This dissertation explores the influence of melody on harmonic function in pop and rock songs from around 1950 to the present. While authors define the term "function" in several ways, none consider melody in their explanations, and I contend that any discussion of harmonic function in rock must include melody. I offer a novel perspective on function by defining it through what I call tension-as-anticipation, and I define a "melodic function" that accounts for the sense of tension and relaxation a melody creates within a particular moment in a track. My dissertation defines two types of melodic function—dominant and tonic—based on the melody's goal-directed scale-degree content, position within a phrase, and relation with the harmony. Dominant-melodic function results in two musical phenomena that I call the "imposed dominant" and the "dominant remainder." An imposed dominant occurs when a dominant-melodic function is initially dissonant with the harmony and resolves over a tonic. A dominant remainder occurs when a dominant-melodic function occurs over a harmonic resolution to the tonic, creating a slower dissipation of tension. Tonic-melodic function produces a phenomenon I call the "tonic anticipation," where a melody outlines a tonic mode over a pretonic harmony, creating a maximum sense of tension-as-anticipation. By including melody in considering harmonic function, we can more adequately describe the cycles of tension and resolution found in pop styles.

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2012. / ENGLISH ABSTRACT: Resorcinarenes are tetramers, belonging to a class of [1]4metacyclophanes, easily formed by the acid- or base-catalysed condensation of resorcinol and aldehydes. Properties include, amongst others; bowl-like shape, adhesion to hydrophilic surfaces and formation of hexameric capsules. Their uses are, to mention some: components in liquid crystals, photoresistors, selective membranes, surface reforming agents, HPLC stationary phases, ion-channel mimics, metal-ion extraction, molecular switches and ligands for metal catalysts. Selective functionalization of resorcinarenes has been explored and achieved via relatively inefficient methodologies which limit studies, structural architecture and new applications. In this work, synthesis of C4v symmetric resorcinarene ethers was performed which were used as templates in undertaking studies towards selective derivatisation of resorcinarenes via an ortholithiation approach. Conditions for the efficient synthesis of distally substituted resorcinarenes using ortholithiation were optimized and tested with a range of electrophiles, lower rim lengths, scale, base equivalents, reaction times and solvent effects. Ortholithiation gave distally substituted resorcinarenes in reasonable yields (>80%). Ortholithiation and its ability to form distal-resorcinarene esters could possibly be used as a way to synthesize distal-chloromethyl resorcinarene precursors whose further functionalization would furnish a range of distal-resorcinarene imidazolium salts, a class of distal bidentate carbene ligand staring materials for transition metal coordination. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Resorsinarene is sikliese tetramere, wat deel uitmaak van 'n klas van [1]4metasiklofane, en kan maklik gevorm word deur die suur- of basis-gekataliseerde kondensasie van resorsinol en aldehiede. Eienskappe sluit onder andere in: bak-vormig, adhesie aan hidrofiliese oppervlakke en die vormasie van heksameriese kapsules. Tipiese voorbeelde van gebruike sluit die volgende in: komponente van vloeistof kristalle, fotoresistors, selektiewe membrane, oppervlak hervormings agente, HDVC stationêre fases, ioon-kanaal nabootsers, metaal-ioon ekstraksie, molekulêre skakelaars en ligande vir metaalkatalise. Selektiewe funksionalisering van resorsinarene was al voorheen bestudeer, maar die metodologieë was beperkend ten opsigte van die struktuele argitektuur en nuwe toepassings wat daaruit gekom het. In hierdie werk was C4v simmetriese resorsinareen eters gesintetiseer wat gebruik was as uitgangstowwe om selektiewe funksionalisering deur orto-litiëring te bewerkstellig. Kondisies vir die effektiewe sintese van distaal gesubstitueerde resorsinarene, deur gebruik te maak van orto-litiëring, was bepaal en ge-optimaliseer deur gebruik te maak van 'n wye reeks elektrofiele, laer rand lengtes, reaksieskale, basis ekwivalente en reaksie tye. Deur dié proses was dit moontlik om distaal gesubstitueerde resorsinareen produkte te bekom in redelike opbrengste (>80%) met meeste funksionele goepe. Daar word voorsien om orto-litiëring, en sy vermoë om distale-resorsinareen esters te vorm,van gebruik te maak as 'n beginpunt in die sintese van distale-chlorometiel resorsinarene, wat op hulle beurt weer sal dien as uitgangstowwe vir die sintese van distale-resorsinareen imidasolium soute. Hierdie distale, bidentale soute kan gebruik word as karbeen ligande in oorgangsmetaal koordinasie.

