La presència de contaminants i la seva monitorització en aigües és un dels problemes d'interès en la recerca mediambiental. Per a assolir els baixos límits de detecció decretats per la normativa, la tècnica de pretractament d'extracció en fase sòlida (SPE) és la més àmpliament aplicada degut als seus avantatges i versatilitat. El tipus de sorbent emprat en SPE és una de les principals vies d'exploració, ja que els sorbents desenvolupats fins al moment (de base sílice, carbó o polimèrics convencionals) presenten limitacions, sobretot en la concentració dels compostos més polars.En la present Tesi Doctoral s'han desenvolupat cinc diferents sèries de sorbents i tots ells combinen adequadament les propietats de sorbents polimèrics, polars i amb elevada superfície de contacte, les quals els fa adient per a la concentració de compostos polars en aigües.Una primera sèrie de reïnes que s'han sintetitzat són copolímers d'un monòmer polar, que transfereix aquesta propietat a la reïna resultant, i un agent entrecreuant, que propicia a l'increment de l'àrea superficial. Aquests sorbents són reïnes macroporoses de 4-vinilpiridina-divinilbenzè (4VP-DVB), N-vinilimidazol-divinilbenzè (NVIm-DVB) i 4-vinilimidazol-divinilbenzè (4VIm-DVB), i també la reïna hidrofòbica d'estirè-divinilbenzè (St-DVB). Totes aquestes reïnes s'han preparat mitjançant polimerització en suspensió, les condicions òptimes de la qual s'ha assolit modificant progressivament la proporció inicial de monòmers a la mescla de reacció i, també, els diferents paràmetres (mescla de porògens, iniciador, temperatura, etc.) que influeixen en la polimerització en suspensió. Finalment s'ha obtingut per a cada sèrie de reïnes un sorbent que conté la relació adequada d'hidrofilicitat i d'elevada àrea superficial.Posterior a la síntesi de les reïnes, s'han avaluat les propietats de retenció de cadascuna d'aquestes reïnes en SPE acoblat en línia a cromatografia de líquids (HPLC) per a un conjunt d'analits polars.Fruit d'aquesta avaluació s'ha comprovat que un sorbent polimèric que combini adequadament el caràcter hidrofílic i una elevada àrea superficial, i per tant, els dos tipus d'interaccions (hidrofòbiques i hidrofíliques) mostra major eficàcia en l'extracció de compostos polars. Arran d'aquests resultats, el següent objectiu ha estat la síntesi de polímers de més elevada àrea superficial, a la vegada que s'introduís un cert grau de polaritat. Per aquest propòsit, s'ha emprat la síntesi de post-entrecreuament amb la qual s'han obtingut dues reïnes de naturalesa hypercrosslinked, que difereixen en l'àrea superficial i contingut de grups hidroxil. Quan es comparen els valors de recuperació de totes les noves reïnes sintetitzades amb les químicament modificades i les comercials (de caràcter hidrofílic o hidrofòbiques de naturalesa hypercrosslinked), es conclou que el nou sorbent sintetitzat que té naturalesa hypercrosslinked, elevada àrea superficial i caràcter hidrofílic és el que mostra millors resultats en SPE per a l'extracció de compostos polars. L'explicació de l'elevada retenció d'aquest sorbent sembla que ve donada per un nombre elevat d'interaccions - (propiciat per l'àrea superficial elevada), interaccions polars (grups polars en el polímer) i, també, la naturalesa hypercrosslinked, la qual genera una morfologia microporosa característica que esdevé més accessible en la interacció amb els analits.Un altre aspecte que també s'ha estudiat, és l'aplicació d'aquest conjunt de noves reïnes sintetitzades com a sorbents en SPE acoblat en línia per a la determinació de compostos polars en diverses mostres aquoses, com aigua de l'aixeta, del riu Ebre o d'una planta depuradora. Els resultats que s'han obtingut en l'anàlisi de mostres reals emprant els nous sorbents sintetitzats no han diferit significativament dels resultats obtinguts en els corresponents anàlisis en solucions estàndard. Tanmateix, els paràmetres analítics com linealitat, límits de detecció, reproductibilitat, etc. obtinguts d'aquestes aplicacions en mostres reals han estat satisfactoris. / The presence of pollutants and their monitoring in water is one of the most active research topics in environmental surroundings. In the methods to determine these pollutants it is necessary to include a pre-treatment technique in order to achieve the as low detection limits as the legislation requires. Among the different techniques, solid phase extraction (SPE) is the most widely applied pre-treatment technique due to its advantages and versatility. In SPE, the type of sorbent is one of the main research fields, because the sorbents developed so far (silica-based, carbon or conventional polymeric) present some limitations, mainly concerning to the concentration of polar compounds.In the present Doctoral Thesis we developed five series of sorbents, which combine properly the properties of polymeric sorbents with polarity and high specific surface area. These properties make the sorbents suitable for the extraction of polar compounds from aqueous samples. The first series of sorbents synthesized are copolymers from a polar monomer, which property is translated into the resulting resin, and a crosslinking agent, which contribute in the increase of the specific surface area. These sorbents are macroporous resins of 4-vinylpyridine-divinylbenzene (4VP-DVB), N-vinylimidazole-divinylbenzene (NVIm-DVB) and 4-vinylimidazole-divinylbenzene (4VIm-DVB), and also a hydrophobic resin of styrene-divinylbenzene (St-DVB).All these resins were prepared by suspension polymerization. The optimal conditions in the procedure were achieved by progressively modifying the initial ratio of monomers, and also the different parameters (mixture of porogens, type of initiator, temperature, etc.) that affect in the suspension polymerization. Finally, we obtained a sorbent from each series that contain a suitable relation of hydrophilicity and high specific surface area.After the synthesis of the resins, the retention properties of each resin were evaluated in SPE on-line connected to liquid chromatography (HPLC) for a group of polar analytes. These evaluations let us to conclude that a polymeric sorbent that properly combine a hydrophilic character and high specific surface area, and, therefore, both types of interactions (hydrophobic and hydrophilic) presents better efficiency in the extraction of polar compounds. In view of these results, the next aim was to synthesize resins with higher specific surface area and with certain degree of hydrophilicity. For this proposes, we used the post-crosslinking reaction, with which we obtained two resins with hypercrosslinked nature, but with differences in the specific surface area and hydroxyl content. The recoveries of these new synthesized resins were compared to the ones of chemically modified resins and commercial ones (with hydrophilic character or hydrophobic with hypercrosslinked nature), and the best results in SPE of polar compounds were for the new synthesized sorbent with hypercrosslinked nature, high specific surface area and hydrophilic character. The high retention of this sorbent can be attributed to the addition of high number of - interactions (due to the high specific surface area), polar interactions (polar groups in the polymer) and, also, the hypercrosslinked nature, which generate a characteristic micropore morphology which become more accessible in the interaction with the analytes. Another part of this Thesis was the application of these new synthesized sorbents in the on-line SPE-HPLC to determine a group of polar compounds in several real water samples, such as tap, river and waste treatment plant water. The results from the analyses in real water samples were similar than those in standard solution. Moreover, the analytical parameters (linearity, detection limits, reproducibility, etc.) were satisfactory.

