticles to create more complex and functional cellulose composites. During the last year, an investigation of the biocompatibility of the bacterial cellulose films in vitro was performed. Although bacterial cellulose is generally considered non-cytotoxic material, its biocompatibility as a major requirement for the use in biological and medical applications has not been fully evaluated. Furthermore, an improved 3D bacterial cellulose scaffold was fabricated. The thesis is organized into six chapters. Chapter 1 provides an introduction to bacterial cellulose. Chapter 2 describes a detailed description of the fabrication of bacterial cellulose films (BCFs). Chapter 3 focuses on the synthesis of functional bacterial cellulose composites incorporating nanoparticles. Chapter 4 presents the studies of bacterial cellulose biocompatibility as 2D and 3D scaffold for cell studies in vitro. Chapter 5 lists the main conclusions derived from the present thesis and some suggestions for the future work. Chapter 6 gathers information about the author and the publications during the Ph.D. studies.

Durante la ultima decada la creación de movimiento a la escala micro y nano ha evolucionado mucho y se ha convertido en un campo que connecta varias disciplinas de la ciencia. En su breve historia han sido la engeneria y la quimica las disciplinas leaderes, pero hoy en dia muchos impulsos vienen de la ciencia de materiales y la biotecnologia. Esta tesis comienca con un breve resumen de la base fisica, los diferentes tipos de motores y los mecanismos de propulsión y muy en seguida llega al uso de enzimas para generar movimiento. Como material para los motores nos hemos centrado en la silica, debido a sus propriedades unicas como la facilidad de modificarla, introducir funcionalidades y su toxicidad baja que facilita futures aplicaciones en ambitos biologicos. Por ello en el primer paso se sintetizaron diferentes tipos de particulas y se desarollaron hierramientas como la funcionalización de la superficie, la imobilización de materia catalitica (platino o enzimas) y la aplicación de moleculas como el ADN. Todo este conocimiento se combinó en el desarollo de una prueba de concepto de un sensor de ADN, baseado en la detección de movimiento. El motor que formó la base de este sensor se podia guardar durante un tiempo, pero al mismo momento se mostró muy sensible a temperaturas elevadas y un medio oxidante. Por ello optamos por mejorar el tiempo de vida de este tipo de motor baseado en enzimas, tal como su capacidad de ser reutilizado. Esto se conseguió encapsulando la catalasa y la evaluación de su performance demostró que la resistencia al peroxido, a temperaturas elevadas y (....) enzimas proteoliticas mejoraron drasticamente. Otro problema que intentamos solucionar en esta tesis es la direcionalidad de los micro motores y evaluando agentes direcionales se selecionó el magnetismo. En primer instante introducimos particulas de oxido de hierro, pero este metodo falló porque no se conseguió la asimitrización de los mismos. Por ello entramos en colaboración con Dr. Sanchez y aplicamos su metodo de fabricación de particulas Janus por evaporación de una multicapa magnetica. Las propriedades de esta multicapa nos capacitaron de guiar el movimiento de los motores aplicando campos magneticos. Para este tipo de motor direcionable sustituimos las enzimas por planito, un catalisador inorganico para la misma decomposición de peroxido. Esto crea un movimiento más uniforme, un porcentaje de particulas con catalizador más elevado y una incremento en la reproducibilidad de los experimentos. Todo esto nos facilitó el estudio del comportamiento de los motores Janus en diferentes ambitos, entre ello soluciones que contenian surfactantes. Adicionalmente se realizaron mediciones del potencial Zeta en las mismas soluciones y en presencia de surfactantes. Los resultados obtenidos pueden abrir el camino para un entendimiento mejor del mechanismo del movimiento por gradientes. Otro punto que aun es muy escarso en el campo son comparaciones entre diferentes tipos de micro motores. Asi siempre en colaboracion con el grupo de Sanchez comparamos estos resultados con resultados obtenidos por otro tipo de motor, los microjets. Comparando estos dos tipos de motores esperamos crear conecciones entre las varias areas del campo de micro motores para modularizar los conocimientos. Esto facilitará el traspaso del conocimiento de un tipo de motor y la aplicación a otros. La ultima parte de esta tesis surge de un proyecto a parte que nos capacitó de crear motores propulsados por luz. Se optimizó