Teoretická část předložené dizertační práce popisuje princip radikálového roubování a faktory ovlivňující reakční průběh. Radikálové roubování poly(mléčné kyseliny) (PLA) reaktivní modifikací je vhodnou technikou přípravy biodegradabilních polymerních materiálů s rozličnými vlastnostmi. Současný stav problematiky modifikace poly(mléčné kyseliny) radikálovým roubováním v tavenině je obsahem literární rešerše včetně možných aplikací. Experimentální část se zabývá modifikací PLA anhydridem kyseliny itakonové (IAH) radikálovým roubováním v tavenině. Reakce byla iniciována 2,5-bis(tert-butylperoxy)-2,5-dimethylhexanem (L101). V první části je průběh radikálového roubování pozorován “in situ” pomocí diferenciální kompenzační kalorimetrie (DSC) a termogravimetrické analýzy (TGA). Exotermní pík na DSC záznamu odpovídá průběhu radikálové reakce, na jehož základě lze definovat aktivační energii reakce. Průběh TGA křivky “in situ” radikálové reakce umožňil detekovat vedlejší produkty vznikající v průběhu radikálové modifikace. Ve druhé části byla PLA funkcionalizována reakcí v diskontinuálním laboratorním mixéru za reakčních podmínek navržených dle poločasu rozpadu zvoleného iniciátoru a zpracovatelských podmínek PLA. Reakční teplota 190 °C byla stanovena výpočtem z Arrheniovy rovnice pro reakční čas 6 min. Uvedené reakční parametry byly zvoleny s ohledem na kinetiku rozkladu L101 a potlačení degradace PLA. Infračervená spektroskopie (FTIR) potvrdila navázání IAH na PLA řetězec na základě výskytu –CH2 vibrací s absorpčními pásy při vlnočtu 2860 a 2920 cm-1. Vzrůstající intensita absorpčního pásu 1750 cm-1 potvrdila přítomnost minoritních C=O vibrací anhydridového kruhu překrytých dominantními C=O vibracemi PLA řetězce. Nukleární magnetická rezonance (1H-NMR) nepotvrdila roubování oligomerního IAH na PLA. Koncentrace reaktantů ve zvoleném rozsahu (0.5–10 hm % IAH, 0.1–2 hm % L101) byla použita pro posouzení jejího vlivu na obsah naroubovaného IAH a míru vedlejších reakcí, např. -štěpení, větvení a síťování. Při vysoké koncentraci IAH a L101 byla potvrzena homopolymerace IAH i přes její zanedbávání v tématicky podobných studiích. Tvrzení o IAH homopolymeraci bylo podpořena výsledky kolorimetrické analýzy, charakterizací vzorků připravených polymerací IAH za podmínek radikálového roubování a termickou stabilitou frakcí extrahovaných z PLA-g-IAH. Radikálovou modifikací PLA došlo ke zvýšení flexibility polymerních řetězců díky objemné struktuře IAH navázané na PLA řetězci, což se projevilo poklesem teploty skelného přechodu (Tg). Zvýšený obsah amorfní fáze, hydrofilní chování, rozvětvená struktura a štěpení řetězců má pozitivní vliv na zvýšenou biodegradabilitu PLA-g-IAH v porovnání s nemodifikovanou PLA. Neradikálová degradace, probíhající v průběhu zpracování PLA, byla prokázána změnou tokových vlastností taveniny. Tento nežádoucí jev byl potlačen přídavkem tzv. “prodlužovače řetězců” obsahujícího reaktivní epoxy skupiny. Reakce mezi epoxy skupinami a karboxylovými skupinami byla potvrzena pomocí FTIR a změnou reologických vlastností PLA-g-IAH.