En els últims anys, un dels objectius de la Química Analítica ha estat el desenvolupament de noves tècniques d'extracció que permetin extreure selectivament i eficientment els analits que es troben a la matriu de la mostra i a la vegada preconcentrar-los. D'entre les diferents tècniques de tractament, la tècnica d'extracció en fase sòlida (SPE) és la més aplicada degut als seus avantatges i versatilitat. El mecanisme de l'SPE es basa en la interacció dels compostos entre una fase sòlida (anomenada sorbent) i la fase líquida en què es troben dissolts. El tipus de sorbent emprat en SPE és, doncs, responsable de l'eficiència del procés d'extracció i és una de les principals vies d'exploració, ja que els sorbents desenvolupats fins al moment presenten limitacions, sobretot quan es vol aconseguir l'extracció selectiva d'un compost. Per aquest motiu, darrerament s'han desenvolupat sorbents amb elevada selectivitat com són els immunosorbents (ISs) i els anomenats polímers amb empremta molecular (MIPs). Degut a que els MIPs presenten nombroses avantatges en comparació amb els ISs (síntesi senzilla, ràpida i de baix cost, i bona estabilitat davant condicions extremes de temperatura i pH), els MIPs són l'objectiu d'aquesta Tesi.Els MIPs són materials altament entrecreuats fets a mida per a un analit en concret (molècula objectiu). La selectivitat que presenten aquests polímers és deguda a la presència d'aquesta molècula durant el procés de síntesi de manera que aquesta queda retinguda a la matriu del polímer resultant. La molècula objectiu es coneix com a molècula template, terme àmpliament conegut i emprat en l'àmbit dels MIPs. Un cop obtingut el polímer, s'extreu de la matriu del MIP l'analit emprat durant la síntesi i com a conseqüència s'obtenen cavitats o empremtes, complementàries en mida i funcionalitat a la molècula template. En la present Tesi Doctoral s'han desenvolupat diversos MIPs que han estat aplicats com a sorbents per a l'extracció selectiva de compostos tan variats com, contaminants ambientals (compostos fenòlics i naftalens sulfonats) en aigua de riu, o compostos farmacològics (antiinflamatoris i antibiòtics) en mostres de més complexitat com són les d'orina i les de teixit animal. El tipus de template escollit per tal de preparar els diversos MIPs utilitzats en cadascun dels estudis és molt diferent i ha estat escollit per l'interès en la seva determinació i a la vegada per explorar amb compostos de diferents característiques. Els bons resultats obtinguts en cadascun dels treballs ha deixat de manifest que és possible sintetitzar MIPs per una gran varietat de compostos i que aquests materials selectius poden ser aplicats tant en mostres ambientals com biològiques.Aquesta Tesi Doctoral té la menció de Doctorat Europeu i té com aspecte rellevant que s'ha desenvolupat en col·laboració amb el Department of Pure & Applied Chemistry de la University of Strathclyde (Glasgow) on la doctoranda va realitzar dues estades de tres mesos per tal de sintetitzar els MIPs emprats en cadascun dels treballs realitzats. Arran dels treballs realitzats durant aquesta Tesi Doctoral han sorgit nou publicacions en revistes científiques de prestigi internacional: cinc a la revista Journal of Chromatography A, una a la revista Journal of Chromatography B, una altra a la revista Journal of Separation Science, una altra a la revista Analytica Chimica Acta i una revisió bibliogràfica al Trends in Analytical Chemistry, totes elles ja publicades a excepció d'una que està pendent de publicació. / During the last years, one of the aims in the Analytical Chemistry has been the development of effective extraction techniques able to isolate and pre-concentrate the target analyte and at the same time to achieve an efficient clean-up of the sample. Among the different pre-concentration techniques, SPE is the technique that presents more advantages and for this reason SPE has been the most widely used pre-concentration technique during the last decades. SPE consists of percolating a known volume of a liquid sample through a stationary phase, named sorbent, and the sorbent is usually packed in a cartridge. In SPE exists several types of sorbents which are the responsible of the efficiency obtained during the extraction process. However, the major disadvantage of these sorbents is the low selectivity and as a consequence, matrix interference components are also co-extracted with the target analytes, which is mainly a problem when the analytes have to be extracted at low levels. For this reason, during the last years new selective materials have been also synthesised such as immunosorbents (IS) and molecularly imprinted polymers (MIPs). Due to the growing interest to achieve selective extraction procedures and the novelty that MIPs represent, these materials are the objective of this thesis. Moreover it should be noted that MIPs offer several advantages over ISs, because MIPs can be obtained in a easy and rapid way, the synthetic procedure is quite cheap and they are also more stable under harsh conditions of pH and temperature.MIPs are tailored-made materials with specific cavities for a target molecule. The selectivity of the MIP arises because the target molecule, which is named template, is present during the polymerization. The template establishes selective interactions with the functional monomers and once the polymer has been formed, the template molecule is removed from the polymer matrix revealing selective binding sites (or imprints) in the polymer, which are complementary in size and functionality to the template molecule. As a consequence of these binding sites the MIP is able to selectively recognize the template molecule from other components in a complex sample. In this thesis, several MIPs have been synthesised, which have been applied as sorbents to the selective extraction of different compounds such as environmental pollutants (nitro- and chloro-phenols and naphthalene sulfonates) from river water or drugs (anti-inflammatories and antibiotics) from more complex matrices such as urine and tissue samples. The template molecule used has been chosen depending on its interest to be determined and also to explore the selectivity of the MIP for analytes with different characteristics. The good results obtained in each study demonstrate that MIPs can be synthesised for a wide variety of compounds and be applied in both environmental and biological fields.This Thesis has the European degree mention and it should be note that all the MIPs were prepared in the University of Strathclyde (Glasgow) in two stays that the PhD student did in this university.All the studies performed in this Thesis have been published in several international scientific journals, thus five of them have been published in the Journal of Chromatography A, one of them in the Journal of Chromatography B, another one in the Journal of Separation Science and in the Analytica Chimica Acta, and a review has been also published in the Trends in Analytical Chemistry.