la precipitacion de AgCl particulas en forma de estrella y se caractizaron sus propriedades. Semejante a publicaciones de Sen et al. probamos el potencial de estas particulas como micro motores y vimos que luz ultravioleta es capaz de generar modificaciones en la superficie que liberan iones de cloro y causan movimientos propulsados por gradientes. El uso de estos micromotores nos llevó a la primer aplicación: limpieza de aguas de residuos por degradación de moleculas organicas y evaluamos las propriedades antibacteriales. Concluyendo se puede decir que hay optimismo que este trabajo aumenta el conocimiento sobre movimiento en la escala micro y será la base de futuros trabajos. / In the last decade the generation of movement at the microscale has evolved to a fascinating new field of that connects several fields of modern science. In its short history mainly engineering and chemistry were dominating the research in this area but lately many novel inputs were given by biotechnology or material science. This thesis starts with a short overview on physical basics, several different motor types and propulsion mechanisms and then comes to the use of enzymes to obtain motion. As basic material we focussed mainly on Silica particles due to its unique properties, for example easy shape-ability, modification and functionalization as well as its non-toxicity that enables future use in any kind of bio-applications. So in a first step different kinds of particles were synthesized and several tools are developed, for example surface functionalizations and immobilization of catalytically active material on the surface (enzymes or inorganic catalysts) and grafting of molecules as DNA. All this knowledge acquired here was combined in the development of a proof of concept motion based DNA sensor. The underlying micromotor assembly was storable but very sensitive to external influences as oxidizing media and elevated temperatures. Therefore improvement of the enzyme driven micromotors concerning their lifetime and reusability was achieved by introducing an encapsulation method for catalase. Evaluation of the particle endurance showed that the resistance to oxidation by peroxide, heat and proteolytic enzymes could be improved. Another problem that was tackled in this thesis is directionability of micromotors. After evaluation of different directing agents magnetism was selected as means of choice. First trials to introduce magnetic Fe2O3 particles in the micromotor assay failed because the asymmetrization could not be achieved. So in collaboration with the group of Dr. Sanchez an approach based on the fabrication of Janus particles through multilayer deposition of magnetic material was adopted and particle movement could be guided. To achieve this kind of motor the enzyme was replaced by Pt as an inorganic catalyst for peroxide decomposition. This causes the motion to be more uniform, the percentage of motile particle and the reproducibility of experiments higher and therefore it enabled us to study the behaviour in different fuel containing media. Additionally Zetapotential measurements were used to further characterize the particle behaviour in presence of different kinds of surfactants. Those results might pave the way for novel insights into mechanistic details of gradient driven particle movement. Another point that we found missing in the field of micro motors were comparisons between different kinds of micromotors. Therefore we extended the studies of micromotor motion in different media to microjets and we obtained comparative statements about differences between both motor types. We hope that creating connections between different types of micromotors will contribute to "modularize" the field, so that achievements on one type of motors can be easier applied to other forms of motors. In the last part of the thesis a finding from a side project we used to create light driven micromotors. The delayed precipitation of AgCl led to star-shaped particles - their synthesis was developed further and their properties were characterized. Similar to earlier publications of Sen et al. we tested their potential use as micromotors and found that UV light was able to generate surface modifications that released chlorine ions and led to probably gradient driven motion. Their use as micromotors finally led to a first application: waste water cleaning by means of degradation of organic molecules and antibacterial properties. We hope the concepts developed in this thesis provide a basis for future work and enlarge the knowledge about movement at the microscale.