DNA wird seit einigen Jahren zur Herstellung von Strukturen mit Nanometer Präzision genutzt. Mittels der am häufigsten verwendeten Techniken, “Tile” und “ DNA Origami”, wurden verschiedenste DNA Objekte wie unter anderem DNA Kristalle, DNA Nanotubes, gebogene und verdrehte Zylinder und selbst komplexe 3D Strukturen hergestellt. Aufgrund der einzigartigen Kontrolle über die räumliche Anordnung von DNA Molekülen wird DNA Nanotechnologie heute in verschiedensten Forschungsgebieten wie struktureller Biologie, Nanomedizin, Einzel-Molekül Detektion oder Plasmon-Forschung verwendet. In dieser Arbeit wird systematisch die Biege-Steifigkeit (Persistenz Länge) von DNA Nanotubes (HX-Tubes) als Funktion des Umfangs untersucht. Dazu wurden mikrometer- weite thermische Nanotube Fluktuationen mittels Fluoreszenz Mikroskopie analysiert (A,B). Zusätzlich wurden intrinsische und thermische Nanotube Verdrehungen durch Anbindung von Gold-Nanopartikeln (AuNP) und Transmissions Elektronen Mikroskopie (TEM) sicht- bar gemacht (C). Aus diesen Messungen ergibt sich, dass die Peristenz Länge sich pro- portional zum Flächenträgheitsmoment des Nanotube Querschnitts verhält, intrinsische Verdrehungen nur auftreten, wenn sie durch die DNA Sequenzen vorgegeben sind und dass thermische Verdrehungen u ̈ber sehr viel kürzere Distanzen als die Persistenz Länge auftreten. Des weiteren wurde ein DNA Nanotube Elastizitäts-Modell hergeleitet, das Ver- formungen von doppelstängiger DNA sowie von Cross-Overn berücksichtigt und gezeigt, dass alle Messungen in guter Übereinstimmung mit dem Modell sind. Um ein besseres Verständnis für den Zusammenhang zwischen Persistenz Länge und dem Aufbau von DNA Nanotubes auf der Ebene einzelner DNA Moleküle zu gewinnen wurden die thermischen Verbiegungen von verschiedenen sechs-Helix-Tubes mit unterschiedlichen DNA Architekturen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das Anordnen von mehreren Cross-Overn innerhalb einer Tube Querschnittsfläche sowie die Verringerung der Dichte von DNA Cross-Overn die Persistenz Länge verringert. Die Ergebnisse werden im Rahmen des zuvor hergeleiteten Elastizitäts Modell diskutiert. Es wurden verschiedene Strategien zur Herstellung von gebogenen und verdrehten DNA Nanotubes entwickelt. Biegung und Drehung wurden durch gezielte Einfügung oder Auslassung von Basenpaaren, speziell programmierten Faltungswegen, oder spezielle Anordnung von komplementären DNA Sequenzen innerhalb der Nanotubes kontrolliert. Nanotube Konturen wurden mittels TEM, Rasterkraftmikroskopie (AFM), UV-Absorption, sowie stochastischer optischer Rekonstruktionsmikroskopie (STORM) charakterisiert. Die Mes- sungen zeigen, dass gebogene Nanotubes meist geschlossene Ringe bilden und Nanotubes mit Biegung und Drehung helix-förmig sind (D). Es wird gezeigt, dass Anbindung des organischen Farbstoffs Cy3 an einen oder mehrere DNA Stränge der HX-Tubes ebenfalls zur Ausbildung von Helix-förmigen Nanotubes führt (E). Ganghöhe und Radius der Nanotubes mit Cy3 Anbindung wurden systematisch in Abhängigkeit der Cy3-Bindungsposition gemessen und das Ergebnis mit einem einfachen Cy3-DNA Bindungsmodell verglichen. Des weiteren wurden die optischen Eigenschaften von Cy3 Moleku ̈len, gebunden an HX-Tubes mittels Fluoreszens-Polaristations-Mikroskopie (FPM) und Fluoreszenslebensdauer Messungen untersucht. Es wurde ein Zusammenhang zwischen Anisotropie (gemessen mittels FPM) und der Orientierung der Cy3 Dipol Achse hergeleitet. Die beobachtete Anisotropie entspricht in diesem Modell einem Winkel von ca. 60° zwischen Cy3-Dipol und DNA Achse. Es wird gezeigt, dass die Ausbildung von fluoreszenten Silber Clustern, bestehend aus wenigen Atomen (Ag-DNA) innerhalb von einzelsträngigen “DNA hairpins” an der Oberfläche von DNA Nanotubes stattfinden kann (F). DNA Nanotubes mit Ag-DNA Clustern sind fluoreszent und konnten mittels Fluoreszenz Mikroskopie sichtbar gemacht werden. Als Nebenprodukt der Ag-DNA Synthese wurde Aggregation von DNA Nanotubes beobachtet. Es wurden zwei neue Methoden zur Weiterentwicklung der DNA Origami Methode untersucht: 1) Kristallisierung von rechteckigen DNA Origami Strukturen zu 1D Ketten und 2D Gittern (G) und 2) Anbindung von “Tiles” an einer DNA origami “Schablone”. Die Faltungs-Ausbeute beider Strategien wurde mittels Gel Elektrophorese, TEM und AFM charakterisiert. Schließlich wird im letzten Kapitel eine Sammlung von Matlab Programmen vorgestellt, die benutzt wurden um DNA Nanotube Kontouren automatisch aus Bild Daten auszulesen, Persistenz Länge zu bestimmen, polarisierte Fluoreszenz Bilder auszuwerten und DNA Sequenzen zu generieren. / In recent years it has been demonstrated, that the sequences of a set of DNA molecules can be specifically programmed to drive their self-assembly into a predesigned nanoscale shape with nanometer precision. The two main techniques, “tiled” assembly and “DNA origami” have been used for the construction of DNA crystals, DNA nanotubes as well as single- and multi-layer DNA objects including cuboids, curved and twisted bundles and even complex 3D geometries such as hollow containers. Because of this unique spatial control, today, DNA nanotechnology is actively used in a wide range of research areas such as structural biology, nanomedicine, single-molecule detection and plasmonics. We systematically measure the bending stiffness (persistence length) of DNA nanotubes (HX-tubes) as function of their circumference by analyzing micron-scale thermal