Els compostos de bortrivalent s’han considerat tradicionalment com a àcids de Lewis, preferint acceptar electrons més que donar-los en el curs de les reaccions, peròdarrerament han sorgit exemples a la bibliografia on el compost trivalent de bor presenta una reactivitat insòlita vers posicions electrofíliques. Aquest fet ens suggereix un nou context nucleofílic per als sintonsboril, que pot ser augmentat depenent dels substituents als quals estigui unit el bor. En aquesta tesi, volem mostrar una visió de les reactivitat soposades mitjançantl’estudi teòric de diferents compostos de bortri coordinats. A més a més també ens hem centrat en l’estudi de dues reaccions, la hidroboració trans no convencional on la unitat borilactuacom a electròfil i la -boració organo catalítica amb un diborà mixton la unitat boril actua com a nucleòfil. / Boron compounds have been traditionally regarded as “Lewis Acids” preferring to accept electrons rather than donate them in the course of their reactions, but current examples of unusual reactivity between tricoordinatedboranes and electrophilic sites suggest another conceptual context for the boryl moieties, based on their nucleophilic character which can be enhanced depending on the substituents on boron. In this thesis, we aim to show an overview of these opposite reactivities through the computational study of different trivalent boron compounds. Moreover, we have also focused our attention in the study of two reactions, the non-conventional trans-hydroboration where the boryl moiety is acting as an electrophile and the organocatalytic-boration with a mixed diboron reagent where the boryl moiety is acting as a nucleophile.

Aquesta tesis doctoral es centra en la síntesis i caracterització de nanopartícules de ruteni estabilitzades per diferents lligands i en la seva posterior aplicació en reaccions d’hidrogenació de compostos aromàtics. En el capítol 3, es descriu la síntesis de nanopartícules de ruteni i rodi estabilitzades pels lligands trifenilfosfina i 1,4-bis(difenilfosfina) les quals són utilitzades com a catalitzadors en la hidrogenació d’una gran varietat de cetones aromàtiques. S’ha obtingut bones selectivitats en la hidrogenació selectiva de l’arè respecte la cetona en diferents fenil i benzil cetones. En el capítol 4 es presenta l’ús de nanopartícules de ruteni estabilitzades per trifenilfosfina en la hidrogenació en condicions suaus de compostos policíclics. Es van obtenir bones selectivitats en la hidrogenació parcial i total de diferents substrats amb dos, tres o més anells aromàtics conjugats. A més, es va dur a terme un estudi de competició entre la hidrogenació del sistema naftalènic i els diferents grups funcionals presents. En el capitol 5, es descriu la síntesis de diferents nanopartícules de ruteni estabilitzades per lligands quirals. Aquestes nanopartícules són posteriorment utilitzades en reaccions d’hidrogenació asimètrica d’arenes. Malauradament, tot i les bones selectivitats obtingudes, no es va observar enantioselectivitat en cap de les proves realitzades. Finalment, es van dur a terme estudis de marcatge isotòpic amb deuteri per a poder comprendre millor la coordinació i la interacció dels diferents lligands amb la superfície de la nanopartícula. / Esta tesis doctoral está centrada en la síntesis y caracterización de nanopartículas de rutenio estabilizadas por diferentes ligandos y en su posterior aplicación en reacciones de hidrogenación de compuestos aromáticos. En el capítulo 3, se describe la síntesis de nanopartículas de rutenio y rodio estabilizadas por los ligandos trifenilfosfina i 1,4-bis(difenilfosfina) los cuales son utilizados como catalizadores en la hidrogenación de una gran variedad de cetonas aromáticas. Se obtuvieron buenas selectividades en la hidrogenación selectiva del areno respecto la cetona en diferentes fenil y benzil cetonas. En el capítulo 4 se presenta el uso de nanopartículas de rutenio estabilizadas por trifenilfosfina en la hidrogenación de compuestos policíclicos en condiciones suaves. Se obtuvieron buenas selectividades en la hidrogenación parcial i total de diferentes sustratos con dos, tres o más anillos aromáticos conjugados. Además, se llevó a cabo un estudio de competición entre la hidrogenación del sistema naftalénico y los diferentes grupos funcionales presentes. En el capítulo 5, se describe la síntesis de diferentes nanopartículas de rutenio estabilizadas por ligandos quirales. Estas nanopartículas son posteriormente utilizadas en reacciones de hidrogenación asimétrica de arenos. Desafortunadamente, a pesar de las buenas selectividades obtenidas, no se pudo observar enantioselectividad en ninguna de las pruebas llevadas a cabo. Finalmente, se realizaron estudios de marcaje isotópico con deuterio para poder entender mejor la coordinación y la interacción de los diferentes ligandos con la superficie de la nanopartícula. / This doctoral thesis is focused on the synthesis and characterization of ruthenium nanoparticles stabilised by different ligands and their subsequent application in the selective hydrogenation of aromatic compounds. In Chapter 3, ruthenium and rhodium nanoparticles stabilised by triphenylphosphine and 1,4-bis(diphenylphosphino) are used in the hydrogenation of a wide range of aromatic ketones. Good selectivities are obtained in the selective hydrogenation of the arene versus the ketone in various substituted phenyl, benzy and phenethyl ketones. In Chapter 4, ruthenium nanoparticles stabilised by triphenylphosphine are used in the hydrogenation of polycyclic aromatic hydrocarbons under mild reaction conditions. Good to excellent selectivities are obtained in the total and partial hydrogenation of different substrates containing two, three or more fuzzed aromatic rings. Moreover, a competitive study between the hydrogenation of a naphthalenic system versus different functional groups is performed. In Chapter 5, the synthesis of ruthenium nanoparticles stabilised by chiral ligands is described. These nanoparticles are used in the asymmetric hydrogenation of different arenes. Unfortunately, despite the good selectivities, no enantioselectivity is obtained in any of the assays attempted. Furthermore, attempts to elucidate the coordination and interaction of the different ligands to the nanoparticle surface lead us to perform isotopic labelling studies with deuterium.