En esta Tesis de Doctorado se han desarrollado sistemas lab-on-a-chip (LOC) funcionalizados de bajo coste para su uso como herramientas analíticas en aplicaciones medio ambientales y biomédicas. Inicialmente se exploró el potencial de LOCs fotónicos (PhLOC) previamente definidos en nuestro grupo, como sistemas en análisis. Se aplicaron sistemas microfluídicos de Reflexión Interna Múltiple (MIR) fabricados en polímeros de bajo coste, como polydimetilsiloxano (PDMS), siguiendo un procedimiento rápido de fabricación, en la detección de diferentes analitos (células e iones de metales pesados) y su funcionamiento se comparó con el de otras técnicas analíticas más convencionales. Para dotar de selectividad a los PhLOCs se desarrollaron y compararon diferentes protocolos de modificación de superficies para la inmovilización de proteínas en los materiales poliméricos utilizados para la fabricación de estos sistemas. Estos métodos mantienen inalteradas las propiedades ópticas y estructurales del material. Se utilizó la peroxidasa de rábano (HRP) como proteína modelo para estos estudios, y las superficies biofuncionalizadas resultantes se testaron mediante la medición de la actividad enzimática en la reacción de reducción de peróxido de hidrógeno en presencia del mediador redox 2,2’azino-bis (3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS), cuyo producto enzimático de color verde pudo ser detectado mediante medidas de absorbancia. Se midió la robustez del proceso de inmovilización mediante la medida de la actividad del HRP durante un periodo superior a un mes. Finalmente, se añadieron nuevos componentes fluídicos y funcionalidades a los PhLOCs previamente aplicados para mejorarsu desempeño. Estructuras microfluídicas tales como mezcladores biofuncionalizados (actuando en consecuencia como reactores) se integraron monolíticamente con el MIR, dando lugar a un PhLOC con mejores prestaciones analíticas. Estos nuevos elementos disminuyeron el tiempo de análisis y el volumen de muestra y reactivo. Con la integración de una celda electroquímica de oro en el substrato, se desarrolló un LOC con lectura de medida dual (DLOC), que permitió la transducción simultánea óptica y electroquímica e hizo el sistema desarrollado autoverificable, mejorando así su fiabilidad. Se mostró el potencial de este DLOC mediante el desarrollo de una herramienta analítica para la medida de glucosa. Se inmovilizaron glucosa oxidasa (GOx) y HRP siguiendo el protocolo desarrollado en esta Tesis y se aplicaron como receptores específicos para la detección de glucosa basada en una reacción enzimática en cascada utilizando el mediador redox ABTS. Como estudio adicional, se testó la aplicabilidad del protocolo de funcionalización en diferentes polímeros y también se llevó a cabo la inmovilización de componentes biológicos diferentes a enzimas. / In this PhD Thesis low-cost functionalized Lab-on-(bio)Chip systems (LOC) for their use as analytical tools for environmental and biomedical applications have been developed. Based on photonic LOC approaches (PhLOC) previously defined in our group, the potential of these devices in analysis was explored first. Multiple Internal Reflection (MIR) optofluidic systems made of cost-effective polymers, such as polydimethylsiloxane (PDMS), using rapid fabrication processes were applied for the detection of different analytes (cells and heavy metal ions) and their performance compared with other more conventional analytical techniques. In order to confer selectivity to the PhLOCs, different surface modification protocols for protein immobilization on the polymeric materials used in this work were developed and compared. These methods keep the optical and structural properties of the material unaltered. Horseradish peroxidase (HRP) was chosen as a model protein in these studies, and the resulting biofunctionalized surfaces tested by measuring the enzymatic activity to hydrogen peroxide in the presence of 2,2’azino-bis (3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) redox mediator, whose green colored enzymatic product could be detected by absorbance measurements. The stability of the immobilized HRP was also tested for periods longer than one month. Finally, other fluidic components and functionalities were added to the previously applied PhLOCs in order to enhance their performance. Microfluidic structures such as biofunctionalized mixers (therefore also playing the role of reactors) were monolithically integrated with a MIR, resulting in a PhLOC with enhanced analytical performance. These new elements decreased the analysis time and sample / reagent volumes. With the integration of a gold electrochemical cell in the substrate, a dual readout LOC (DLOC) was developed, which enabled simultaneous optical and electrochemical transduction and made the developed system self-verifying, thereby improving its reliability. The potential of this DLOC was shown by developing an analytical tool for measuring glucose. Glucose oxidase (GOx) and HRP were immobilized following the protocol developed in this Thesis and applied as the specific receptors for the detection of glucose based on an enzymatic cascade reaction also using ABTS redox mediator. As an additional study, the applicability of the developed functionalization protocol was tested on different polymers and the immobilization of biological components other than enzymes was also carried out.