fluctu- ations using fluorescence video microscopy (A, B). We further characterize intrinsic and thermal HX-tube twist by direct visualization of gold nano particles (AuNP), bound to specific positions of the tubes by electron microscopy (TEM) (C). We find that persistence length scales with the tube’s second moment of inertia, intrinsic twist tends not to be present except when forced by sequence design and thermal twist occurs on lengths much shorter than the persistence length. We show that these results can be understood in terms of a quantitative DNA nanotube elasticity model, which takes the deformations of the DNA duplexes, as well as the strand cross-overs between them into account. To gain a better understanding of the interplay between the molecular architecture of DNA nanotubes and their micrometer-scale persistence length we study the thermal bending fluctuations of several six-helix-tubes with variations in the density and placement of strand cross-over and backbone nicks. We find that staggering cross-overs in one cross- sectional plane as well as decreasing the overall density of cross-overs significantly decreases persistence length and discuss these results in terms of the previously derived elasticity model. We present several design strategies for DNA nanotubes with defined intrinsic torsion, intrinsic curvature and combination of both. Curvature and torsion were controlled by ei- ther targeted insertion and deletion of basepairs, specific programming of the folding pathway or specific placement of complementary sequence motifs within the DNA nanotube lattice. We characterize intrinsic tube deformations by TEM, atomic force microscopy (AFM), temperature controlled UV-absorbance and stochastic image reconstruction mi- croscopy (STORM) and show that intrinsically curved tubes predominantly form closed rings (D) and tubes with a combination of curvature and torsion have a helical contour. We show that the attachment of the organic dye Cy3 to one or several DNA oligonucleotides of HX-tubes can also cause tube deformations (E). We systematically study pitch and radius of the observed helical tube contour as function of Cy3 attachment position and propose a Cy3-DNA binding scheme that depends on the DNA microenvironment of the binding site. We further investigate the optical properties of Cy3 on HX-tubes by fluorescence polarization microscopy (FPM) and fluorescence lifetime measurements. We derive a relation between anisotropy and alignment of Cy3 dipoles. Our model suggests an angle of approximately 60° between Cy3 dipole and DNA axis. We demonstrate that the self-assembly of fluorescent few-atom silver clusters (Ag-DNA) can be directed to hairpins on the surface of DNA nanotubes as a means of fluorescent labeling (F). We find that Ag-DNA on DNA nanotubes produces bright fluorescence, easily detectable by fluorescence microscopy. However Ag-DNA synthesis also promotes aggre- gation of DNA nanotubes. We investigate two new methods for the construction of micrometer scale DNA assem- blies based on the DNA origami technique: 1) Crystallization of rectangular DNA origami blocks into 1D and 2D lattices (G) and 2) Growth of DNA tiles on a ribbon shaped DNA origami template with sticky ends. The yield of both methods is estimated by gel electrophoresis, TEM and AFM. Lastly, we describe a set of Matlab tools that were written and used for automated tube contour digitalization from image data, calculation of persistence length, analysis of FPM data and design of DNA sequences.

Esta tesis se ha centrado en el estudio de las reacciones de carbonilación de norborneno catalizada por metales. Este sustrato puede ser funcionalizado a través de este proceso, empleando sistemas catalíticos y condiciones de reacción adecuadas, en productos intermedios con aplicación en la industria de perfumes y química fina. En este trabajo se han llevado a cabo estudios en la reacción de metoxicarbonilación de norborneno catalizada por paladio empleando ligandos monofosfina y difosfina logrando un importante control de la selectividad hacia la formación del producto deseado. Algunos aspectos mecanísticos de esta reacción han sido desarrollados empleando métodos de resonancia magnética nuclear que incluyen experimentos de alta presión. Finalmente, se ha estudiado la reacción de hidroformilación asimétrica de norborneno catalizada por complejos de rodio usando ligandos difosfito derivados de carbohidrato. Estos sistemas catalíticos han mostrado alta actividad y selectividad con excesos enantioméricos moderados. / This thesis focuses on the study of the metal-catalyzed carbonylation of norbornene. The transformation of this substrate in esters and aldehydes offers potential applications for the production of valuable compounds in fine chemistry and perfumery industry. In this work we have performed studies on the palladium-catalyzed methoxycarbonylation of norbornene bearing monodentate and bidentate phosphine ligands achieving an important control of the selectivity towards the formation of the desired product. Mechanistic aspects of this reaction have been developed using nuclear magnetic resonance methods, including High-Pressure techniques. Finally, we have studied the asymmetric rhodium-catalyzed hydroformylation of norbornene using chiral 1,3-diphosphites ligands derived from carbohydrates. These catalytic systems have shown high activities with excellent stereoselectivities and moderate enantioselectivities.

