En la present tesi doctoral es descriu la preparació de diferents tipus d'aerogels (aerogels de sílice, híbrids orgànic-inorgànics, orgànics i de carbó) nanocomposats amb ferro, níquel, pal·ladi o europi.Per tal d'introduir aquests metalls a l'interior de l'aerogel s'han utilitzat dos tècniques diferents: la cogelificació, en la que el metall s'introdueix a l'hora que té lloc la síntesi del gel mitjançant el procés sol-gel, i la impregnació, en la que el metall s'introdueix després d'haver-se format el gel. A continuació i per tal d'obtenir els aerogels a partir dels corresponents gels dopats amb metall s'ha realitzat dos tipus d'assecats supercrítics diferents: l'assecat supercrític a elevada temperatura (en el que l'etanol es porta a les condicions supercrítiques) i l'assecat supercrític a baixa temperatura (en el que el CO2 es porta a les condicions supercrítiques).Aquests aerogels preparats s'han caracteritzat a partir de les següents tècniques: la Microscopia de Transmissió Electrònica (TEM) , la Difracció de Raigs X en pols (p-XRD), les Mesures d'Adsorció-Desorció de Nitrogen (BET) i les Anàlisis Químiques. A partir de la caracterització d'aquests aerogels s'ha procedit al seu assaig com a catalitzadors recuperables i reutilitzables en les reaccions d'addició de Michael i les reaccions de Mizoroki-Heck.Durant la realització de la present tesi també s'han preparat i caracteritzat aerogels fluorats amb els següents objectius: per una banda la obtenció d'un material superhidrofòbic i per l'altre banda la obtenció d'aerogels per evaporació del dissolvent del gel a temperatura ambient i sense un assecat supercrític. La preparació d'aquests aerogels es realitza mitjançant la fluoració dels gels de sílice amb el 1H,1H,2H,2H-perfluorooctildimetilclorosilà. Així doncs per una banda, l'assecat d'aquests aerogels a temperatura ambient dóna lloc a uns materials que, tot i que presenten una àrea superficial inferior a la dels aerogels, són porosos i mantenen l'estructura monolítica prèvia dels gels. Per altra banda els aerogels assecats en condicions supercrítiques mostren un caràcter superhidrofòbic. / In the present thesis the preparation of different kind of aerogels (silica aerogels, hybrid organic-inorganic aerogels, organic and carbon aerogels) doped with iron, nickel, palladium or europium is described.In order to introduce these metals inside the aerogels two different techniques have been applied: the cogelation process in which the metal is introduced at the same time that the gel is formed and the impregnation process in which the metal is introduced after the gel is formed. The next step is the supercritical drying of the gels to obtain the aerogels. Two different kind of dryings have been done: at high temperatures with ethanol and at low temperatures with CO2.These aerogels have been characterize with the following techniques: Transmission Electron Microscopy (TEM), powder X-Ray Diffraction (p-XRD), BET and Elemental Analysis.These aerogels have been assaied as recoverable and reusable catalysts in Michael addition reactions and in Mizoroki-Heck reactions.Florinated aerogels have also been prepared through fluorination of silica gels with 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyldimethylchlorosilane. These aerogels have shown to be superhydrophobics. The drying of these aerogels at room temperature and under ambient pressure generates a material which is porous and it maintains its monolithity.

