La presente tesis doctoral describe la investigación sobre reacciones de cicloadición 1,3-dipolares, concretamente, la síntesis de moléculas que presentan pirrolidinas, pirrolizidinas δ-lactamas y dicetopiperacinas en su estructura. La preparación de estos compuestos se debe, principalmente, a las actividades biológicas que presentan dichas estructuras heterocíclicas. Además, la tesis está constituida por una introducción general y tres capítulos, los cuales describen la síntesis de compuestos N-heterocíclicos de manera diastereoselectiva. La introducción general describe las reacciones de cicloadición 1,3-dipolares, su importancia y sus características. El capítulo 1 describe la síntesis diastereoselectiva de pirrolidinas espirocíclicas catalizada por acetato de plata. El capítulo 2 se basa en el estudio de reacciones multicomponente para la preparación de pirrolizidinas. En concreto, la reacción se lleva a cabo de manera diastereoselectiva y el proceso se rige por 1,2-prototropía en una reacción 1,3-dipolar via descarboxilativa. El capítulo 3 detalla la síntesis secuencial de derivados de exo-3,5-difenil-4-nitroprolinatos de metilo sustituidos mediante una cicloadición 1,3-dipolar enantioselectiva seguido de una adición de tipo Michael diastereoselectiva. / The present work has been possible thanks to funding from the Spanish Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, Agencia Estatal de Investigación (AEI) and Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER, EU) (projects CTQ2016-76782-P, CTQ2016-80375-P, CTQ2017-82935-P and PID2019-107268GB-I00), Generalitat Valenciana (APOTIP/2020/002) and the University of Alicante.