Les biopuces sont des outils d'analyse et de diagnostic de plus en plus utilisés dans le domaine de la génétique et de la pharmacie. Cette thèse s'est plus particulièrement intéressée aux puces à ADN qui sont constituées d'un support sur lequel sont fixés des brins d'ADN. On détecte l'hybridation de ces brins avec des cibles de séquence complémentaire présentes au sein d'un échantillon. Cette détection se fait généralement par des mesures de fluorescence. En l'absence de marqueurs fluorescents on utilise souvent une détection par résonance plasmon. Cette thèse a permis de développer de nouvelles architectures visant à améliorer les performances finales de ces dispositifs. La sensibilité (optimisation de la densité de sondes), la sélectivité (minimisation des adsorptions non spécifiques) et la reproductibilité sont très fortement dépendantes de la structure et des propriétés physico-chimiques de la première couche moléculaire utilisée pour l'immobilisation des sondes. L'incorporation d'une couche de silicium amorphe carboné au sein de l'architecture a permis de tirer profit des avancées réalisées ces dernières années dans la chimie de greffage du silicium. En optimisant les caractéristiques de cette couche, on réalise des biopuces présentant une grande stabilité et une sensibilité augmentée tant pour la fluorescence que pour la résonance plasmon. En combinant les deux techniques au sein d'un même capteur réutilisable, on peut détecter in situ et en temps réel l'hybridation de brins d'ADN présents dans une solution très diluée (5 10-15 mol/L) et discriminer efficacement des cibles présentant seulement un mésappariement dans leur séquence.

A detailed mechanistic investigation of the previously reported ruthenium pseudo-dipeptide-catalyzed asymmetric transfer hydrogenation (ATH) of aromatic ketones was performed. It was found that the addition of alkali metals has a large influence on both the reaction rate and the selectivity, and that the rate of the reaction was substantially increased when THF was used as a co-solvent. A novel bimetallic mechanism for the ruthenium pseudo-dipeptide-catalyzed asymmetric reduction of prochiral ketones was proposed. There is a demand for a larger substrate scope in the ATH reaction, and heteroaromatic ketones are traditionally more challenging substrates. Normally a catalyst is developed for one benchmark substrate, and a substrate screen is carried out with the best performing catalyst. There is a high probability that for different substrates, another catalyst could outperform the one used. To circumvent this issue, a multiple screen was executed, employing a variety of ligands from different families within our group’s ligand library, and different heteroaromatic ketones to fine-tune and to find the optimum catalyst depending on the substrate. The acquired information was used in the formal total syntheses of (R)-fluoxetine and (S)-duloxetine, where the key reduction step was performed with high enantioselectivities and high yield, in each case. Furthermore, a new iron-N-heterocyclic carbene (NHC)-catalyzed hydrosilylation (HS) protocol was developed. An active catalyst was formed in situ from readily available imidazolium salts together with an iron source, and the inexpensive and benign polymethylhydrosiloxane (PMHS) was used as hydride donor. A set of sterically less demanding, potentially bidentate NHC precursors was prepared. The effect proved to be remarkable, and an unprecedented activity was observed when combining them with iron. The same system was also explored in the reduction of amides to amines with satisfactory results. / <p>At the time of doctoral defense, the following paper was unpublished and had a status as follows: Paper 2: Manuscript.</p>

Silicone release liners are silicone coatings on top of papers or films that are used in the adhesives industry to prevent adhesion before the final use of the adhesive e.g. labels. The process of production of release liners involves the casting of molten polysiloxanes on top of the substrates that crosslink by hydrosilylation reaction forming silicone networks. The quality of the release liner can be assessed by diverse methods usually performed when the coating process has been finished. Rarely an online control of the reaction is possible. Fluorescence spectroscopy was found to be a non-invasive useful method to control the reaction during the whole process by introducing very small concentration of fluorescent molecules in the polymer formulations; those fluorophores are sensitive to environmental changes as the silicone polymer molecules crosslink. In response to that stimulus, the fluorescence intensity varies along the time upon reaction allowing the identification of the gel point and further modifications or molecules rearrangements in a post-curing stage within weeks that are non-observable with conventional quality control methods. It was found that the fluorescent molecules do not require to be attached covalently to the polysiloxanes, thus fluorescence spectroscopy is a simple method to implement for controlling the production of silicone coatings. Moreover, the characterization of several silicone formulations was performed to find the optimal conditions for the production of release liners and to understand the effect of every component in the formulation on the performance of the silicones. The kinetics of the reaction was also studied and even a mechanism for the hydrosilylation reaction was proposed.