Els ful•lerens són caixes closes de carboni formades per un nombre parell d’àtoms. Una de les propietats mes interessants és la capacitat d’encapsular àtoms i petites molècules en la cavitat interior. El primer ful•lerè endoèdric fou proposat just després del descobriment del C60. Els metal•loful•lerens endoèdrics han atret atenció de gran part de la comunitat científica per les seves propietats i potencials aplicacions en camps com la medicina o la ciència de materials. En aquesta tesi s’hi mostra un extensiu treball combinant experiments i computació per a la caracterització i modelatge de noves especies de metal•loful•lerens endoèdrics. En la majoria dels casos, la síntesi de noves espècies necessita d’aquesta combinació d’experiments i computació per poder la identificació i caracterització de les estructures. Així doncs, aquí es presenta el treball per l’estudi de les propietats i caracterització des de sistemes petits com Ti@C2n (2n =26-50) i altres endoedres monometàl•lics (M@C2n), així com l’estudi detallat dels sistemes Sc2S@C70, Sc2S@C72, Ti2S@C78 i la modelització d’algunes de les seves propietats mes rellevants. / Los fulerenos son poliedros esféricos formados por un nombre par de átomos de carbono distribuidos en pentágonos y hexágonos. Una de sus propiedades más atractiva es la capacidad de atrapar átomos y pequeñas moléculas en su interior. Estos fueron descubiertos rápidamente después del descubrimiento del C60. El Sc3N@C80 es el fulereno endoédrico más abundante, y el tercer sistema más abundante en toda la familia de fulerenos, solo por detrás de C60 y C70. Los fulerenos endoédricos han captado la atención de gran parte de la comunidad científica debido a sus propiedades y potenciales aplicaciones en campos como la medicina y la ciencia de materiales. La caracterización de nuevas especies es difícil debido al bajo rendimiento, por eso, la combinación de experimentos con trabajos computacionales es esencial para la exitosa identificación de nuevos sistemas. En esta tesis se incluye un extenso trabajo combinando estudios computacionales con varios tipos de experimentos. Entre las especies estudiadas y caracterizadas se encuentran desde los pequeños fulerenos monometálicos Ti@C2n (2n=26-50), hasta especies más grandes cómo Sc2S@C70, Sc2S@C72 y Ti2S@C78. / Fullerenes are closed carbon cages constituted by an even number of atoms. One of the attractive properties of the hollow carbon clusters is the possibility to use them as robust containers for other species. The first proposal of an endohedral fullerene was given only a few days after the discovery of C60. Endohedral metallofullerenes have attracted the attention of the scientific community not only because their unique host-guest behaviors, but also because the properties and, thus, the applications are significantly different from those of the empty cages. The formal electron transfer that has been found to happen between the trapped unit and the carbon cages is determinant for the understanding of these new properties. Herein we report an extensive study combining computations and experiments. This combination is a powerful tool for the structural characterization of new species. The computation of the structures and the modeling of the properties, allow us to compare the experimental and computational data to identify the new systems. In this thesis the reader will find a complete study from small endohedrals, Ti@C2n (2n=26-50) and other M@C2n, to larger fullerenes as Sc2S@C70, Sc2S@C72 and Ti2S@C78.

En els darrers anys, la funcionalització catalítica d´enllaços C-C ha suscitat un gran interés, essent una de les disciplines amb més potencial en química organometàlica. Aquesta tesi doctoral es basa en el repte de dissenyar nous mètodes catalítics de functionalitazió d´enllaços C-C en anells de cuatre baules. Específicament, s´ha demostrat la viabilitat per preparar cetones γ-arilades via rotura d´enllaços C-C catalitzada per Pd en anells de tert-ciclobutanol utilitzant clorur d´aril i tosilats (Capítol 2). La transformació presenta una gran generalitat amb càrregues de catalitzador molt baixes. Tanmateix, s´ha trobat que fosfines riques en electrons i impedides estèricament permeten evitar processos destructius de β-eliminació d´hidrògen. Amb els precedents del capítol 2, s´ha extés satisfactòriament la generalitat de la reacció de rotura d´enllaços C-C d´anells de tert-ciclobutanol mitjançant l´acoplament amb haloacetilens per donar lloc a cetones amb grups alquins en posició γ (Capítol 3). Curiosament, els substituents del grup alquí tenen una gran influencia en la reacció. És certament remarkable l´interés potencial de la metodologia ja que els productes finals poden ser transformats fàcilment en productes d´alt valor afegit mitjançant reaccions d´acoplament creuat. Al Capítol 4, s´ha pogut extendre les metodologies de trencament d´enllaços C-C en anells de cuatre baules mitjançant el desenvolupament d´una metodologia catalitzada per Ni entre benzociclobutanones i diens per donar lloc a cicloadicions [4+4]. El mètode va mostrar una preferència específica per la formació d´anells de vuit baules respecte la formació d´anells de sis baules. Aquesta tesi doctoral també ha estudiat el disseny de metodologies de fixació de CO2 i formació d´enllaços C-F mitjançant activació catalítica d´enllaços C-C (Capítol 5). Tot i que no s´han trobat condicions de reacció òptimes, el nostre grup de recerca està actualment involucrat en el disseny de metodologies semblants i s´espera que aquesta recerca permeti el disseny de processos de fixació de CO2 i formació d´enllaços C-F mitjançant trencament C-C en un futur no molt llunyà. / Recientemente la funcionalización catalítica de enlaces C-C ha suscitado un gran interés en la comunidad científica a pesar de los retos que conlleva. Esta tesis doctoral se ha basado en diseñar nuevos procesos catalíticos para la funcionalización de enlaces C-C en anillos de cuatro miembros. Específicamente, se ha demostrado la viabilidad de preparar cetonas con grupos arilo en posición γ usando precatalizadores de Pd para promover la rotura de enlaces C-C en anillos de tert-ciclobutanol utilizando cloruros de arilo y tosilatos como agentes arilantes (Capítulo 2). La transformación se caracteriza por su amplia generalidad y baja carga de catalizador. La selectividad de la reacción puede ser fácilmente controlada por la naturaleza del ligando, en la que fosfinas con grupos ricos en electrones y voluminosos dan los mejores resultados, evitando la β-eliminación de hidrógeno de las especies organometálicas intermedias. Considerando los precedentes del Capítulo 2, se ha extendido esta metodología al acoplamiento con haloacetilenos para preparar cetonas con grupos alquino en posición γ (Capítulo 3). Curiosamente, los substituyentes del grupo alquino juegan un papel fundamental en la reactividad, pudiéndose controlar mediante la utilización de un cierto ligando. En el Capítulo 4, se ha desarrollado una nueva transformación basada en una reacción catalizada por compuestos de Ni para efectuar la síntesis de anillos de ocho eslabones mediante una reacción formal de cicloadición [4+4] de benzociclobutanonas y dienos simples. Curiosamente, dicho método muestra una especial preferencia para formar anillos de ocho eslabones sobre los, a priori, anillos de 6 eslabones que son más estables termodinámicamente. En la presente tesis doctoral se ha estudiado también la viabilidad de llevar a cabo una fijación catalítica de CO2 y la formación de enlaces C-F mediante una rotura de enlaces C-C (Capítulo 5) aunque no se han encontrado