Els compostos altament fluorats o polifluorats es caracteritzen per tenir propietats físiques i químiques inusuals i úniques molt diferents a les dels hidrocarburs. Donades aquestes propietats, els compostos altament fluorats han estat utilitzats en diverses aplicacions tant en química farmacèutica com en ciència dels materials. En el nostre grup d’investigació, es va descobrir que alguns compostos altament fluorats estabilitzaven nanopartícules metàl·liques, partícules aïllades entre 1 i 100 nm de diàmetre. Aquests materials presenten aplicacions en biologia, física i química, sent una de les aplicacions més importants en el camp de la catàlisis, on el seu us ha permès crear catalitzadors que es poden recuperar i reutilitzar. En la present Tesi Doctoral s’han preparat nous compostos aromàtics altament fluorats mitjançant reaccions de substitució nucleòfila aromàtica. Els nous compostos han mostrat ser excel·lents estabilitzants de nanopartícules de Pd(0), Ru(0), i Rh(0). Per altra banda, s’ha preparat un tiol aromàtic altament fluorat capaç d’estabilitzar nanopartícules de Au(0). Les nanopartícules de Pd(0) s’han mostrat actives en catàlisi en reaccions de formació d’enllaços C-C (acoblament creuat). Per tal de facilitar la recuperació i reutilització del catalitzador, les nanopartícules de Pd(0) estabilitzades pels compostos altament fluorats s’han immobilitzat en un gel de sílice fluorat mitjançant interaccions febles F-F. Per altra banda, s’ha preparat un material més robust capaç d’estabilitzar nanopartícules metál·liques on l’estabilitzant està unit a la matriu de sílice mitjançant enllaç covalent. Tots dos materials han mostrat ser bons catalitzadors. Les nanopartícules de Au(0) s’han immobilitzat en un gel de sílice fluorat i s’han usat com a catalitzadors reutilitzables en l’oxidació d’alcohols primaris i secundaris en presència d’oxigen. També, han mostrat activitat en l’esterificació oxidativa d’alcohols. Finalment, les nanopartícules de Ru(0) i Rh(0) s’han fet servir com a catalitzadors en reaccions d’hidrogenació. / Fluoroorganic compounds have a unique set of physical and chemical properties. Due to these properties, the polyfluorinated compounds have been used in pharmaceutical chemistry and in material science. In our research group, we have discovered that some heavily fluorinated compounds stabilized metal nanoparticles, a term referring to isolated particles with a size between 1 and 100 nm. Among the many potential applications of metal nanoparticles, catalysis has perhaps been one of the most intensely investigated. High surface area of nanoparticles makes them attractive candidates for the development of efficient recoverable catalysts. In the present Doctoral thesis, two heavily fluorinated compounds have been prepared and used in the preparation of Pd(0), Ru(0) and Rh(0) nanoparticles. In addition, a heavily fluorinated thiol has been synthesised and used in the stabilization of gold nanoparticles. Palladium nanoparticles have been used as reusable catalysts in cross-coupling reaction. In addition, some of these nanoparticles have been supported on fluorous reversed-phase silica gel through fluorous–fluorous interactions and used as catalysts. In an effort to create a more robust catalyst, we have prepared an organic-inorganic fluorinated hybrid material using the sol-gel process. This new material was found to act as an efficient stabilizer of catalytically active metal nanoparticles. Gold nanoparticles have been immobilized on reversed-phase silica gel and successfully used in the oxidation of primary and secondary alcohols. Moreover, the material was shown to be active in the direct oxidative conversion of alcohols into ethers. Finally, ruthenium and rhodium nanoparticles have been used as catalyst in hydrogenation reactions.