Els extractes d’algunes plantes de la família Stemonaceae (gèneres Stemona i Croomia) han estat àmpliament utilitzats en la medicina popular de la Xina i el Japó. Els constituents principals dels extractes d’aquestes espècies són una sèrie de metabòlits secundaris amb estructures relacionades, els alcaloides d’Stemona, que són els responsables dels seus efectes terapèutics. Actualment, es coneixen més de 150 d’aquests alcaloides d’Stemona que presenten una diversitat estructural considerable. Tots ells són compostos policíclics i la gran majoria es caracteritza per incorporar a la seva estructura un nucli d’1-azabiciclo[5.3.0]decà o, menys freqüentment, un nucli d’1-azabiciclo[5.4.0]undecà, així com un o més anells d’α-metil-γ-butirolactona units al sistema azabicíclic, ja sigui de forma espirànica, fusionada o com a substituent de l’anell de pirrolidina L’estratègia plantejada pel nostre grup de recerca parteix de l’àcid L-màlic com a font de quiralitat i passa per l’intermedi clau 2, potencial precursor comú de tres dels esmentats alcaloides d’Stemona, stenia i sessilifoliamides B i C (Esquema 1). La formació dels sistema bicíclic pirroloazepina s’aconsegueix mitjançant una reacció de Morita-Baylis-Hillman com a etapa clau, la qual s’ha estudiat en detall amb diferents grups protectors per tal d’obtenir l’intermedi 2 amb la màxima estereoselectivitat possible. Al dur a terme la reacció amb una protecció de tert-butildifenilsilil, s’ha obtingut pràcticament només un dels dos possibles isòmers. Així que s’ha utilitzat aquesta protecció per avançar en la síntesi dels alcaloides objectiu. Tanmateix, s’han estudiat diverses metodologies d’introducció dels fragments etil i butenolida que conté l’intermedi avançat 3, però aquest últim no s’ha pogut introduir a hores d’ara de manera reproduïble. / The extracts of several plants of the Stemonaceae family have long been used in Asian countries against different diseases and for their antiparasitic properties. Significant constituents of these extracts are a serie of structurally related secondary metabolites named as Stemona alkaloids. All the Stemona alkaloids are polycyclic and most of them present a central pyrrolo[1,2-a]azepine system as a characteristic structural feature. The majority also incorporates at least one substructure of α-methyl-δ-butyrolactone, which can be linked to the azabicyclic core in a spiro or fused manner or as a substituent. Our research group has followed a strategy which uses L-malic acid as the source of chirality and proceeds through the key intermediate 2, from which would be possible to achieve different Stemona alkaloids as stenine, sessilifoliamide B or C (Scheme 1). The pyrroloazepine system was generated by a Morita-Baylis-Hillman reaction from intermediate 1 as a key step, which has been studied with different protecting groups in order to achieve intermediate 2 estereoselectively. This reaction yields almost only one of the two possible isomers. Thus, this protection has been used to advance in the sequence towards these alkaloids. With this aim, different methodologies of ethyl and butenolide fragments introduction have been studied, but the last one has not reproducibly obtained yet.