No description available.

This thesis deals with secondary interactions in asymmetric catalysis and their impact on the outcome of catalytic reactions. The first part revolves around the metal-catalyzed asymmetric allylic alkylation reaction and how interactions within the catalyst affect the stereochemistry. An OH–Pd hydrogen bond in Pd(0)–π-olefin complexes of hydroxy-containing oxazoline ligands was identified by density functional theory computations and helped to rationalize the contrasting results obtained employing hydroxy- and methoxy-containing ligands in the catalytic reaction. This type of hydrogen bond was further studied in phenanthroline metal complexes. As expected for a hydrogen bond, the strength of the bond was found to increase with increased electron density at the metal and with increased acidity of the hydroxy protons. The second part deals with the use of hydroxy- and methoxy-containing phosphinooxazoline ligands in the rhodium- and iridium-catalyzed asymmetric hydrosilylation reaction. The enantioselectivities obtained were profoundly enhanced upon the addition of silver salts. This phenomenon was explained by an oxygen–metal coordination in the catalytic complexes, which was confirmed by NMR studies of an iridium complex. Interestingly, the rhodium and iridium catalysts nearly serve as pseudo-enantiomers giving products with different absolute configurations. The final part deals with ditopic pyridinobisoxazoline ligands and the application of their metal complexes in asymmetric cyanation reactions. Upon complexation, these ligands provide catalysts with both Lewis acidic and Lewis basic sites, capable of activating both the substrate and the cyanation reagent. Lanthanide and aluminum complexes of these ligands were found to catalyze the addition of the fairly unreactive cyanation reagents ethyl cyanoformate and acetyl cyanide to benzaldehyde, whereas complexes of ligands lacking the Lewis basic coordination sites failed to do so. / QC 20100709

Els polímers són una sèrie de compostos que troben un ampli ventall d'aplicacions en la indústria actual. Un exemple són les espumes de poliuretà, estructures de tipus cel·lular obtingudes mitjançant la reacció química entre compostos de tipus isocianat i compostos de tipus poliol (polièters amb diferent nombre de grups hidroxil). És imprescindible l'ús d'additius d'estructura tensioactiva (surfactants de silicona) per estabilitzar el procés d'espumació i per proporcionar una estructura cel·lular ordenada i homogènia en mida i distribució. La síntesis i caracterització de les molècules precursores (polihidrosiloxans i polièters al·lílics), l'estudi de la reacció d'hidrosililació com a via d'obtenció dels diferents surfactants per reacció d'addició entre els polihidrosiloxans i els polièters al·lílics i la caracterització i avaluació en formulacions comercials de poliuretà dels surfactants sintetitzats han constituït els objectius del present treball.MEMÒRIALa Tesi Doctoral ha estat presentada seguint el següent esquema:CAPÍTOL I. INTRODUCCIÓ A LA QUÍMICA DEL POLIURETÀ.Es presenten els principis de la química del poliuretà, fent esment dels recents avenços en la síntesis i caracterització d'aquests compostos polimèrics, així com un apartat concret centrat en els surfactants de silicona. Es presenten les estructures habituals d'aquests compostos comercials i es detallen les reaccions de síntesi i les característiques físiques que aquests compostos proporcionen a les espumes de poliuretà.CAPÍTOL II. OBJECTIUS.1.- Síntesis y caracterització d'una àmplia gamma de poliglicols al·lílics i de polihidrosiloxans amb grups hidrur reactius, ambdós precursors d'estructures polimèriques de tipus surfactant.2.- Estudi de la reacció d'hidrosililació com a via de formació d'enllaços Si-C no hidrolitzables, mitjançant la reacció d'addició entre els substrats al·lílics insaturats i els polisiloxans amb grups hidrur reactius.3.- Caracterització de les estructures polimèriques de tipus surfactant sintetitzades i avaluació d'aquestes en formulacions de poliuretà, a fi de relacionar l'estructura química d'aquests oligómers amb els efectes físics que originen en l'espuma de poliuretà.CAPÍTOL III. SÍNTESI I CARACTERITZACIÓ DE SUBSTRATS AL·LÍLICS INSATURATS DE TIPUS POLIGLICOL.S'han caracteritzat per HPLC-UV una sèrie de polietilenglicols comercials. S'ha estudiat la reacció de derivatització al·lílica sobre els grups hidroxil dels polièters comercials (PEG, PPG i copolímers PEG-PPG) i s'han caracteritzat exhaustivament els productes sintetitzats (1H,13C-RMN, GC, GC-MS, FTIR, ESI-MS, HPLC-UV). S'ha iniciat un estudi de polimerització aniònica sobre nous epòxids amb un punt de diversitat molecular, sintetitzant-se