El desenvolupament de processos químics amb un impacte ambiental mínim ha esdevingut una gran àrea d’interès en la comunitat científica. L’ús d’aigua com a dissolvent i el disseny de catalitzadors reciclables són algunes de les direccions més prometedores en aquest camp. Entre els catalitzadors solubles en aigua, s’ha mostrat una gran atenció en les nanopartícules metàl·liques. Entre aquestes, les nanopatícules de Pd(0) solubles en aigua són catalitzadors prometedors en processos orgànics, principalment en hidrogenacions, oxidacions i reaccions d’acoblament creuat C-C. Existeixen diversos tipus d’agents estabilitzants per preparar nanopartícules, per tal d’evitar l’aglomeració d’aquestes, com polímers que proporcionen una estabilització per atrapament, a causa de l’impediment estèric i a través de la interacció entre la superfície de la nanopartícula i els heteroàtoms presents en l’agent estabilitzant. En aquest context, el nostre treball ha estat centrat en l’ús de compostos derivats de polietilenglicols (PEG) com a estabilitzants de nanopartícules metàl·liques. Les cadenes de PEG són comercialment assequibles en diferents pesos moleculars, són solubles en aigua i insolubles en dietil èter. En aquest treball s’han sintetitzat compostos polioxietilenats, i els materials resultants, amb llargues cadenes de PEG ancorades, han estat emprats amb èxit com a estabilitzants per a la preparació de nanopartícules metàl·liques de pal·ladi, or i rodi. Les nanopartícules de pal·ladi sintetitzades han mostrat bona activitat com a catalitzadors en la reacció d’acoblament de Suzuki, en la reacció de Heck i en la reacció de Sonogashira, totes elles en medi aquós, proporcionant en general de bons a excel·lents rendiments aïllats en la reacció amb un gran ventall d’halurs d’aril com a substrats. Cal destacar que els materials nanoparticulats han estat assajats com a catalitzadors reciclables, obtenint-se bons rendiments en els diferents cicles consecutius. / The development of chemical processes with minimal environment impact has become a major area of interest in the scientific community. The use of water as a solvent and the design of recyclable catalysts are some of the promising directions in this field. Among water-soluble catalysts, a great deal of attention has been focused on metal nanoparticles. Of these, water-soluble Pd(0) nanoparticles is a promising class of catalysts in organic processes, mainly in hydrogenation, oxidation and C-C cross-coupling reactions. A wide range of stabilizers to prepare nanoparticles are known, to prevent the aggregation of them, such as polymers, which provide stabilization by entrapment, both through their steric bulk and through the weak dative bonds between the nanoparticle surface and the heteroatoms present in the structure of the protective agent. In this context, our work has been focused on the use of polyethylene glycol (PEG)-tagged derivatives as stabilizing agents for metal nanoparticles. The PEG chains are commercially available in various molecular weights, are soluble in water and are insoluble in diethyl ether. In this work, it has been synthesized a new PEG-tagged compounds, and the resulting materials bearing longer polyether chains have been successfully used as stabilizers for the preparation of water-soluble palladium, gold and rhodium nanoparticles. The newly prepared nanomaterial has been displayed good activity as catalyst in the Suzuki coupling, in the Heck’s and in the Sonogashira’s reactions, all of them in aqueous media, providing in general good to excellent yields in a coupling of a range of aryl and heteroaryl substrates. It should be note that the recyclability of the catalysts have been established giving good isolated yields in successive runs.