Esta tesis queda enmarcada en el ámbito de los biomateriales metálicos, concretamente en superficies de titanio desarrolladas para la regeneración ósea. Las aplicaciones más habituales del titanio como biomaterial son los implantes dentales y las prótesis de cadera y rodilla. Estos componentes requieren, en servicio, buena estabilidad y fijación al hueso a largo plazo. El titanio es un material idóneo para el cumplimiento de estos requisitos gracias a su alta resistencia mecánica, tenacidad, resistencia a la corrosión y, sobre todo, por su alta capacidad de osteointegración. En general, el titanio es un biomaterial bioinerte donde, una vez implantado, el tejido vivo genera una fina capa de tejido fibroso alrededor del implante la cual separa el hueso del implante. Un espesor excesivo de esta capa de tejido fibroso puede comprometer la estabilidad e integración del implante y conllevar el fracaso del tratamiento. El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de una nueva superficie de titanio que sea capaz de controlar e inhibir la generación de tejido fibroso en la superficie del implante. De esta manera, tratamos de mejorar la osteointegración de implantes y prótesis mediante la mejora de la respuesta celular sobre la superficie del implante. Para el control del crecimiento de tejido fibroso en la superficie se han desarrollado nuevas superficies de titanio donde se han inmovilizado dos tipos de péptidos cortos capaces de inhibir la interacción de la citoquina TGF-β, la cual incrementa la producción de este tipo de tejido por parte de las células fibroblásticas. Estos péptidos, llamados P17 y P144 han sido desarrollados por el equipo de nuestro colaborador el Dr. Francisco Borrás-Cuesta, en el Centro de Investigación Médica aplicada de la Universidad de Navarra. Esta tesis está dividida en 6 capítulos donde se describe el desarrollo y caracterización de las superficies de titanio funcionalizadas con péptidos inhibidores del TGF-β: • Capítulo 1: Introducción a los ámbitos y conceptos importantes de la tesis. • Capítulo 2: Diseño y desarrollo de un método de inmovilización covalente de péptidos cortos sobre superficies de titanio. • Capítulo 3: Estudio de los factores que intervienen en la inmovilización de péptidos cortos sobre las superficies de titanio. • Capítulo 4: Caracterización físico-química de las superficies de titanio funcionalizadas con el péptido P17. • Capítulo 5: Caracterización físico-química de las superficies de titanio funcionalizadas con el péptido P144. • Capítulo 6: Respuesta biológica in vitro de las superficies de titanio funcionalizadas con P17 y P144. Los resultados más relevantes en el desarrollo de esta tesis han sido: • El desarrollo de un nuevo método de inmovilización covalente de péptidos sobre superficies de titanio obteniendo una alta densidad de péptido en superficie con una buena estabilidad mecánica y termoquímica. • La consecución de superficies de titanio capaces de inhibir la acción del TGF-β. • Las nuevas superficies desarrolladas son capaces de incrementar la diferenciación osteoblástica y así, potencialmente mejorando la capacidad de osteointegración de implantes y prótesis de titanio. Este trabajo de investigación contribuye a aumentar el conocimiento sobre la inmovilización covalente y no covalente de péptidos cortos en superficies de titanio. También contribuye en aumentar el conocimiento de la acción e inhibición del TGF-β en células fibroblasticas y osteoblásticas, estas últimas sembradas sobre superficies de titanio. El material desarrollado es un excelente candidato para su aplicación en implantología y traumatología ósea. / This thesis is framed in the field of metallic biomaterials, specifically on titanium surfaces developed for bone regeneration. The most common applications of titanium as a biomaterial are dental implants and hip and knee prostheses. These components clinically require good stability and fixation to the bone in the long term. Titanium is an ideal material for these applications as it has high mechanical strength, toughness, corrosion resistance and, above all, a high capacity for osseointegration. In general, titanium is a bioinert material where, once implanted, the living tissue generates a thin layer of fibrous tissue around the implant which separates the bone to the implant. An excessive thickness of this layer of fibrous tissue can compromise the stability and integration of the implant leading to the failure of the biomedical treatment. The main objective of this thesis is the development of a new titanium surface with control and inhibition of the generation of fibrous tissue on the surface of the implant. We aim improving the osseointegration of implants and prostheses by benefiting cellular responses on the surface of the implant. For the control of the formation of fibrous tissue on the surface we have developed new biofunctional titanium surfaces by covalently immobilizing two different short peptides on the metallic substrate. These two peptides are inhibitors of the effect of the cytokine TGF-β1, which increases the production of fibrous tissue by the activity of fibroblastic cells. These peptides, P17 and P144, have been developed by the team of our collaborators at the Dr. Francisco Borrás-Cuesta’s lab, in the Centro de Investigación Médica Aplicada of the Universidad de Navarra This thesis is divided into 6 chapters describing the development and characterization of titanium surfaces functionalized