i caracteritzant-se els corresponents nous polièters obtinguts. CAPÍTOL IV. SÍNTESI I CARACTERITZACIÓ DE POLIHIDROSILOXANS REACTIUS.S'estudia la síntesis de polihidrosiloxans amb grups hidrur reactius, mitjançant la reacció de polimerització aniònica d'obertura d'anell ("AROP, anionic ring opening polimerization") i mitjançant la reacció de polimerització per equilibració catiònica. Es presenta una caracterització exhaustiva dels productes sintetitzats i es descriu la naturalesa de la microestructura polimèrica a partir de la distribució bivariant dels copolímers PDMS-co-PHMS (poli(dimetilsiloxà)-co-poli(hidrometilsiloxà)).CAPÍTOL V. ESTUDI SISTEMÀTIC DE LA REACCIÓ D'HIDROSILILACIÓ.S'ha estudiat la reacció d'hidrosililació amb la finalitat de sintetitzar estructures copolimèriques poliglicol-polisiloxà a partir de la reacció de polisiloxans hidrur reactius i polièters al·lílics. S'han provat diferents catalitzadors (Pt/C 5%, cat. de Speier i cat. de Karstedt), s'han sintetitzat diferents estructures tensoactives (lineals i ramificades) i s'ha modelitzat les diferents reaccions secundàries observades, per presentar un estudi mecanístic de la reacció d'hidrosililació aplicada a la síntesis de molècules d'elevat PM a partir de la reacció entre substrats al·lílics insaturats i polihidrosiloxans.CAPÍTOL VI. AVALUACIÓ DELS SURFACTANTS EN FORMULACIONS DE POLIURETÀ.S'ha estudiat la idoneïtat dels surfactants de silicona sintetitzats en diferents formulacions de poliuretà comercials. S'ha relacionat el comportament físic d'aquests surfactants en les espumes de poliuretà amb la seva estructura química a partir de l'anàlisi per microscòpia electrònica de rastreig.CAPÍTOL VII. CONCLUSIONS.S'han esposat les conclusions extretes de cada capítol. / The present review has been structured in three parts, firstly a general introduction to polyurethane chemistry and the specific role that silicone surfactants develop, secondly a memory that contents a concise description of the PhD Thesis structure and finally the presentation of the results obtained and their discussion.1.- INTRODUCTIONPolyurethane is one of the most important polymers used in the industry worldwide. The reaction, discovered in 1937 by Otto Bayer, consists in a polyaddition reaction between hydroxyl compounds and isocyanate groups. This reaction forms the new urethane group (strictly a carbamat group) that provide the chemical structure of the polymer. In the presence of different amounts of water, another reaction is involved, between isocyanate groups and water, in order to obtain urea groups. This reaction is very important because, besides generates new polyurea structures it generates carbon dioxide (CO2), the blowing aggent mostly used in the formulations of polyurethane.Actually, a lot of applications of polyurethane products take advantage on the specific cellular structure that presents, specially flexible foams in mattresses, sofas, seats, rigid foams as insulation panels and semi-rigid foams in the automotive industry. The cellular structure is obtained in the foaming process of the reaction, which involves the generation of a gas (usually CO2 although other compounds like pentane, HCFC's and external CO2 had been used) and the growing of the cell because of the exothermic process. The foaming process is usually an unstable state that needs the participation of a surfactant, a silicone structure that provides the necessary stabilizing capacity in the foaming process. Moreover, another important feature of silicone surfactants is to improve the order and distribution of the cells in the foam.Generally, the chemical structure of silicone surfactants is co polymeric, consisting in an hydrophobic part composed by the polysiloxane group and an hydrophilic part, usually being made up of different types of polyether structures. This different physical behaviour in the same molecule provides the specific characteristics of silicone surfactants. In order to obtain commercially available surfactants, it has been necessary to study the synthesis and the characterization of the components in the surfactant molecule (the polyether and the polysiloxane groups) and to perform a study of the hydrosilylation, the chemical reaction that generates the co polymeric structure by the reaction between the polyether and the polysiloxane constituents.2.- PhD THESIS STRUCTUREThe thesis has been organized in seven chapters, being the first of them the introduction to polyurethane chemistry. In the second chapter are exposed the aims of the work. The third chapter is the synthesis and characterization of polyether type unsaturated substrates, the fourth is the synthesis and characterization of reactive polyhydrosiloxanes and the fifth is the systematic study on the hydrosilylation reaction. The evaluation of surfactants in different polyurethane formulations is described in the sixth chapter whereas the concluding remarks have been reported in the seventh chapter.3.