Memoria para optar al título Profesional de Químico / Los nitrocompuestos aromáticos son compuestos de interés biológico, ampliamente utilizados como fármacos en el tratamiento de diversas enfermedades que van desde problemas arteriales (nitrendipino) hasta enfermedades infecciosas, e incluso cáncer (4-nitromimidazol). Nitrobenceno no posee características de interés farmacológico, sino más bien se trata de un compuesto tóxico y cancerígeno. Por lo tanto la presencia del grupo nitro no es suficiente para proporcionar dicha actividad. La reducción del grupo nitro es un paso fundamental para la actividad biológica, debido a que se generan intermediarios altamente reactivos. Esta reducción fue estudiada sobre electrodos de carbón vítreo modificados con nanotubos de carbono (MWCNTs), en medio acuoso, mixto y no acuoso. Se estudió la influencia de la naturaleza de la película de nanotubos de carbono, utilizando MWCNT funcionalizados, MWCNT-NH2 y MWCNT-COOH, donde los primeros mostraron un comportamiento similar a los MWCNTs al comparar la respuesta electroquímica, es decir, un aumento en la intensidad de corriente, lo que se traduce como una mejora en la sensibilidad. Esta respuesta de los electrodos modificados con CNTs fue evaluada por técnicas electroquímicas. Finalmente, uno de los resultados más destacados de esta tesis, es que se logró modificar específicamente los electrodos de carbón vítreo con el par redox (RNHOH/ RNO), mediante una modificación electroquímica la cual fue obtenida por un método novedoso, sencillo y reproducible. / Nitroaromatics are compounds of biological interest, widely used as drugs in the treatment of various diseases ranging from arterial problems (Nitrendipine) to infectious diseases and even cancer (4-nitroimidazole). Nitrobenzene does not possess pharmacological characteristics, but rather it is a toxic and carcinogen compound. Therefore, the presence of the nitro group is not sufficient to provide this activity. Reduction of the nitro group is the essential step for biological activity, due to highly reactive intermediates are generated. This reduction was studied on glassy carbon electrodes modified with carbon nanotubes (MWCNTs) in aqueous, mixed and non-aqueous medium. The influence of the nature of the carbon nanotubes film was studied, using functionalized MWCNTs, MWCNT-NH2 and MWCNT-COOH, where the former showed a similar behavior to CNTs by comparing the electrochemical response, namely, an increase in current intensity, which translates as an improvement in sensitivity. This response of modified electrodes with CNTs was evaluated by electrochemical techniques. At last, one of the main finding results of the present thesis, it was the specifically modification of glassy carbon electrodes with the redox couple RNHOH/RNO, through electrochemical modification of which was obtained by a novel, simple and reproducible method.

Memoria para optar al título de Químico / El uso de agentes de refuerzo en caucho natural permite la obtención de materiales compuestos (compósitos) con características y propiedades mejoradas con respecto al material prístino y su aplicación tecnológica. La mejora en las propiedades por el agente de refuerzo depende principalmente del grado de dispersión del refuerzo, la interacción entre el refuerzo y la matriz, la naturaleza y tipo de refuerzo y el proceso utilizado para la preparación del material compuesto. En este trabajo se ha realizado el estudio de la influencia del uso de dos materiales de refuerzo (un sistema de refuerzo híbrido) sobre las propiedades mecánicas y térmicas de nanocompósitos de caucho natural (NR) usando nanotubos de carbono multipared (MWCNT) y montmorillonita (MMT). Los nanocompósitos se prepararon mediante mezclado de suspensiones acuosas de los refuerzos con el látex de caucho natural prevulcanizado. El uso de este tipo de sistemas ha arrojado que la resistencia a la tracción aumentó hasta un 46 % respecto del caucho natural y el módulo de tensión correspondiente al 100% de deformación experimentó un incremento de hasta 540 % en comparación al caucho natural. Esto fue atribuido a un efecto sinérgico entre los refuerzos nanométricos utilizados. Técnicas de caracterización como difracción de rayos X y microscopia de transmisión electrónica (TEM) mostraron que la montmorillonita se encuentra parcialmente intercalada. Estas técnicas junto a espectroscopia Raman han mostrado que existe una influencia de la arcilla en la dispersión