with TGF-β inhibitor peptides: * Chapter 1: Introduction to the areas and important concepts of the thesis. • Chapter 2: Design and development of a method of covalent immobilization of short peptides on titanium surfaces. • Chapter 3: Study of the factors involved in the immobilization of short peptides on the titanium surfaces. • Chapter 4: Physical-chemical characterization of titanium surfaces functionalized with the P17 peptide. • Chapter 5: Physical-chemical characterization of titanium surfaces functionalized with the P144 peptide. • Chapter 6: In vitro biological response of titanium surfaces functionalized with P17 and P144. The most relevant results in the development of this thesis are: • The development of a new method of covalent immobilization of peptides on titanium surfaces with a high density of peptide on the surface and with a good mechanical and thermal-chemical stability. • The development of titanium surfaces with inhibitory action of TGF-β activity. • The developed new surfaces are able to increase osteoblast differentiation, thereby potentially enhancing osseointegration of the biofunctionalized titanium implants and prostheses. This research work contributes to increase the knowledge on covalent and noncovalent immobilization of short peptides on titanium surfaces. It also helps in increasing the knowledge of the action and inhibition of TGF-β on fibroblastic and osteoblastic cells; the later seeded on titanium surfaces. The developed material is an excellent candidate for its application in implantology and orthopedics.

Benzociclobutenonas (BCB) son compuestos que han mostrado ampliamente su versatilidad sintética para la preparación de un sin fin de compuestos de elevado valor añadido. En esta tesis se presenta un nuevo protocolo de síntesis en el cual se emplea la funcionalización catalítica de enlaces C-H posibilitando una reacción de acilación intramolecular con bromuros y cloruros de arilo como una alternativa sencilla y útil. Adicionalmente, se encontró que tanto benzociclobutenonas como α,β-estirenos pueden ser preparados desde el mismo sustrato en función del ligando de elección, trayendo así nuevos conocimientos que pueden ser aplicados en el diseño de catalizadores. Se observo que mediante el uso del ligandos del tipo rac-BINAP la reacción es dirigida a la obtención selectiva de compuestos benzociclobutenonas. Por otro lado, empleado dcypp (bis-diciclohexilfosfina etano), es posible obtener selectivamente derivados de estireno en condiciones diastereoselectivas empleando el mismo sustrato de partida. / Benzocyclobutenones are an intriguing four-membered ring ketone. In the present thesis, we have developed a new protocol for selectively preparing benzocyclobutenones through intramolecular acylation of aryl bromides via palladium catalyzed C-H bond functionalization reactions based on rac-BINAP ligand. We also found that a subtle modification on the ligand backbone lead to a new catalytic manifold for preparing configurationally-pure styrene derivatives, when using dcpp (bis-dicyclohexylphosphine ethane) ligand. Additionally, we extended our catalytic intramolecular C-H bond functionalization for preparing benzocyclobutenones or styrenes at will utilizing the more available and less expensive aryl chlorides as substrates. In this particular case, the nature of the N-heterocyclic carbenes (NHC´s) was critical, thus dictating the selectivity pattern.

Esta tesis doctoral se centra en el desarrollo de diferentes métodos electroquímicos y químicos para la funcionalización de materiales de carbono nanoestructurados, obteniendo materiales electródicos funcionales para aplicaciones bioelectroquímicas. En este sentido, las propiedades en superficie influyen directamente en la interacción entre el elemento bioreceptor o biocatalizador con el electrodo. Por tal motivo, se puede mejorar la cinética de transferencia de electrones, la inmovilización, orientación y distribución del bioelemento en el electrodo, mejorando el rendimiento del dispositivo bioelectroquímico, a partir de la química superficial del material empleado. El uso de diferentes funcionalidades de nitrógeno y fósforo generados electroquímicamente sobre los materiales de carbono nanoestructurados proporciona una plataforma para la síntesis controlada, para mejorar la actividad catalítica de biocatalizadores. Además, el proceso electroquímico de funcionalización ha demostrado ser una ruta interesante para preparar bioelectrodos en un solo paso, con bajo consumo de elementos enzimáticos y un rendimiento sobresaliente a los métodos convencionales actuales. Por otro lado, el uso de materiales de carbono dopados en N cuaternarios como elemento transductor en la síntesis de un biosensor enzimático de glucosa libre de metales proporciona, en condiciones aeróbicas, un biosensor de alta sensibilidad para la detección de glucosa en orina y bebidas azucaradas comerciales, con bajo efecto de los interferentes y alta estabilidad. Finalmente, la modificación de los nanotubos de carbono con nanopartículas de oro proporciona un material de electrodo transductor escalable y estable en el que tiene lugar la inmovilización de anticuerpos a través de interacciones Au-8. La formación de antígeno-anticuerpo complejo provoca efectos estéricos que producen un impedimento para la transferencia de electrones proveniente de una sonda redox activa hacia la superficie del electrodo, lo que facilita la detección del analito.