- RESULTS AND DISCUSSIONThe first part of this study details the synthesis and characterization of unsaturated polyethers, substrates of the hydrosilylation reaction. Thus, the allylic modification of commercial monohidroxy polyethers has allowed the synthesis of this unsaturated substrates that can react through hydrosilylation reaction with Si-H bonds. In order to obtain new polyether structures, an investigation about the anionic polymerisation of new epoxies has been developed. These new polyether structures have been extensively characterized to estimate the polymerization degree and their molecular weight.The synthesis and characterization of reactive polysiloxane compounds (containing Si-H bonds in their structure) has been the second aim of this work. In order to obtain these polysiloxane structures, both anionic polymerization of cyclic trisiloxane compounds and cationic polymerization have been studied. Its interesting to emphasize that the results have shown that the microstructure of the copolymeric poly(dimethylsiloxane)-co-poly(hidromethylsiloxane) is statistical in the monomeric distribution (based on MALDI-TOF-MS and 29Si-RMN results), thus the chemical composition along the polymer chain become constant.Little information has been reported in the literature about the hydrosilylation as source of polymer structures. In order to clarify the synthetic behaviour of the reaction between polysiloxanes with Si-H bonds and allylic polyethers, an exhaustive study of the hydrosilylation as been developed. Different catalysts (Speier's, Karstedt's and an heterogeneous Pt/C 5% have been studied), concluding that the Karstedt catalyst has given the better behaviour.Finally, the evaluation of the surfactant structures synthesized in different commercially available polyurethane formulations as allowed obtaining a relation between the chemical structure of the silicone surfactant and the physical behavior in the foaming process. SEM has been the technique of choice to better characterize the otained foams.

L'électronique moléculaire cherche à exploiter les propriétés de transport des électrons d'une ou d'un petit ensemble de molécules à travers les orbitales frontières. Son développement passe par la réalisation de composés hybrides, alliant des éléments actifs moléculaires à la technologie CMOS actuelle. Le but de ce travail est la réalisation d'un dispositif de ce type dans lequel une monocouche moléculaire complexe constitue le coeur électroactif d'un dispositif vertical. L'électrode inférieure est constituée par le substrat de silicium sur lequel la monocouche est greffée de façon covalente. L'électrode supérieure est constituée d'un nanotube de carbone simple paroi. Cette électrode nanométrique préconstruite limite le nombre de molécules connectés. Le nanotube est ensuite connecté à électrodes d'or construite par un procédé top-down classique.<br />La première partie de ce travail c'est donc concentrée sur la synthèse multiétapes de monocouches moléculaires complexes greffées sur surfaces de silicium terminé hydrogène. Ce procédé implique trois étapes : la réalisation de substrats de silicium (111) terminés hydrogène atomiquement plans par gravure humide anisotrope, puis la formation d'une monocouche d'accroche aliphatique portant un groupement fonctionnel par greffage covalent sur ces substrats et enfin l'utilisation de ces couches d'accroche dans des réactions chimiques classiques pour la formation complète de l'édifice cible. Ce procédé séquentiel a été choisi de façon à ne pas détérioré l'édifice moléculaire par les conditions de greffage sur le silicium. Pour la formation de la monocouche d'accroche, deux méthodes de greffages ont été particulièrement étudiées : l'hydrosilylation thermiques d'alc-1-ènes w-fonctionnalisés et le greffage par clivage électrochimique de composés halogénés. L'un des résultats principal apporté par ce travail est l'influence de l'encombrement stérique du groupement fonctionnel terminal sur la compacité de la monocouche obtenue. Enfin, la réactivité de monocouches d'accroche terminées carboxyl et ester N-succinimidyl a été mise à profit dans des réactions d'estérification et d'amidification douces pour construire les édifices cibles. Au cours de ces trois étapes, les surfaces ont été caractérisées par FTIR-ATR, XPS et AFM. Une attention particulière est portée sur la réoxydation du substrat de silicium au cours des différentes étapes.