de los nanotubos. La estabilidad térmica se evaluó con el análisis termogravimétrico, encontrándose que el nanocompósito con refuerzo híbrido presenta mayor estabilidad. El análisis macanodinámico reveló que el material con refuerzo híbrido es más rígido. De todos los análisis se concluyó que los nanocompósitos con refuerzo híbrido presentan un aumento sustancial de sus propiedades en comparación con los nanocompósitos con un solo refuerzo. El mejor resultado se obtuvo para nanocompósitos con menor contenido de MWCNT / The use of reinforcing agents in natural rubber allows the production of composite materials with enhanced properties compared to the pristine material and amplifies its technological application. The improvement in properties by the strengthening agent mainly depends on the degree of dispersion of the reinforcement, the interaction between the reinforcement and the matrix, the nature and type of reinforcement and the process used for the preparation of the composite. The aim of this work was to study the influence of using the combination of two reinforcement materials (a hybrid reinforcement) on the mechanical and thermal properties of nanocomposites of natural rubber (NR) using multiwalled carbon nanotubes (MWCNT) and montmorillonite (MMT). The nanocomposites were prepared by mixing the aqueous suspensions of the reinforcements with the prevulcanized natural rubber latex. The use of such systems has yielded materials with the tensile strength increased 46% higher than that of the natural rubber and the modulus corresponding to 100% of deformation experienced an increase of 540% compared to natural rubber. This was attributed to a synergistic effect between nanreinforcements used. Characterization techniques such as X-ray diffraction and transmission electron microscopy (TEM) showed that the montmorillonite clay was partially intercalated by polymeric chains. These techniques along with Raman spectroscopy have shown that there is an influence of the clay in the dispersion of the nanotubes. The thermal stability of the composites was evaluated by thermogravimetric analysis. It was found that the nanocomposites prepared by using hybrid reinforcement were thermally more stable. Dynamic mechanical analysis revealed that the material reinforced by hybrid reinforcement is stiffer than those using a single reinforcement. From all analysis it was concluded that the nanocomposite with hybrid reinforcement exhibited a substantial increase of its properties compared to nanocomposites with a single reinforcement. The best result was obtained for nanocomposites with lower MWCNT content / Fondecyt

Doctor en Química / Los electrodos basados en nanotubos de carbono como material electródico, tienen múltiples ventajas; su bajo costo, buena conductividad eléctrica, un amplio rango de potencial, presentan actividad electro-catalítica muchas reacciones redox, y tienen relativa inercia electroquímica. Además, los electrodos preparados con nanotubos de carbono se pueden modificar agregando a los nanotubos, diferentes compuestos, con el objetivo de obtener lo que se conoce como un electrodo modificado. En general, el principal problema en la utilización de nanotubos de carbono, está en obtener una buena dispersión de nanotubos que permita preparar electrodos reproducibles. En el desarrollo de esta tesis se ha encontrado que la utilización de 1,3-dioxolano permite preparar dispersiones de nanotubos estables y reproducibles. El uso de este solvente presenta muchas ventajas; menor tiempo en la preparación de los electrodos, electrodos reproducibles y reutilizables. Se ha desarrollado una metodología que nos permite estudiar el comportamiento voltamétrico de compuestos poco solubles encapsulados en el electrodo modificado, sin la formación de enlaces covalentes. Los nitrocompuestos son retenidos en el electrodo en lugar de ser disueltos como en la voltametría tradicional. El electrodo modificado con nitrocompuesto, es suficientemente estable para ser lavado, manipulado y posteriormente ser reducido para formar derivados hidroxilamina en el electrodo, los cuales pueden ser oxidados para formar un electrodo modificado con derivados nitrosos. El uso de esta estrategia permite un considerable aumento en sensibilidad y selectividad de la respuesta voltamétrica. En esta tesis se ha descrito un procedimiento original para la modificación de electrodos de nanotubos de carbono con compuestos nitro-aromáticos, a través de un