The aim of this work was to functionalize silicon dioxide surfaces with biochemical molecules in such a way that biorecognition of target molecules in solution will be possible. By introducing a tool set of different molecules and characterization methods, a more universal approach towards various biosensor setups is presented. This includes on the one hand preparation of the biosensor surfaces to allow further molecule attachment via their reactive functional groups. Secondly, the selection of chemical molecules providing suitable counterparts for abundant functional groups of potential receptors is discussed. Two detection schemes are introduced – based on an antibody to detect the antibiotic amoxicillin and aptamers to detect thrombin. The antibody was implemented in an inverse competition assay to probe such small target molecules. Antibiotic residues are often present in wastewater. Aptamers, so-called artificial antibodies, were selected as they provide many advantages over antibodies. As a model system, two different thrombin binding aptamers were chosen which allowed to perform sandwich assays as well. The protein thrombin plays an important role in the blood coagulation cascade. To probe the individual modification steps, different techniques for analysis were applied. Surface micropatterning was introduced to improve recognition of modified areas and fluorescence-to-background ratios resulting in a thrombin detection limit down to 20 pM. One important goal was the integration in ion-sensitive field-effect transistor devices. Aptamers are small in size which might enable a higher sensitivity of these devices compared to the use of antibodies because of the Debye layer thickness. As a final step, first measurements towards silicon nanowire based field-effect transistor biosensors were carried out on devices with bottom-up and top-down fabricated nanowires using both proposed receptor-analyte combinations. The potential of these devices as portable sensors for real-time and label-free biosensing is demonstrated. / Ziel dieser Arbeit war es Siliziumdioxidoberflächen so mit biochemischen Molekülen zu funktional- isieren, dass die biologisch spezifische Erkennung von Zielmolekülen in Lösung möglich wird. Hier wird eine Auswahl an geeigneten Molekülen und Charakterisierungsmethoden für einen vielseitigen Ansatz gezeigt, der auf verschiedene Biosensorsysteme anwendbar ist. Das beinhaltet zum Einen die Präparation der Biosensoroberflächen, so dass die Moleküle über reaktive funktionelle Gruppen angebunden werden können. Als zweites ist die Auswahl der chemischen Moleküle wichtig, da diese die passenden Gegenstücke zu potentiellen funktionellen Gruppen der Rezeptoren darstellen. Zwei verschiedene Detektionsvarianten werden eingeführt – Antikörper gegen das Antibiotikum Amoxicillin und Aptamere gegen Thrombin. Der Antikörper wurde in einen inversen Wettbewerbsassay integriert um einen solch kleinen Ana- lyten detektieren zu können. Rückstände von Antibiotika sind häufig in Abwässern zu finden. Ap- tamere, sogenannte künstliche Antikörper, weisen gegenüber Antikörpern viele Vorteile auf. Als ein Modellsystem wurden zwei unterschiedliche Thrombin bindende Aptamere verwendet, was auch die Durchführung von Sandwich Assays ermöglichte. Das Protein Thrombin spielt eine wichtige Rolle bei der Blutgerinnung. Um die einzelnen Modifikationsschritte zu untersuchen, wurden verschiedene Charakterisierungsmethoden angewendet. Die Mikrostrukturierung der Funktionalisierung erleichterte die Erkennung der modifizierten Flächen und verbesserte das Fluoreszenz-zu-Hintergrund Verhältnis. Das führte zu einer Detektionsgrenze von 20 pM für Thrombin. Ein wichtiges Ziel dieser Arbeit war die Integration der Funktionalisierung in einen ionen-sensitiven Feldeffekttransistor. Die kleinen Aptamere könnten dabei aufgrund der geringen Debye-Schichtdicke bei diesen Sensoren eine höhere Sensitivität als mit Antikörpern ermöglichen. Zuletzt wurden erste Messungen hin zu Silizium Nanodraht basierten Feldeffekttransistor Biosen- soren mit beiden untersuchten Rezeptor-Analyt-Kombinationen durchgeführt. Sowohl die Chips mit bottom-up als auch mit top-down gewachsenen Nanodrähten zeigen dabei ihr Potential als handliche Sensoren zur markerfreien Detektion in Echtzeit.