<br />Dans une seconde partie, nous nous sommes attachés à réaliser par des méthodes de nanofabrication top-down classiques un dispositif électronique permettant d'interfacer la monocouche greffée sur silicium à des électrodes microscopiques. Ce dispositif présente un profil en double tranchée réalisé dans un oxyde épais. Il constitue un début de réponse à deux contraintes antagonistes caractéristiques de l'électronique moléculaire : d'une part le nanotube de carbone doit toucher la monocouche, épaisse de quelques nanomètres, et d'autre part, les contacts entre le nanotube et les électrodes d'or doivent être réalisés sur une épaisseur d'oxyde suffisante pour éviter tout courant de fuite avec le silicium sous-jacent. Sans avoir permis de mesure des propriétés électroniques de la monocouche, ce dispositif constitue cependant un premier pas vers l'intégration de composant actifs moléculaires dans une architecture CMOS.

Thèse de doctorat : Sciences : Strasbourg 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliogr.

L’un des axes de recherche du laboratoire Synthèse Métallo-Induites consiste en le développement de nouveaux complexes métallacycliques à chiralité planaire. Le défi majeur de cette thèse, a été l’élaboration de nouvelles approches sélectives de synthèse de complexes cationiques et neutres métallacyliques à chiralité planaire dont le métal chélaté est un centrestéréogène pseudo-tétraédrique.Le projet de thèse fut initié lors de l’étude d’une réaction inhabituelle de cycloruthénation d’un ligand dérivé de la 2-phénylpyridine qui était capable de produire un complexe ruthénacyclique OC-6 triscationique, homobinucléaire et à chiralité planaire comme produit secondaire en une seule étape à partir de substrats simples. Ce type de produit homobinucléaire ne peut se former uniquement que lorsqu’un groupement fortement donneur comme le N,N-diméthylamino (-NMe2) est présent sur le ligand départ. C’est donc à la lumière de ce résultat que nous avons engagé une étude systématique de la synthèse de nouveaux composés iridacycliques à chiralité planaire. Les fragments métalliques positivement chargés (Cp*Ir2+, Cp*Ru+) et neutre (Cr(CO)3) pourraient p-coordiner un fragment aryle riche en électrons d’un composé cyclométallé suivant un cours stéréochimiqueconditionné par la nature des entités ainsi introduites. Une des conséquences inattendues de ces recherches est l’émergence du concept de chiralité constitutionnelle déportée qui a surgi lors de l’étude du comportement conformationnel du complexe endo dicationique IrIr(NMe2) dont les groupes méthyles portés par le substituant N,N-diméthylamino dénotent une diastéréotopicité remarquable en spectroscopie de RMN 1H.A cette quête fondamentale de sélectivité s’est aussi greffée une exploration des propriétés catalytiques de nos complexes qui se sont révélés comme d’excellents précatalyseurs pour la promotion de réactions comme l’oxydation de l’eau et l’hydroamination/hydrosilylation d’alcynes vrais. / One of the main research domain in the laboratory of «Synthèse Metallo-Induites» consists in the development of new planar chiral metallacycles complexes. The challenge of this thesis was the development of new selective approaches for the synthesis of new cationic and neutral planar chiral metallacycles complexes in which the chelated metal is a pseudotetrahedral stereogenic center.The thesis project was initiated by the study of the unusual cycloruthenation of a 2-phenylpyridine ligand which was able to produce a tris-cationic homobimetallic planar chiral ruthenacycle as secondary product in a one step reaction starting from simple substrates. This type of homobimetallic product is only formed when a strong electrodonationg group as NMe2 is present on the starting ligand. In view of this result, we engaged a systematic study by synthesizing new planar chiral iridacycles compounds. The positively charged metal fragments (Cp*Ir2+, Cp*Ru+) and neutral (Cr(CO)3) may p-coordinate the electronic rich aryl fragment of the iridacyclic compound by virtue of the coulombic imbalance in the coordination sphere of the chelated metal center. One of the unexpected consequence of this research is the emergence of the concept ″deported constitutional chirality″, which appeared during the study of the conformational behaviour of an endodicationiciridacyclic complex where the methyl groups carried by the N,N-dimethylamino substituent diastereotopicity.To this fundamental quest for selectivity an explanation of the catalytic proprieties of our complexes was added. They were found to be good precatalysts for the promotion of the water oxidation catalysis and to be promising catalysts for tandem hydroamination/hydrosilation of terminal alkynes.