las condiciones óptimas para llevar a cabo tales transformaciones. / The means to promote catalytic C-C bond-functionalization has gained a considerable attention in recent years and probably can be considered one of the most challenging and vibrant subjects in organometallic chemistry. This PhD thesis deals with the design of new metal-catalyzed functionalization of C-C bonds in four-membered ring frameworks. Specifically, we have demonstrated the viability of preparing γ-arylated ketones via Pd-catalyzed cleavage of C-C bonds in tert-cyclobutanol using aryl chloride or tosylate counterparts (Chapter 2). The transformation possesses a wide substrate scope and remarkable low catalyst loadings. Selectivity was controlled by the ligand in which electron-rich and sterically-hindered phosphine ligands provided a unique reaction outcome that avoided the proclivity of alkyl metal species towards destructive β−hydride elimination. Prompted by the precedents in Chapter 2, we successfully extended the scope of the metal-catalyzed C-C bond-cleavage of tert-cyclobutanols by using halo acetylene counterparts giving γ-alkynylated ketones (Chapter 3). Interestingly, substituents on the alkyne motif showed a remarkable influence on reactivity. Of particular interest is the application profile of such methodology since γ-alkynylated ketones could promote consecutive metal-catalyzed transformations into valuable synthetic intermediates. In Chapter 4, we extended the interest for C-C bond-cleavage beyond the use of tert-cycñobutanols. Specifically, we developed a Ni-catalyzed C-C bond-cleavage event in benzocyclobutenones for preparing eight-membered rings via formal [4+4]-cycloaddition with dienes (Chapter 4). The method shows a specific preference for eight-membered rings over thermodynamically more stable six-membered rings. This PhD thesis has also studied the development of catalytic CO2 fixation and C-F bond-formation via C-C bond-cleavage (Chapter 5). While we have not found reaction conditions to effect the desired transformations, our research group is actively involved in related catalytic endeavors and it is expected that such research will shed light into the targeted CO2 fixation or C-F bond-forming reactions via C-C bond-cleavage.

Polímers cristall-líquids (PCL) posseeixen propietats que són una combinació entre sòlids cristal·lins i fluids. Actualment, PCL que incorporen elements actius en l'estructura (pe, grups de foto-sensibles, dendrons, etc.) condueixen a un material selectivament sensible. S'informa que els polímers es poden aplicar en diversos sistemes pe com materials amb memòria de forma, sensors o pantalles foto-òptiques. Els nostres estudis se centren en dues aplicacions diferents: microcàpsules fotosensibles per a sistemes de lliurament controlat i les membranes autoacoblades conductores de protons per a la fotosíntesi artificial. La versatilitat i les propietats anisotrópicas de PCL, els fan com a candidats ideals per a nombrosos aplicacions intel·ligents. Per obtenir sistemes amb alliberament foto-activa, una família de copolímers, que conté alfa-estilbè i diferents espaiadors s'han dissenyat i sintetitzat. Alfa-estilbè és un mesogéno foto-actiu. Les microcàpsules basades d'alfa-metilestilbeno, amb vainillina en nucli, estaven preparats. Experiment d'alliberament amb i sense fotoirradiación va demostrar l'eficàcia d'aquest sistema. CLP d'estructura adequada per a auto-acoblament en una estructura columnar que podria ser efectiu en el transport de protons selectiu. Alineació homeotrópica de columnes en una membrana polimèrica permet aconseguir conductivitat de protons. Objectiu del nostre treball va ser: aconseguir estructures organitzades utilitzant poliamines modificades amb un mesógeno dendrític en posició lateral; preparació de membranes orientades usant aquests materials polimèrics; avaluar l'eficàcia de les membranes cap al transport de protons. Es van preparar membranes híbrides de ceràmica / poliamina. El material va mostrar alta conductivitat de protons selectiva i transport aigua-independent. / Actualmente, PCL que incorporan elementos activos en la estructura (p.e., grupos de foto-sensibles, dendrones, etc.) conducen a un material selectivamente sensible. Se informa de que los polímeros se pueden aplicar en varios sistemas p.e. como materiales con memoria de forma, sensores o pantallas foto-ópticas. Nuestros estudios se centran en dos aplicaciones diferentes: microcápsulas fotosensibles para sistemas de entrega controlada y las membranas autoensambladas conductoras de protones para la fotosíntesis artificial. La versatilidad y las propiedades anisotrópicas de PCL, los hacen como candidatos ideales para numerosos aplicaciones inteligentes. Para obtener sistemas con liberación foto-activa, una familia de copolímeros, que contiene alfa-estilbeno y diferentes espaciadores se han diseñado y sintetizado. Alfa-estilbeno es un mesogéno foto-activo. Las microcápsulas basadas de alfa-metilestilbeno, con vainillina en núcleo, estaban preparados. Experimento de liberación con y sin fotoirradiación demostró la eficacia de este sistema. CLP de estructura adecuada para auto-ensamblaje en una estructura columnar que podría ser efectivo en el transporte de protones selectivo. Alineación homeotrópica de columnas en una membrana polimérica permite conseguir conductividad de protones. Objetivo de nuestro trabajo fue: lograr estructuras organizadas utilizando poliaminas modificadas con un mesógeno dendrítico en posición lateral; preparación de membranas orientadas usando estos materiales poliméricos; evaluar la eficacia de las membranas hacia el transporte de protones. Se prepararon membranas híbridas de cerámica/poliamina. El material mostró alta conductividad de protones selectiva y transporte agua-independiente. / Liquid Crystalline Polymers (LCPs) possess properties which are a combination of crystalline solids and fluids. Currently, LCPs which incorporate active elements into the structure (i.e. photo-sensitive groups, dendrons, etc.) lead to selectively sensitive material. It is reported, that those polymers can be applied in a variety of systems i.e. as memory-shape materials, sensors or photo-optical displays. Our studies are focused on two different applications: photosensitive microcapsules for controlled delivery systems and self-assembly proton-conducting membranes for artificial photosynthesis. The extreme versatility and the characteristic anisotropic properties of LCPs, make them the ideal candidates for numerous smart applications. To achieve systems with photo-triggered release, a family of copolymers which contained alpha-methylstilbene and different spacers were designed and synthesized. Alpha-methylstilbene is a well-known photo-active mesogenic group. Microcapsules based on alpha-methylstilbene containing vanillin as a core were prepared. Release experiment in the presence and the absence of photoirradiation proved the effectiveness of this system. LC polymers of proper structure self-assembly into a columnar structure which could be effective in selective proton transport. Homeotropic alignment of columns in a polymeric membrane allows to achieve proton-conductivity. Aim of our work was: achieving organized structures using polyamine modified with a dendritic mesogen in side position; preparing oriented membranes based on this polymeric materials;assessing the effectiveness of the prepared membranes toward proton transport. Hybrid ceramic/polyamine membranes were prepared. The new material showed high selective proton conductivity and water independent transport.