Assembly of nanoparticles provides effective building blocks for physical, chemical and biological systems which have surprisingly collective intrinsic physical properties. One-dimensional nanomaterials are one of the most spectacular and promising candidates for technological application in the field of nanotechnology. Single-walled carbon nanotubes represent an anisotropic and perfectly one-dimensional group of nanomaterials with extraordinary electronic, mechanical, chemical and thermal properties. Usually, such nanoparticles are dispersed in solution, and for any application it’s necessary to bring them on the surface in an organized way. However, to exploit its full potential and to ensure efficient scale-up, self assembly of such nanoparticles is absolutely essential. The aim of this work is to develop new strategies for alignment by self assembly of such one-dimensional nanomaterials like carbon nanotubes using combination of different conventional techniques. This includes a functionalization study with new strategy for hybrid bio-functionalization of carbon nanotubes which could have potential application in drug delivery, genetic engineering and biosensors. The possibility to make hybrid structure functionalization by attaching ss-DNA backbone to the positively charged head group of a cationic surfactant by ionic interaction is demonstrated. Localization of nanoparticles at liquid-liquid interfaces by manipulating the particle surface energy is an upcoming area with great potential for research and opens a window to fabricate self assembled interfacial structured hybrid materials with unique properties. In this direction, a strategy for alignment of carbon nanotubes at liquid-liquid interfaces using dielectrophoresis is also investigated. Finally, a new and unique strategy for large scale alignment of carbon nanotubes is presented by combing dielectrophoresis during Langmuir-Blodgett assembly process. The degree of alignment is verified using polarized micro Raman spectroscopy and direction dependent electrical conductivity measurements.:Chapter 1: Carbon Nanotubes Chapter 2: Self assembly and alignment of carbon nanotubes Chapter 3: Materials and methods Chapter 4: Results Chapter 5: Conclusions and outlook / Die Assemblierung von Nanopartikeln liefert effektive Bausteine für physikalische, chemische und biologische Systeme, welche erstaunliche kollektive und spezifische Eigenschaften aufweisen. Eindimensionale Nanopartikel sind mitunter die spektakulärsten und vielversprechendsten Materialien für technologische Anwendungen im Feld der Nanotechnologie. Einzelwand-Kohlenstoffnanoröhren stellen eine Gruppe von anisotropen und perfekt eindimensionalen Nanopartikeln mit außergewöhnlichen elektronischen, mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften dar. Im Allgemeinen befinden sich solche Nanopartikel in gelöster Form. Für alle Arten der Anwendung müssen diese notwendigerweise in organisierter Weise auf Oberflächen abgeschieden werden. Um ihr volles Potential auszuschöpfen und eine effiziente Hochskalierbarkeit zu erreichen, ist eine Self Assembly solcher Objekte zwingend erforderlich. Ziel dieser Arbeit ist es, neue Strategien für Ausrichtung und Self Assembly von eindimensionalen Nanopartikeln wie Kohlenstoffnanoröhren mit einer Kombination von konventionellen Techniken zu entwickeln. Dies beinhaltet eine Funktionalisierungsstudie mit neuer Strategie für hybrid-bio-Funktionalisierung von Kohlenstoffnanoröhren, welche eine potentielle Anwendungsmöglichkeit in der Medikamentenverabreichung, Gentechnik und Biosensoren darstellt. Die Möglichkeit hybride Struktur Funktionalisierung durch Anfügen von ss-DNA-Rückgrat der positiv geladenen Kopf Gruppe der kationischen Tensiden durch Ionische Wechselwirkung wird demonstriert. Eine Anreicherung von Flüssigkeits-Flüssigkeits-Grenzflächen mit Nanopartikeln durch Kontrolle der Partikel Oberflächenenergie ist ein neus Forschungsgebiet mit großem Potential für die Forschung, welche, die Möglichkeit eröffnet, selbst-organisierte, grenzflächenstrukturierte Hybridmaterialien mit einzigartigen Eigenschaften herzustellen. Anknüpfend hieran wird auch eine Strategie zur Ausrichtung von Kohlenstoffnanoröhren an Grenzflächen mittels Dielektrophorese untersucht. Letztlich wird eine neuentwickelte, einzigartige Strategie zur großflächigen Ausrichtung von Kohlenstoffnanoröhren vorgestellt, welche auf einer Kombination von Dielektrophorese und Langmuir-Blodgett-Technik durch gleichzeitige Anwendung im Anordnungsprozess beruht. Der Grad der Ausrichtung ist mit polarisierten Mikro Raman-Spektroskopie und Richtung abhängige elektrische Leitfähigkeit Messungen überprüft.:Chapter 1: Carbon Nanotubes Chapter 2: Self assembly and alignment of carbon nanotubes Chapter 3: Materials and methods Chapter 4: Results Chapter 5: Conclusions and outlook