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L'objectiu d'aquesta tesis doctoral forma part d'un objectiu mes general de preparació d'anàlegs de ceramida per servir com a inhibidors de l'enzim que metabolitza la ceramida. Així doncs, amb aquest objectiu, aquest treball s'ha orientat cap al desenvolupament de rutes sintètiques que aportin un accés ràpid cap a diferents derivats d'esfingosina, que després serien acilats per formar anàlegs de ceramida. En aquest sentit el treball està dividit en dos vessants: a) Síntesis regio-i estereoselectiva d'amino alcohols insaturats a través de l'aziridinació intramolecular i posterior obertura de dienols funcionalitzats. El resultat mes important d'aquest estudi va ser la possibilitat de controlar la regioselectivitat en l'oxiaminació de dienil carbamats depenent del catalitzador utilitzat. b) Síntesis enantioselectiva d'amino alcohols insaturats a través de la resolució cinètica d'oxazolidinones. El resultat més important d'aquest estudi va ser la possibilitat de resoldre amb alts nivells d'enantioselectivitat els productes obtinguts en l'estudi anterior. La combinació de les metodologies dels dos estudis va permetre un síntesis eficient de l'esfingosina. El treball desarrollat en l'últim capítol va ser dut a terme durant una estada de sis mesos al laboratori del Prof. Dean F. Toste a UC Berkeley. En aquest capítol es descriu la addició enantioselectiva d'anilines a azoalquens usant àcids fosfòrics quirals, i la transformació de les hidrazones alfa-substituïdes en alfa-amino cetones i 1,2-diamines. / l objetivo de esta tesis doctoral forma parte de un objetivo más general de preparación de análogos de ceramida para servir como inhibidores de la enzima que metaboliza la ceramida. Así pues, con este objetivo, este trabajo se ha orientado hacia el desarrollo de rutas sintéticas que aporten un acceso rápido hacia diferentes derivados de esfingosina, que luego serían acilados para formar análogos de ceramida. En este sentido el trabajo está dividido en dos vertientes: a) Síntesis regio-y estereoselectiva de amino alcoholes insaturados a través del aziridinación intramolecular y posterior apertura de dienoles funcionalizados. El resultado más importante de este estudio fue la posibilidad de controlar la regioselectividad en el oxiaminación de dienil carbamatos dependiendo del catalizador utilizado. b) Síntesis enantioselectiva de amino alcoholes insaturados a través de la resolución cinética de oxazolidinonas. El resultado más importante de este estudio fue la posibilidad de resolver con altos niveles de enantioselectividad los productos obtenidos en el estudio anterior. La combinación de las metodologías de los dos estudios permitió un síntesis eficiente de la esfingosina. El trabajo desarrollado en el último capítulo fue llevado a cabo durante una estancia de seis meses en el laboratorio del Prof. Dean F. Toste en UC Berkeley. En este capítulo se describe la adición enantioselectiva de anilinas a azoalquenos usando ácidos fosfóricos quirales, y la transformación de las hidrazonas alfa-sustituidas en alfa-amino cetonas y 1,2-diamina. / The objectives of the present work are part of a more general objective that aims to prepare ceramide analogues as downstream receptor agonists and ceramide-metabolizing enzyme inhibitors. Therefore, with the aim of preparing ceramide analogues, the present work has been oriented towards the develop synthetic routes that provide an easy access to a wide range of distingly functionalized sphingosine derivatives , which then could be acylated and form ceramide analogues. In this regard, two main concrete objectives were aimed: a) Regio-and stereoselective synthesis of unsaturated aminoalcohols through intramolecular aziridination and ring opening of substituted dienols: The most important result of this study was the possibility to control the regioselectivity in the oxyamination of diesel carbamates depending on the catalyst employed. b) Enantioselective synthesis of unsaturated amino alcohols through kinetic resolution of oxazolidinones. The most important result of this study was the possibility to resolve the products obtained in the previous study with high levels of enantioselectivities. The combination of the two separate studies provided an efficient synthesis of sphingosine The work developed in the last chapter was carried out during a six-month stay at the group of Prof. Dean F. Toste at UC Berkeley. In this chapter it is described the enantioselective addition of anilines to azoalkenes through the use of a chiral phosphoric acid catalyst and the transformation of the resultant α-arylamino hydrazones to enantioenriched α-arylamino ketones and 1,2-diamines