La constatació de la rellevància dels carbohidrats i glicoconjugats en processos de reconeixement cel·lular, regulació i senyalització, proliferació cel·lular i resposta immunitària, així com en funcions estructurals i energètiques reconegudes clàssicament, han portat a un interès creixent en aquestes biomolècules per part de la Glicobiologia i la Ciència dels Materials. Aquest fet ha comportat la necessitat de disposar d’eines complementàries o alternatives a la química convencional per a la síntesi d’aquestes biomolècules i abastir-ne així la demanda generada. Tot això ha propiciat el desenvolupament de noves metodologies sintètiques amb la incorporació d’etapes enzimàtiques. L’any 1998 es va desenvolupar la metodologia glicosintasa basada en un redisseny del centre actiu de glicosidases que actuen amb retenció de configuració per tal de suprimir-ne la seva activitat hidrolítica. L’ús d’aquests enzims modificats permeten la catàlisi eficient de la formació d’enllaços glicosídics quan s’empren donadors glicosídics activats amb la configuració anomèrica oposada a la del substrat de la reacció normal d’hidròlisi En la present Tesi s’aprofundeix en la metodologia glicosintasa tant a nivell mecanístic com aplicat. Es treballa amb dues glicosintases, el mutant E134A de la β-glucanasa de Bacillus lichenisformis i el mutant E383A de β-glucosidasa d’Streptomyces sp. amb les quals s’assoleixen les següents fites: S’estudia la funció del residu D136 en el centre actiu de la glicosintasa E134A de la β-glucanasa de Bacillus lichenisformis. L’anàlisi de dobles mutants, mostra que només el mutant E134A/D136E manté certa activitat glicosintasa, suggerint la seva funció com a residu assistent en el mecanisme enzimàtic. També s’obtenen les glicosintases més actives E134S i E134G de la -glucanasa de Bacillus licheniformis, on la substitució del E134 per Ser resulta en un enzim amb una activitat glicosintasa incrementada 5 vegades (en termes de kcat/KM) en comparació amb el mutant original E134A. Es demostra la utilitat de la glicosintasa E134A de Bacillus licheniformis per sintetitzar 1,3-1,4-β-glucans artificials per polimerització dels donadors disacàrid (Glcβ3GlcαF), trisacàrid (Glcβ4Glcβ3GlcαF) i tetrasacàrid (Glcβ4Glcβ4Glcβ3GlcαF). S’originen polisacàrids constituïts per unitats repetitives dels seus corresponents monòmers units per enllaços β-1,4. La morfologia del polisacàrid depèn de la unitat repetitiva que el forma de manera que per (β4Glcβ3Glc)n i (β4Glcβ4Glcβ4Glcβ3Glc)n s’obtenen esferulites mentre que per (β4Glcβ4Glcβ3Glc)n s’obté un precipitat amorf. Aquests polisacàrids constitueixen nous β-glucans amb estructures homogènies amb una proporció d’enllaços β-1,3 més elevada respecte els β-glucans existents a la natura. El grau de polimerització dels β-glucans obtinguts ve limitat per la solubilitat dels productes de reacció. S’observa que l’ús del mutant més actiu E134S permet estendre la polimerització i assolir polisacàrids d’alt pes molecular en funció de la concentració d’enzim. D’aquesta manera el grau de polimerització (DP) pot ser controlat per l’activitat enzimàtica. Per avaluar la inhibició per producte de l’activitat glicosintasa del mutant E134A se sintetitza l’octasacàrid (β4Glcβ4Glcβ4Glcβ3Glc)2, concloent que el producte de reacció actua com inhibidor competitiu malgrat no té un efecte significatiu en els rendiments preparatius dels productes de polimerització enzimàtica. D’altra banda s’estudia l’activitat glicosintasa del mutant E383A de la β-glucosidasa d’Streptomyces sp. S’observa que aquest presenta activitat hidrolítica i de transglicosidació, fet que queda palès amb la formació de productes secundaris en la reacció glicosintasa. Descartada que aquesta activitat hidrolítica provingui d’una contaminació d’enzim wt, es proposa un mecanisme d’hidròlisi i transglicosidació assistit per anió fluorur com a nucleòfil exogen per la formació d’aquests productes secundaris no esperats. Finalment s’immobilitza amb èxit la glicosintasa E383A de la β-glucosidasa d’Streptomyces sp. sobre reïna Chelating Sepharose FF. L’enzim immobilitzat no mostra millora de la seva estabilitat envers els dissolvents orgànics. No obstant, sí millora pel que fa a estabilitat d’emmagatzemament a 4ºC i pH 7 en comparació amb la seva forma lliure i permet la seva reutilització fins a 9 cicles mantenint el 90% de l’activitat inicial. / La constatación de la relevancia de los carbohidratos y glicoconjugados en procesos de reconocimiento celular, regulación y señalización, proliferación celular y respuesta inmunitaria, así como en las funciones estructurales y energéticas reconocidas de forma clásica, han llevado a un interés creciente en estas biomoléculas por parte de la Glicobiología y de la Ciencia de los Materiales. Este hecho ha comportado la necesidad de disponer de herramientas complementarias o alternativas a la química convencional para la síntesis de estas biomoléculas y poder abastecer así la demanda generada. Todo ello ha propiciado el desarrollo de nuevas metodologías sintéticas con la incorporación de etapas enzimáticas. En 1998 se desarrolló la metodología glicosintasa basada en un rediseño del centro activo de glicosidasas que actúan con retención de configuración con la finalidad de suprimir su actividad hidrolítica. El uso de estas enzimas modificadas permite la catálisis eficiente de la formación de enlaces glicosídicos cuando se utilizan dadores glicosídicos activados con la configuración anomérica opuesta a la del sustrato de la reacción normal de hidrólisis. En la presente Tesis se profundiza en la metodología glicosintasa tanto a nivel mecanístico como aplicado. Se trabaja con dos glicosintasas, el mutante E134A de la β-glucanasa de Bacillus licheniformis y el mutante E383A de la β-glucosidasa de Streptomyces sp., con las que se consiguen los siguientes hitos: Se estudia la función del residuo D136 en el centro activo de la glicosintasa E134A de la β-glucanasa de Bacillus licheniformis. El análisis con dobles mutantes, muestra que solo la variante E134A/D136D mantiene cierta actividad glicosintasa, sugiriendo su función como residuo asistente en el mecanismo enzimático. También se obtienen las glicosintasas más activas E134S y E134G de la β-glucanasa de Bacillus licheniformis, donde la sustitución del E134 por Ser da como resultado una variante con una actividad glicosintasa incrementada 5 veces (en términos de kcat/KM) en comparación con la variante original E134A. Se demuestra la utilidad de la glicosintasa