[ES] La presente tesis doctoral se enmarca en el ámbito de la Química Sostenible, en el cual se identifica la catálisis como una de las herramientas más importantes para su aplicación. En este sentido, en esta tesis doctoral, se han desarrollado catalizadores de cobalto para llevar a cabo reacciones de interés industrial o relacionadas con las tecnologías energéticas emergentes a través de la activación de moléculas pequeñas. Estas reacciones se llevan a cabo a nivel industrial con catalizadores basados en metales nobles o en condiciones de reacción severas. El objetivo es reemplazar estos catalizadores por otros basados en metales más abundantes en la corteza terrestre, en este caso el cobalto, o llevar a cabo las reacciones en condiciones de reacción más suaves, respectivamente, estudiando en todo caso la relación entre la estructura y la actividad del catalizador. Los resultados de esta tesis doctoral se presentan en cuatro capítulos. En el capítulo cuatro, se presentan los resultados del desarrollo de catalizadores de cobalto estables al aire y a la humedad basados en compuestos de coordinación para llevar a cabo la hidrosililación de alquenos sin aditivos y evitando el uso de atmósfera inerte durante la reacción. Además, se ha estudiado la actividad de estos catalizadores usando un amplio rango tanto de alquenos como de silanos para comprobar la generalidad de la reacción. Finalmente, se ha estudiado el mecanismo de reacción usando Raman in-situ, lo cual ha permitido identificar la especie de cobalto activa como intermedio de reacción. En el capítulo cinco, uno de los compuestos de coordinación estudiados para el proceso de hidrosililación de alquenos, se ha heterogeneizado usando como soporte un carbón activo de alta área superficial. La presencia de 6 nitrógenos coordinados al cobalto en el precursor inicial ha sido clave en la formación del material final, que es altamente activo y selectivo en la reacción de hidrogenación de nitroarenos y en la síntesis de aminas secundarias y de isoindolinonas en reacciones tándem en condiciones de reacción más suaves que las reportadas en bibliografía y usando agua como medio de reacción. Además, este catalizador puede ser reusado en varios ciclos de reacción sin una pérdida apreciable de actividad, demostrando que es un material heterogéneo y robusto. La estructura del catalizador se ha estudiado por varias técnicas de caracterización avanzadas, con el fin de correlacionar su estructura con la actividad en estas reacciones catalíticas. En el sexto capítulo se resumen los resultados obtenidos para el desarrollo de una familia de compuestos tetranucleares de cobalto, cuya densidad electrónica puede ser modulada haciendo uso de diferentes ligandos. Esta densidad electrónica está correlacionada con su actividad catalítica en reacciones de oxidación, como la oxidación de ciclohexano a ciclohexanol y ciclohexanona. En este sentido, se ha llevado a cabo un amplio estudio de la actividad catalítica de esta familia de catalizadores, que han demostrado ser activos y selectivos en esta reacción, en condiciones netas y usando aire empobrecido como oxidante, y del mecanismo de reacción a través de EPR y Raman, que ha permitido correlacionar la estructura de cada catalizador con su papel en cada proceso individual del mecanismo global de esta reacción. Finalmente, en el capítulo siete, uno de los compuestos tetranucleares de cobalto se ha utilizado como precursor en la síntesis de MOFs con ligandos ampliamente utilizados en la síntesis de estos materiales, como son el H3BTC y el H2bda, obteniéndose dos MOFs nuevos, el primero de ellos (Co2-MOF) basado en dos SBUs de cobalto dinucleares en la que una de ellas presenta tres posiciones de coordinación libres, con las ventajas que esto conlleva y, el segundo de ellos (2D-Co-MOF), basado en nanoláminas dobles apiladas por interacciones π-π stacking entre los ligandos piridina axiales. La dispersión de estos MOFs en Nafion da como resultado los correspondientes composites, que presentan una buena adherencia a los electrodos de grafito, una alta estabilidad a largo plazo y, además, un elevado rendimiento electrocatalítico para la reacción de oxidación del agua en medio neutro, mejorando los resultados reportados en bibliografía para materiales similares. Además, se ha estudiado el mecanismo de reacción, que sigue sin conocerse a ciencia cierta hoy en día, para el 2D-Co-MOF, basándonos