Tesi Doctoral M. Rosa AxetLa tesi consta del desenvolupament i aplicació de lligands difosfit derivats de carbohidrats a la reacció d'hidroformilació i hidrogenació catalitzada per rodi. També s'ha estudiat la aplicació de diferents lligands derivats de carbohidrats com ha estabilitzants de nanopartícules metàl·liques.En el capítol 2 es discuteix la síntesi i caracterització de nous lligands difosfit. Aquesta nova sèrie de lligands modulables es caracteritza per tenir estructura de furanòsid amb simetria C2, on es poden introduir diferents substituents en l'anell i en els àtoms de fòsfor i canviar la configuració dels estereocentres de les posicions 2 i 5 de l'anell tetrahidrofurà. També s'estudien els respectius compostos de coordinació de rodi. Els lligands difosfit s'han utilitzat en la reacció d'hidroformilació asimètrica de l'estirè. Els complexes de rodi s'han emprat com a catalitzadors en la reacció de hidrogenació asimètrica de l' α-acetamidoacrilat de metil.Els lligands difosfit s'han sintetitzat a partir de la D-glucosamina, del D-glucitol i del (2S,3S)-tartrat de dietil. Els complexes de rodi [Rh(cod)(L)]BF4, on L és un lligand difosfit prèviament descrit, s'han sintetitzat per reacció del complex de rodi [Rh(cod)2]BF4. Els lligands difosfit derivats de carbohidrats s'han emprat en la reacció de hidroformilació asimètrica d'estirè catalitzada per rodi. Els sistemes Rh/difosfit han proporcionat moderades activitats i altes regioselectivitats en l'aldehid 2-fenilpropanal. Les enantioselectivitats observades en aquests sistemes van ser moderades (fins un ee del 46 % (S)) i fortament influïdes per la natura del lligand. S'ha obtingut fins una del 60% (S) d'excés enantiomèric en la hidroformilació del 4-metoxiestirè. També s'han estudiat les espècies intermèdies de la reacció de hidroformilació amb els lligands difosfit mitjançant RMN d'alta pressió. En tots el casos estudiats s'ha observat la formació del complex [RhH(CO)2(L)] (L: difosfit), on tots els lligands difosfit estudiats es coordinen en posició bisequatorial. Els complexes de rodi [Rh(cod)(L)]BF4 (L: difosfit) s'han emprat com a catalitzadors en la reacció d'hidrogenació asimètrica de l' α-acetamidoacrilat de metil. En general s'han observat baixes activitats i enantioselectivitats. La estructura del lligand va afectar considerablement a l'enantioselectivitat.La reacció d'hidroformilació alilbenzens i propenilbenzens es una eina important per a obtenir intermedis d'alt valor afegit de la indústria farmacèutica i cosmètica. En el capítol 3 s'ha estudiat la hidroformilació asimètrica de alilbenzens i propenilbenzens catalitzada per rodi modificat amb lligands difosfit derivats de carbohidrats, ja que fins ara només s'havien estudiat amb sistemes basats amb difosfines. En la hidroformilació de l'anetol (propenilbenzè), amb el sistema Rh/difosfit, es van obtenir elevades regioselectivitats en el producte α-hidroformilat, fins a un 86%, observant-se millors activitats que les obtingudes per sistemes basats difosfines en condicions semblats, prèviament publicats. Només en algun cas es va observar enantioselectivitat. En la hidroformilació de l'estragol (alilbenzè), es van obtenir regioselectivitats moderades, 47% en l'isòmer β i 53% en l'isòmer γ, i en cap cas es van observar excessos enantiomèrics.Un dels objectius de la tesi que es presenta és la síntesi de nanopartícules metàl·liques de pal·ladi estabilitzades per lligands derivats de carbohidrats mitjançant l'aproximació organometàl·lica, i per extensió la síntesi de nanopartícules metàl·liques de rodi i ruteni en presència d'aquest tipus de lligand pel mateix mètode. Així com l'aplicació d'aquestes nanopartícules com a catalitzadors en reaccions catalítiques enantioselectives.Les nanopartícules de rodi es van utilitzar com a catalitzadors de la reacció asimètrica d'hidroformilació d'estirè. Es van obtenir baixes conversions i la regio- i enantioselectivitat van augmentar quan es va afegir excés del corresponent lligand. Els resultats obtinguts amb el corresponent sistema molecular, diluït o no, i els test d'enverinament del catalitzador amb mercuri i disulfur de carboni, suggereixen la formació de petites quantitats sistema homogeni quan s'utilitza el sistema col·loïdal. / Thesis M. Rosa AxetThis thesis deals with the development and application of diphosphite ligands derived from carbohydrates to rhodium-catalysed asymmetric hydroformylation and hydrogenation reactions. The use of various carbohydrate derivative ligands as stabilisers of metal nanoparticles is also studied. The synthesis and the characterisation of the series of diphosphite ligands are described in Chapter 2. The results of the asymmetric hydroformylation of styrene and related vinyl arenes are also described. High-pressure NMR studies of [RhH(CO)2(L)] (L:diphosphite) under catalytic conditions reveal detailed information about the coordination behaviour of these