E134A de Bacillus licheniformis para sintetizar 1,3-1,4-β-glucanos artificiales por polimerización de los dadores disacárido (Glcβ3GlcαF), trisacárido (Glcβ4Glcβ3GlcαF) y tetrasacárido (Glcβ4Glcβ4Glcβ3GlcαF). Se originan polisacáridos constituidos por unidades repetitivas de sus correspondientes monómeros unidos por enlaces β-1,4. La morfología del polisacárido depende de la unidad repetitiva que lo forma de manera que para el (β4Glcβ3Glc)n y el (β4Glcβ4Glcβ4Glcβ3Glc)n se obtienen esferulitas mientras que para el (β4Glcβ4Glcβ3Glc)n se obtiene un precipitado amorfo. Estos polisacáridos constituyen nuevos β-glucanos con estructuras homogéneas con una proporción de enlaces β-1,3 más elevada respecto a los β-glucanos existentes en la naturaleza. El grado de polimerización de los β-glucanos obtenidos viene limitado por la solubilidad de los productos de reacción. Se observa que el uso de la variante más activa E134S permite extender la polimeritzación y conseguir polisacáridos de alto peso molecular en función de la concentración de enzima. De esta manera el grado de polimerización (DP) puede controlarse mediante la actividad enzimática. Para evaluar la inhibición por producto de la actividad glicosintasa de la variante E134A se sintetiza el octasacárido (β4Glcβ4Glcβ4Glcβ3Glc)2, concluyendo que el producto de reacción actúa como inhibidor competitivo aunque no tiene un efecto significativo en los rendimientos preparativos de los productos de polimerización enzimática. Por otra parte, se estudia la actividad glicosintasa de la variante E383A de la β-glucosidasa de Streptomyces sp. Se observa que este mutante presenta actividad hidrolítica y de transglicosidación, hecho que queda patente con la formación de productos secundarios en la reacción glicosintasa. Una vez descartada que la actividad hidrolítica provenga de una contaminación por enzima wt, se propone un mecanismo de hidrólisis y transglicosidación asistido por anión fluoruro como nucleófilo exógeno para la formación de estos productos secundarios no esperados. Finalmente se inmoviliza con éxito la glicosintasa E383A de la β-glucosidasa de Streptomyces sp. sobre resina Chelating Sepharose FF. La enzima inmovilizada no muestra mejora en cuanto a estabilidad frente a disolventes orgánicos. No obstante, sí mejora en términos de estabilidad de almacenamiento a 4ºC y pH 7 en comparación con la forma libre y permite su reutilización hasta 9 ciclos manteniendo el 90% de la actividad inicial. / The verification of the relevance of carbohydrates and glycoconjugates in cellular recognition processes, regulation and signaling, cellular proliferation and immunologic response, as well as in structural and energetic functions, has led to an increasing interest in these biomolecules from Glicobiology and Material Science. This fact has turned into a necessity to endow this increasing demand with synthetic tools that are alternative or complementary to conventional chemistry. This has prompted the development of new synthetic methodologies with the inclusion of enzymatic steps. In 1998, Glycosynthase methodology was developed. Glycosynthases are mutated retaining glycosidases in which the catalytic nucleophile has been replaced by an inert residue, resulting in an enzyme hydrolytically inactive but able to catalyze the formation of glycosidic bonds with glycosyl fluoride donors having the opposite anomeric configuration than the normal substrate of the wild-type enzyme. This Thesis goes into detail about the Glycosynthase methodology both on a mechanistic and applied level. Two glycosynthases are used for this purpose, the E134A mutant of the -glucanase from Bacillus licheniformis and the E383A mutant of the -glucosidase from Streptomyces sp., with the following results: The function of D136 residue in the catalytic site of the E134A glycosynthase is studied. The analysis with double mutant shows that only the E134A/D136G mutant maintains some glycosynthase activity, suggesting that it acts as an assistant residue in the enzymatic mechanism. Additionally, the more active glycosynhases E134S and E134G are obtained, where the substitution of E134 for serine results in a five-fold reactivity increase (in terms ofkcat/KM) compared to the original E134A glycosynthase. The E134A glycosynthase derived frorm the Bacillus licheniformis -glucanase is able to synthesize artificial 1,3-1,4--glucans by polymerization of the following glycosyl fluoride donors: Glcβ3GlcαF, Glcβ4Glcβ3GlcαF and Glcβ4Glcβ4Glcβ3GlcαF. These polysaccharides are formed by repeating units of their corresponding monomers connected by 1,4 linkages. Polysaccharide morphology depends on the repeating unit, so that for the (β4Glcβ3Glc)n and the (β4Glcβ4Glcβ4Glcβ3Glc)n spherulites are observed whereas for the (β4Glcβ4Glcβ3Glc)n an amorphous precipitated is recovered. These polysaccharides are new artificial -glucans with regular structures presenting a 1,3 linkage content higher than observed in nature. The degree of polymerization of the new -glucans is limited by the solubility of the reaction products. The use of the more active E134S mutant allows reaching larger polymers and rendering high molecular mass polysaccharides as a function of enzyme concentration. In this way, the degree of polymerization (DP) can be modulated by enzyme activity. In order to evaluate the product inhibition of the glycosynthase reaction catalyzed by the E134A mutant, the octasaccharide substrate (β4Glcβ4Glcβ4Glcβ3Glc)2, is synthesized, concluding that the reaction product acts as a competitive inhibitor, even though there is not a significant effect on the preparative yields of the enzymatic polymerization products. On the other hand, the E383A glycosynthase derived from the Streptomyces sp. is studied. This mutant presents both hydrolytic and transglycosidation activity, thus the formation of secondary products on the glycosynthase reaction is observed. No contamination of wt enzyme is detected. An hydrolytic and transglycosidation mechanism concerning assisted by fluoride as an exogenous nucleophile is proposed as an explanation for the formation of unexpected secondary products. Finally, E383A β-glucosidasa from Streptomyces sp. is immobilized on Chelating Sepharose FF resin. Immobilization does not increase stability to organic solvents, but the storage stability at 4ºC and pH 7 is clearly enhanced. Additionally, the operation stability is improved, thus the immobilized enzyme maintains 90% of activity along 9 operational cycles.