en su topología particular y en estudios espectroscópicos y electroquímicos. / [CA] La present tesi doctoral s'emmarca en l'àmbit de la Química Sostenible, en el qual s'identifica la catàlisi com una de les eines més importants per a la seua aplicació. En aquest sentit, en aquesta tesi doctoral, s'han desenvolupat catalitzadors de cobalt per a dur a terme reaccions d'interés industrial o relacionades amb les tecnologies energètiques emergents a través de l'activació de molècules xicotetes. Aquestes reaccions es duen a terme a nivell industrial amb catalitzadors basats en metalls nobles o en condicions de reacció severes. L'objectiu és reemplaçar aquests catalitzadors per altres basats en metalls més abundants en l'escorça terrestre, en aquest cas el cobalt, o dur a terme les reaccions en condicions de reacció més suaus, respectivament, estudiant en tot cas la relació entre l'estructura i l'activitat del catalitzador. Els resultats d'aquesta tesi doctoral es presenten en quatre capítols. En el quart capítol, es presenten els resultats del desenvolupament de catalitzadors de cobalt estables a l'aire i a la humitat basats en compostos de coordinació per a dur a terme la hidrosililació d'alquens sense additius i evitant l'ús d'atmosfera inerta durant la reacció. A més, s'ha estudiat l'activitat d'aquests catalitzadors usant un ampli rang tant d'alquens com de silanes per a comprovar la generalitat de la reacció. Finalment, s'ha estudiat el mecanisme de reacció usant Raman in-situ, la qual cosa ha permés identificar l'espècie de cobalt activa com a intermedi de reacció. En el quint capítol, un dels compostos de coordinació estudiats per al procés de hidrosililació d'alquens, s'ha heterogeneït usant com a suport un carbó actiu d'alta àrea. La presència de 6 nitrògens coordinats al cobalt en el precursor inicial ha sigut clau en la formació del material final, que és altament actiu i selectiu en la reacció d'hidrogenació de nitroarenos i en la síntesi d'amines secundàries i de isoindolinons en reaccions tàndem en condicions de reacció més suaus que les reportades en bibliografia i usant aigua com a mitjà de reacció. A més, aquest catalitzador pot ser reusat en diversos cicles de reacció sense una pèrdua apreciable d'activitat, demostrant que és un material heterogeni i robust. L'estructura del catalitzador s'ha estudiat per diverses tècniques de caracterització avançades, amb la finalitat de correlacionar la seua estructura amb l'activitat en aquestes reaccions catalítiques. En el capítol sis es resumeixen els resultats obtinguts per al desenvolupament d'una família de compostos tetranuclears de cobalt, la densitat electrònica del qual pot ser modulada fent ús de diferents lligands. Aquesta densitat electrònica està correlacionada amb la seua activitat catalítica en reaccions d'oxidació, com l'oxidació de ciclohexà a ciclohexanol i ciclohexanona. En aquest sentit, s'ha dut a terme un ampli estudi de l'activitat catalítica d'aquesta família de catalitzadors, que han demostrat ser actius i selectius en aquesta reacció, en condicions netes i usant aire empobrit com a oxidant, i del mecanisme de reacció a través de EPR i Raman, que ha permés correlacionar l'estructura de cada catalitzador amb el seu paper en cada procés individual del mecanisme global d'aquesta reacció. Finalment, en el sèptim capítol, un dels compostos tetranuclears de cobalt s'ha utilitzat com a precursor en la síntesi de MOFs amb lligands àmpliament utilitzats en la síntesi d'aquests materials, com són l'H3BTC i el H2bda, obtenint-se dos MOFs nous. El primer d'ells (Co2-MOF) basat en dos SBUs de cobalt dinuclears en la qual una d'elles presenta tres posicions de coordinació lliures, amb els avantatges que això comporta. El segon (2D-Co-MOF), basat en nanolámines per interaccions π-π stacking entre els lligands piridina axials. La dispersió d'aquests MOFs en Nafion dona com a resultat els corresponents composites, que presenten una bona adherència als elèctrodes de grafit, una alta estabilitat a llarg termini i, a més, un elevat rendiment electrocatalític per a la reacció d'oxidació de l'aigua al mig neutre, millorant els resultats reportats en bibliografia per a materials similars. A més, s'ha estudiat el mecanisme de reacció, que segueix sense conéixer-se amb certesa hui dia, per al 2D-Co-MOF, basant-nos en la seua topologia particular i en estudis espectroscòpics i electroquímics. / [EN] This thesis