El trabajo descrito en esta tesis muestra estudios hacia nuevas aplicaciones de complejos derivados de bases de Schiff en catálisis homogénea. En concreto, se han investigadoligandos “salen” (incluyendo sistemas quelantes N2S2) ytambiénse han examinado otros aspectos que generalmente se consideran importantes en el contexto del aumento de la sostenibilidad de los procesos químicos. Estudios sobre el uso de estos compuestos acidos de Lewis en la catálisis de la fijación de dióxido de carbono, de reacciones de múltiples componentespara obtener indoles sustituidos y de reciclado de agregados supramoleculares basados en triptyceno han revelado un ancho potencial de aplicación. Los complejos Zn(salen) se han evaluadotambién como "espectadores" en la construcción de ligandos supramoleculares basados en fosfinas voluminosas que demostraron ser útiles en la catálisis de hidrosililación. Por lo tanto, el trabajo descrito en esta tesis puede servir como un punto de partida para el desarrollo de un nuevo potencial catalítico para los complejos de bases de Schiff. / The work described in this thesis shows studies towards new applications of Schiff base complexes in homogeneous catalysis . Specifically, we investigated “salen” ligands (including N2S2 chelating systems) and also examined other aspects that are generally considered important in the context of increasing the sustainability of chemical processes. Studies on the use of these Lewis acidic compounds in the catalysis of the fixation of carbon dioxide, multicomponent reactions for the synthesis of substituted indoles and the recycling of triptycene based supramolecular aggregates revealed a wide potential of application. The Zn(salen) compexeswere evaluated as "spectators" in the construction of supramolecular ligands based on bulky phosphines which proved to be useful in hydrosilylation catalysis. Therefore, the work described in this thesis may serve as a starting point for the development of a new catalytic potential of Schiff base complexes.

El incremento del vertido de sustancias contaminantes al medio ambiente, debido al desarrollo industrial y los malos hábitos de consumo, han provocado la ruptura del equilibrio de muchos ecosistemas llegando afectar, en muchas ocasiones, a los humanos. Con el objetivo de controlar y disminuir estos efectos, los gobiernos han dirigido acciones para legislar y regular el vertido de sustancias tóxicas al medio. De esta manera el Gobierno Nacional de España ha financiado a nuestro grupo de investigación, el proyecto del Plan Nacional en Ciencia y Tecnología Química titulado “Desarrollo de métodos automáticos de análisis. Aplicación a planes de vigilancia ambiental”, con referencia CTQ 2010-15541. La presente tesis forma parte de este proyecto siendo su objetivo general el desarrollo de nuevos métodos automáticos para la determinación de especies químicas de interés ambiental. En la introducción de la tesis se realiza una revisión sobre la automatización del laboratorio químico mediante técnicas de análisis en flujo y se describen las dos utilizadas en esta tesis. Seguidamente se revisa la aplicación de estas técnicas a la automatización de los métodos electroquímicos, especialmente la conductimetría y la voltamperometría redisolución anódica. En el tercer apartado de la introducción se recogen los aportes de las técnicas de flujo en la automatización de procesos de tratamientos de muestras como la difusión gaseosa y la extracción líquido-líquido. De esta última técnica se resume su evolución histórica hasta los métodos más recientes descritos que logran la automatización total del proceso de extracción y que se pudieran clasificar dentro de la tercera generación de las técnicas en flujo. En el último apartado de la introducción se trata la automatización de métodos cinético-catalíticos mediante técnicas de análisis en flujo, destacando el elevado potencial que tienen estos métodos para el análisis de trazas y el bajo número de trabajos publicados donde se consigue la automatización de los mismos. Contenido de la investigación En esta tesis se han utilizado dos técnicas de análisis en flujo, el análisis por inyección en flujo multijeringa (MSFIA) y los sistemas en flujo multibombas (MPFS), acopladas a dos métodos de tratamiento de muestras, la difusión gaseosa y la extracción líquido-líquido, y tres técnicas de detección, la voltamperometría de redisolución anódica, la conductimetría y la espectrofotometría, para obtener cinco sistemas automáticos de análisis. Los sistemas desarrollados han sido aplicados a la determinación, fundamentalmente en agua de mar, de cinco analitos inorgánicos: cadmio, cromato, yoduro, amonio y carbono inorgánico total, en muestras ambientales. Durante