de la tesi titulada: 'Catalytic asymmetric hydroboration reaction of alkenes recycling of a catalyst'.Si ens preguntem per la importància de les molècules asimètriques és just reconèixer que el món és quiral. La majoria de compostos orgànics que pertanyen als aromes, cosmètics, fàrmacs, nutrients, perfums, pesticides i vitamines, són alguns exemples de productes que tenen els seus principis actius en molècules enantiomèricament pures. La síntesi asimètrica és l'eina que ens permet generar substàncies òpticament actives a partir de substrats de fàcil accessibilitat, mitjançant l'acció d'un agent quiral. En aquest context, la catàlisi asimètrica pren importància no només per la capacitat de que un catalitzador format per un complex organometàl·lic, augmenti la velocitat de la reacció, sinó perquè permeti obtenir únicament o de forma majoritària l'enantiòmer desitjat. Actualment, cada cop més es va prenent consciència de la necessitat de desenvolupar processos respectuosos amb el medi ambient alhora que la indústria demanda que aquests siguin de baix cost. L'estudi de la capacitat de recuperar el sistema catalític homogeni del medi de reacció és de gran interès pel desenvolupament de reaccions versàtils i igualment eficaces per a una possible aplicació posterior en l'àmbit de la indústria on s'utilitzen elevades quantitats de catalitzador. El reciclatge, doncs, es presenta com una solució neta i senzilla que permet disminuir les despeses econòmiques i reduir l'impacte mediambiental.Al llarg d'aquesta tesi el lector pot diferenciar dos objectius principals: 1) l'estudi en profunditat de la reacció catalítica d'hidroboració asimètrica, el coneixement del cicle catalític de la reacció, fa possible entendre l'activitat i selectivitat del sistema catalític juntament amb el paper dels substrats i dels reactius, i 2) el desenvolupament de sistemes catalítics heterogenitzats que permeten el seu reciclatge. Per assolir aquests objectius es va plantejar l'estudi del mecanisme de la reacció d'hidroboració catalítica asimètrica la qual es va estendre a diversos substrats (vinilarens i perfluoroalquens). A més a més, es van estudiar diferents sistemes catalítics catiònics de Rh i Ir immobilitzats en argiles tipus esmectites (montmorillonita K-10 i bentonita) i en suports sintètics (silanotriolats de sodi) per ser aplicats en diverses reacció catalítiques heterogenitzades (hidroboració, sonogashira i dihidroboració). / of the thesis titled: 'Catalytic asymmetric hydroboration reaction of alkenes recycling of a catalyst'.The world is chiral. Most organic compounds are chiral. Chemists working with perfumes, cosmetics, nutrients, flavours, pesticides, vitamins, and pharmaceuticals, to name a few examples, require access to enantiomerically pure compounds. But, how might we obtain enantiomerically pure compounds? The asymmetric synthesis permits to convert an achiral substance into a chiral, nonracemic one by the action of a chiral reagent. In this context, the asymmetric catalysis is of some importance. The catalysed reaction can be accelerated by small amounts of transition-metal complexes. In addition, it is an interesting strategy for enantioselectivity of the process.The chiral catalytic system must be designed so that it can be easily recovered from the products and reused, and which responds to the challenge of improving the environmental and economic viability of the asymmetric process. All this point, we planned to develop in the present thesis the following aspects: 1) understand how high activity and selectivity can be generated thought the hydroboration process and 2) design of a chiral catalytic system that can be easily recovered form the products and reused in the catalytic asymmetric hydroboration reaction.

La present tesi es va centrar en explorar noves estratègies de preparació i modificació de nanoarquitecturas basades en nanocebollas de carboni amb l'objectiu d'expandir les seves aplicacions mitjançant la construcció de nous sistemes de detecció amb propietats millorades. Aquests nanomaterials van ser preparats de manera controlada per escalfament de nanodiamant i van ser dipositats en superfícies d'elèctrodes. Es van obtenir dispersions en solució aquosa emprant interaccions supramoleculars i es van implementar en sensors per molècules petites, proteïnes i ADN amb alta sensibilitat. Encara que alguns d'aquests sistemes no van ser completament optimitzats, dels resultats obtinguts resulta evident el potential que posseeixen aquests materials en bioanàlisi donades les seves avantatges respecte a altres nanomaterials. Els resultats obtinguts també obren noves portes per a altres aplicacions, per exemple en electrònica molecular o cel·les fotovoltaiques en els quals poden exercir un paper important en el seu funcionament donades les seves propietats electròniques i interfacials. / La presente tesis se centró en explorar nuevas estrategias de preparación y modificación de nanoarquitecturas basadas en nanocebollas de carbono con el objetivo de expandir sus aplicaciones mediante la construcción de novedosos sistemas de detección con propiedades mejoradas. Estos nanomateriales fueron preparados de manera controlada por calentamiento de nanodiamante y fueron depositados en superficies de electrodos. Se obtuvieron dispersiones en solución acuosa empleando interacciones supramoleculares y se implementaron en sensores para moléculas pequeñas, proteínas y ADN con alta sensibilidad. Aunque algunos de estos sistemas no fueron completamente optimizados, de los resultados obtenidos resulta evidente el potential que poseen estos materiales en bioanálisis dadas sus ventajas con respecto a otros nanomateriales. Los resultados obtenidos también abren nuevas puertas para otras aplicaciones, por ejemplo en electrónica molecular o celdas fotovoltaicas en los que pueden ejercer un rol importante en su funcionamiento dadas sus propiedades electrónicas e interfaciales. . / The focus of the present thesis was to explore strategies for the preparation and modification of novel nanoarchitectures based on CNOs to expand their current applications in the construction of novel detection systems with improved performances. These nanomaterials were prepared in a controlled manner by nanodiamond annealing and were deposited on electrode surfaces by simple casting methods. They were successfully dispersed in aqueous solution using a supramolecular strategy and implemented in detection systems for small molecules, proteins and DNA with enhanced sensitivity and improved analytical properties. Although some of the biosensor platforms developed in this work were not fully optimized, it is clear that the use of carbon nano-onions in biosensing has many promising advantages over other nanomaterials. Our results also open up new possibilities for many other applications such as photovoltaics or molecular electronics in which the interfacial and electronic properties of carbon nano-onions can play an important role in the fabrication and performance of these devices.