procedimiento simple y rápido basado en el encapsulamiento y modificación electroquímica, de los compuestos encapsulados en la nano-estructura formada por los nanotubos de carbono adheridos en el electrodo / The electrodes based on carbon nanotubes as electrodic material, have multiple benefits; its low cost, good electrical conductivity, wide potential range its shows electro-catalytic activity for a several redox reactions, and have electrochemical inertness. In general, the main problem in the use of carbon nanotubes, is to obtain a good dispersion of nanotubes allowing reproducible preparation of the modified electrodes. In developing this thesis it has found that the use of 1,3-dioxolane can prepare dispersions of stable and reproducible nanotubes. The use of this solvent has many advantages; less time preparing the electrodes, reproducible and reusable electrodes. It has developed a methodology that allows us to study the voltammetric behavior of poorly soluble compounds encapsulated on modified electrode, without formation of covalent bonding. The nitrocompounds are fixed in the electrode phase instead of being dissolved in the solution phase as is the case of traditional voltammetry. The modified electrode with nitrocompound is is sufficiently stable enough to be washed, manipulated and further reduced to form an hydroxylamine-derivatized electrode, which also can be oxidized to form a nitroso-derivatized electrode. The use of this strategy allows a considerable increase in sensitivity and selectivity of the voltammetric response. This thesis described an original procedure for modifying carbon nanotube electrodes with aromatic nitro compounds, through a simple and rapid method based on encapsulation and electrochemical modification of the compounds encapsulated in the nano-structure formed by the carbon nanotubes adhered to the electrode

Memoria para optar al título de Químico / Los electrodos modificados con nanotubos de carbono han recibido considerable interés debido a sus amplias propiedades estructurales, mecánicas, químicas y electrónicas. Entre estas propiedades se destacan la alta estabilidad química y térmica, buena conductividad y alta actividad electrocatalítica. Las propiedades electrocatalíticas que se destacan son la disminución de los sobrepotenciales y el incremento en la intensidad de los picos voltamétricos. Además, los nanotubos de carbono tienen la capacidad de encapsular compuestos por fisiadsorción en la nano estructura formada. Estas características permiten desarrollar nuevas metodologías en la modificación de la superficie de los nanotubos de carbono, con lo que se obtiene una mayor capacidad de detección electroquímica de diversas moléculas, por ejemplo, NADH. El NADH es el cofactor de un gran número de enzimas deshidrogenasa y desempeña un papel importante en la cadena de transferencia de electrones en sistemas biológicos. Muchas reacciones enzimáticas útiles para la fabricación de compuestos en la industria son dependientes de la reacción de este cofactor, pero requieren altos sobrepotenciales. Por este motivo muchos investigadores centran su atención en solucionar este problema a través del uso de electrodos modificados con diversas moléculas. En esta memoria de título se propone un procedimiento simple y rápido de modificación de los electrodos de carbono vítreo con nanotubos de carbono, basado en el encapsulamiento y modificación electroquímica de compuestos polinitrados como especies mediadoras para estudiar la electrocatálisis sobre NADH. Se estudiaron tres mediadores polinitrados; el ácido 3,5-dinitrobenzoico, el 1,3-dinitrobenceno y el 1,3,5-trinitrobenceno. Todos presentaron actividad electrocatalítica sobre el NADH. Además, se estudió la influencia de distintos factores en la actividad electrocatalítica, tales como el tiempo de inmersión de los electrodos modificados en solución de NADH, la variación de la concentración del mediador, el efecto de la concentración del NADH y el efecto de la velocidad de barrido. La principal ventaja de estos electrodos a diferencia de otros electrodos modificados con mediadores redox, es que la técnica de modificación propuesta consiste en un procedimiento sencillo por medio de la inmersión del electrodo con nanotubos de carbono en una disolución orgánica del nitrocompuesto, obteniendo electrodos modificados con compuestos poco solubles. Estos electrodos pueden ser utilizados en solución acuosa / Electrodes modified with carbon nanotubes