el desarrollo de estos sistemas y el estudio de las técnicas utilizadas, se han solucionado problemas relacionados con la automatización de las técnicas en flujo, lo que ha mejorado significativamente las características analíticas de los métodos presentados en comparación con otros similares reportados en la literatura. Entre estas mejoras se encuentran por ejemplo el incremento de la reproducibilidad y sensibilidad de las determinaciones, la disminución de los volúmenes de reactivos y muestras utilizados, la reducción de las dimensiones del sistema y de los costes de la instrumentación, así como el aumento del grado de automatización del proceso analítico: tratamiento de la muestra, calibración y detección. Los trabajos presentados en esta tesis son los siguientes: 1- Un método simple, económico, portátil y automatizado mediante MSFIA que permite la determinación de cadmio mediante voltamperometria de redisolución anódica usando electrodos impresos con película de bismuto. (SPE- BiF-ASV- SFIA) 2- Un sistema automatizado mediante la técnica de MSFIA para la determinación de amonio en muestras de aguas naturales y marinas utilizando la difusión gaseosa y la detección conductimétrica. (C-GD-MSFIA) 3- Un analizador automático, basado en la técnica de MPFS, para la determinación de amonio y de carbono inorgánico total en muestras de aguas marinas usando difusión gaseosa y detección conductimétrica. (C-GD-MPFS) 4- Un sistema totalmente automatizado de microextraccion líquido-líquido dentro de la jeringa de una bureta automática para la determinación espectrofotométrica de cromo (VI) en muestras de aguas naturales. (In syringe-MSA-DLLME) 5- Un chip conductor de microfluidos para la automatización mediante MSFIA de un método cinético-catalíticos que permita el análisis de ioduro en agua de mar y fármacos con un consumo muy reducido de reactivos. (CHIP-MSFIA-Catalytic) Conclusiones Se han desarrollado nuevos sistemas automáticos para la determinación de analitos inorgánicos de interés ambiental. La utilización de técnicas de análisis en flujo multiconmutadas, como MSFIA y MPFS, han demostrado ser muy útiles en la automatización de sistemas de análisis que utilizan diferentes técnicas de detección (electroquímicas y espectrofotométricas), de pretratamiento de muestra y de métodos de determinación cinéticocatalíticos. Los sistemas desarrollados han demostrado su efectividad en la determinación de analitos inorgánicos (cadmio, cromato, yoduro, amonio y carbono inorgánico total) en muestras tan complejas como las aguas de mar, aguas residuales o preparados farmacéuticos. Bibliografía 1.Henríquez C, Laglera LM, Alpizar MJ, Calvo J, Arduini F, Cerdà V: Cadmium determination in natural water samples with an automatic multisyringe flow injection system coupled to a flow-through screen printed electrode. Talanta 2012, 96(0):140-146. 2.Henríquez C, Horstkotte B, Cerdá V: Conductimetric determination of ammonium by a multisyringe flow injection system applying gas diffusion Int J Environ Anal Chem 2012:1-17. 3.Henríquez C, Horstkotte B, Cerdá V: A highly reproducible and robust solenoid micropump system for the analysis of total inorganic carbon and ammonium using gas diffusion with conductometric detection. Talanta 2013, In review 4.Henríquez C, Horstkotte B, Solich P, Cerdá V: In-syringe magnetic stirring assisted liquid-liquid microextraction for spectrophotometric determination of Cr (VI) in waters. Analytical and Bioanalytical Chemistry 2013, Accepted/in press. 5.Abouhiat FZ, Henríquez C, Horstkotte B, El Yousfi F, Cerdà V: A miniaturized analyzer for the catalytic determination of iodide in seawater and pharmaceutical samples. Talanta 2013, 108(0):92-102. / Introducción The increasing discharge of pollutants into the environment due to the industrial development and consumer habits have caused the increasing unbalance of many ecosystems, already affecting in many occasions human species itself. In order to control and reduce these effects, many governments have initiated actions to control the discharge of toxic substances into the environment. In this way, the Spanish Government has funded, to our research group, the project of the National Science and Technology Chemistry entitled “Development of automated methods of analysis. Application to environmental monitoring plans”, with reference CTQ 2010- 15541. This PhD thesis is part of this overall project with the main objective of the development of new automated methods for the determination of some chemical species of environmental interest. In the first part of the introduction of this thesis, the automation of different procedures in a chemical laboratory by the use of flow techniques is reviewed