is focused on the field of Green Chemistry, in which catalysis is identified as one of the most important tools for its application. In this sense, in this thesis, cobalt catalysts were developed to carry out reactions of industrial interest or related to emerging energy technologies, through the activation of small molecules. These reactions are usually performed at industrial scale with catalysts based on noble metals or under severe reaction conditions. The main objective of this thesis is to replace these catalysts by others based on more abundant metals in the earth's crust, in this case cobalt, or to carry out the reactions in milder reaction conditions, respectively, studying in each case the relationship between the structure and the activity of the catalyst. The results of this thesis are presented in four chapters. In the first chapter, the results for the catalytic hydrosilylation of alkenes under aerobic conditions and without dry solvents or additives are presented, where the development of air-stable cobalt-aquo complexes is pivotal. In fact, this is the first case where these reactions are performed under aerobic conditions with first-row transition metal complexes. In addition, the activity of these catalysts has been studied using a wide range of both alkenes and silanes to check the scope of the reaction. Finally, the reaction mechanism has been studied using in-situ Raman, which has allowed the identification of the active cobalt species as a reaction intermediate. In the second chapter, one of the coordination compounds studied for the alkene hydrosilylation process has been heterogenized using an activated carbon with high area as support. The employment of a suitable molecular complex consisting of six bounds N-Co as initial precursor has been key in the formation of the final material. This catalyst has demonstrated to be highly active and selective in the hydrogenation of nitroarenes and in the synthesis of secondary amines and isoindolinones in tandem reactions under milder reaction conditions than those reported in the literature and using water as reaction medium. Moreover, this catalyst can be reused in several reaction cycles without an appreciable loss of activity. The structure of the catalyst has been studied by several advanced characterization techniques in order to correlate its structure with the activity in these catalytic reactions. In the third chapter, the results obtained for the development of a family of tetranuclear cobalt compounds, whose electron density is modulated by using different ligands, are summarized. This electron density is correlated with their catalytic activity in the oxidation of cyclohexane to cyclohexanol and cyclohexanone. In this sense, an extensive study of the catalytic activity of this family of catalysts, which have been shown to be active and selective in this reaction, has been carried out under neat conditions and using depleted air as oxidant. Moreover, the reaction mechanism has been studied through EPR and Raman, which has allowed to correlate the structure of each catalyst with its role in each individual step of the global mechanism of this reaction. Finally, in the fourth chapter, one of the tetranuclear cobalt compounds has been used as precursor in the synthesis of MOFs with ligands widely used in the synthesis of these materials, such as H3BTC and H2bda, obtaining two new MOFs. The first one (Co2-MOF) based on two dinuclear cobalt SBUs in which one of them presents three free coordination positions, with the advantages that this entails and, the second one (2D-Co-MOF), based on double nanolayers stacked by π-π stacking interactions between the axial pyridine ligands. The dispersion of these MOFs in Nafion results in the corresponding composites, which exhibit good adherence to graphite electrodes, high long-term stability and, in addition, high electrocatalytic performance for the water oxidation reaction (OER) in neutral media, improving the results reported in literature for similar materials. Furthermore, the reaction mechanism, which is still unresolved, has been studied for 2D-Co-MOF, based on its particular topology and on spectroscopic and electrochemical studies. / Gutiérrez Tarriño, S. (2021). Desarrollo de catalizadores de cobalto polinucleares y multifuncionales para la activación de moléculas pequeñas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/172324 / TESIS