had received considerable attention due to their many structural, mechanical, chemical and electrical properties. Among this many properties, high chemical and thermal stability, high conductivity and high electrocatalytic activity outstand. The most important electrocatalytic properties are lowering of overpotential and the increased voltammetric peaks. Additionally, nanotubes have the ability to encapsulate other compound by physisorption onto the nanostructure. These characteristics allow to develop novel methodologies on the modification the surface of the nanotubes, leading to a higher ability to detect electrochemically diverse molecules, for example, NADH. NADH is cofactor to a large number of dehydrogenase enzymes and plays an important role on the electron transfer chain on biological systems. Many enzymatic reactions with applications on the manufacturing industry rely on this cofactor, though they require high overpotential. Because of that researchers focus their attention on solving this problem though the use of electrodes modified with other molecules. This degree work proposes a simple and fast procedure for modifying glassy carbon electrode with carbon nanotubes multiwalled, based on the encapsulation and electrochemical modification of poli-nitrated compounds as mediator to study the electrocatalysis on NADH. Three poli-nitrated mediators were studied; 3,5-dinitrobenzoic acid, 1-3 dinitrobenzene and 1,3,5-trinitrobenzene. All of them shown electrocatalytic activity on NADH. Moreover, the influence of other factors on the level of activity were studied. These include immersion time of the modified electrodes on the NADH solution, concentration of the mediator, concentration of NADH and scan rate. The main advantage of these electrodes compared against other electrodes modified using redox mediators, is that the modification technique consists in a simple procedure based on the immersion of the electrode on a nitro compound solution, obtaining modified electrodes with compounds slightly soluble. These electrodes can be used in aqueous solution

Ingeniera Civil Química / El avance tecnológico y científico ha promovido la fabricación de materiales inteligentes , capaces de recibir información de su entorno, interpretarla y, así, cambiar sus funcionalidades de acuerdo a su propósito pre-determinado. Destacan en este grupo los polímeros con Memoria de Forma SMP, que pueden memorizar cierta geometría por deformación y recuperar su forma original, por medio de un estímulo sin contacto y sin la necesidad de intervención mecánica directa. Los SMP representan una opción económica y versátil, respecto de otros materiales. Se pueden potenciar sus propiedades y funcionalidades añadiendo nanopartículas, donde destacan los nanorellenos con base de carbono. Específicamente nanotubos de carbono CNT y grafeno, dada la gran variedad de aplicaciones en que estos materiales pueden ser utilizados. El objetivo general de esta investigación de tesis es caracterizar el efecto de la Memoria de Forma (SME de la matriz SMP), midiendo la recuperación de su forma original, como, así también, la incidencia de la concentración y el tipo de nanopartículas bajo los estímulos térmico y lumínico. Las muestras fueron preparadas, por medio de mezclado en fundido, donde la matriz elegida fue el co-polímero etileno-buteno, EngageTM, y los rellenos CNT comercial y Óxido de Grafeno Térmicamente Reducido TrGO, sintetizado según el método Hummers. El resultado principal es que todos los compósitos preparados alcanzaron una recuperación completa. En el caso de la estimulación térmica, la adición de carga aumentó el tiempo de recuperación de Memoria de Forma hasta en 2 [min], con respecto al SMP puro. Esto habla del detrimento que la rigidez del compósito causa sobre su recuperación. Sin embargo, en el caso de la estimulación lumínica, la adición de carga disminuyó el tiempo de recuperación hasta 6 [min] con respecto al SMP puro. Este resultado realza el poder de absorción de luz IR que brindan al SMP los rellenos sensibles a esta luz, CNT y TrGO. Además, comparativamente, el rendimiento del CNT como relleno superó al rendimiento del TrGO, en cuanto a SME (fue 1 [min] más rápido). Puesto que las recuperaciones obtenidas fueron completas, el EngageTM y sus compósitos estudiados poseen un gran potencial para el amplio rango de aplicaciones que disponen, sin mencionar que responden a estímulos originales, que amplían el rango de aplicaciones.