and the two selected flow techniques are described. In the second section, the application of these techniques in the automation of electrochemical methods, especially conductometry and anodic stripping voltammetry, is reviewed. In the third section of the introduction, the contributions of flow techniques to the automation sample pretreatment are discussed, especially for gaseous diffusion and liquid-liquid extraction. Moreover, it was reviewed the historical evolution and the most recent reported methods to achieve the full automation of liquid-liquid extraction inside the syringe, which could be classified as the third generation of flow techniques. The last part of the introduction deals with the automation of kinetic-catalytic methods using flow techniques, emphasizing the high potential of these methods for trace analysis and the low number of published papers on this subject. Research content. In this thesis, two flow techniques, MSFIA and MPFS, coupled to two sample pretreatment methods, gas diffusion and liquid-liquid extraction, and three detection techniques, anodic stripping voltammetry, conductometry and spectrophotometry, have been used to develop five automatic analytical systems. These systems have been applied to the determination of five inorganic analytes: cadmium, chromate, iodide, ammonium, and total inorganic carbon and applied to different environmental water samples with main focus on seawater. Involved in the development of these systems were the study of the used techniques and the finding of solutions for the problems related to the automation using flow techniques. Significant improvements of the analytical characteristics of the presented methods in comparison with similar ones reported in the literature are obtained. These improvement were an increase of the reproducibility and sensitivity of measurement, the decrease of reagent and sample consumption, the reduction of the analyzers’ sizes and instrumentation costs, and further, an increase of the automation degree of the analytical procedure, including: sample pretreatment, calibration and detection. The presented contributions are listed below: 1- A simple, economic, automated, and portable analyzer system based on MSFIA, which allows the determination of cadmium with anodic stripping voltammetry using a bismuth film coated screen printed electrode. (SPE-BiF-MSFIA) 2- An automatic MSFIA system for the determination of ammonium in naturals and seawaters in a very wide concentration range using gas diffusion and conductometric detection. (C-GD-MSFIA) 3- An automated and highly reproducible analyzer based on MPFS for the determination of total inorganic carbon and ammonium in seawaters using gas diffusion and conductometric detection. (C-GD-MPFS) 4- A fully automated in-syringe magnetic stirred-assisted dispersive liquid-liquid microextraction system for the spectrophotometric determination of chromate in natural waters. (In syringe-MSA-DLLME) 5- A microfluidic “Chip” conductor to be used in combination with MSFIA for the automated quantification of iodide in seawaters and pharmaceutical preparations using a kinetic-catalytic method characterized by a very low reagent and sample consumption. (CHIP-MSFIA-Catalytic) Conclusions Five new systems have been developed for the automatic determination of inorganic analytes of environmental interest. The use of the multi-commutated flow techniques MSFIA and MPFS has proven to be very useful for the automation of the analytical systems, coupling to different detection techniques, as well as sample pretreatment and kinetic-catalytic determinations. The developed systems have been confirmed to be efficient for the determination of inorganic analytes in complex sample matrices such as seawater, wastewater, or pharmaceutical preparations.

En este proyecto de tesis, se han sintetizado y caracterizado familias de poliéteres cristal líquidode cadena lateral obtenidos a partir de poliepiclorhidrina, poli (óxido de epiclorhidrina-co-etileno) o poliglicidol lineal,que se auto-ensamblan en estructuras supramoleculares. Se obtuvieron diferentes tipos de mesofases y diferentes rangos de estabilidad en función del grado de modificación alcanzado. Para la obtención de membranas orientadas transportadoras de protones a partir de estos poliéteres cristal-líquido de cadena lateral sintetizados, se aplicaron diferentes técnicas. Por último, se desarrolló un método denominado "bakingprocess" para obtener las membranas orientadas homeotrópicamente. Se llevaron a cabo medidas de conductividad protónica para evaluar el funcionamiento de estas membranas con orientación favorable y concluir que pueden ser utilizadas como transportadoras de protones.