diphosphite ligands. The respective cationic rhodium complexes of diphosphite ligands are prepared and characterised to be used in the hydrogenation of methyl acetamidoacrylate.New diphosphite ligands with C2-symmetry and a tetrahydrofuran backbone have been synthesised in moderate to good yields starting from D-glucosamine, D-glucitol and (2S,3S)-diethyl tartrate. The rhodium cationic complexes of diphosphite ligands of general formula [Rh(cod)(L)]BF4, (L= diphosphite ligand) were prepared.This new series of diphosphite ligands has been applied to the rhodium-catalysed asymmetric hydroformylation of styrene and related substituted vinyl arenes. High regioselectivities to the branched aldehyde (up to 90%) and moderate enantioselectivities (up to 46%ee) were obtained in the asymmetric hydroformylation of styrene. In the hydroformylation of p-methoxystyrene was obtained 60% of enantioselectivity. The configuration and substitution of the remote stereocenters at positions 2 and 5 of the tetrahydrofuran ring were observed to have a considerable influence on the enantioselectivity. The most significant result is that the configuration of the major isomer obtained in the hydroformylation reaction can be controlled by changing the configuration of these stereocenters.The intermediate species in hydroformylation with diphosphite ligands were studied by high pressure-NMR spectroscopy. These species were prepared in situ under hydroformylation conditions, observing that the formation of the hydridorhodiumcarbonyl specie was very slow. The ligands coordinate in an equatorial-equatorial fashion in the trigonal-bipyramidal hydridorhodiumcarbonyl species. Rhodium complexes were tested in the asymmetric hydrogenation of methyl acetamidoacrylate. The conversions and the enantioselectivities were low and were mainly influenced by the substitution in the biphenyl moiety and by the configuration of the remote centres at positions 2 and 5 of the tetrahydrofuran ring.Chapter 3 discusses the use of diphosphite chiral ligands in the rhodium-catalysed hydroformylation of allylbenzene and propenylbenzene. The hydroformylation of these substrates, easily available from biomass, enables the facile synthesis of aldehydes that are useful in the perfume and pharmaceutical industry. The rhodium-diphosphite system was used in the hydroformylation of trans-anethole and led to high selectivities (as high as 86%) under mild conditions (60ºC, 40 bar). We also studied the asymmetric induction of the two diphosphite chiral ligands in this reaction. We only observed low enantioselectivities in the case of diphosphite in trans-anhetole hydroformylation. In the hydroformylation of estragole, we used rhodium-diphosphite ligand. In this case, regioselectivities on the branched aldehyde were low (47% of and 53% of lineal aldehyde) when excess of ligand was added. We also investigated the enantioselectivity but we did not observe asymmetric induction in the conditions studied.Chapter 4 describes the novel application of carbohydrate derivative ligands as stabilisers of metal nanoparticles. Rhodium, platinum and ruthenium nanoparticles are prepared by the organometallic approach in the presence of carbohydrate derivative ligands. The proprieties of the nanoparticles were strong influenced by the metal precursor and the stabiliser used. The palladium nanoparticles were applied as catalyst in the allylic alkylation reaction showing excellent results. The application of rhodium nanoparticles as catalyst in the styrene hydroformylation provided low activities. The results of the colloidal system, the respective molecular system, and the poisoning test were suggesting the formation of small amounts of homogeneous catalyst from colloidal system.

El objetivo general que se ha planteado en este trabajo de tesis ha sido la obtención de nanopartículas magnéticas (NMPs) que puedan presentar aplicaciones biomédicas. El tipo de NPMs desarrolladas han sido, por una parte, magnetoliposomas, y, por otra, un ferrofluido formado por magnetita estabilizada con polietilenglicol (PEG). Como premisas de partida, se ha fijado que cualquier muestra obtenida de tener un tamaño inferior a 200 nm, estabilidad mínima de 24 horas, y un comportamiento propio de los ferrofluidos ante un campo magnético. Sobre aquellos productos que cumplían los citados requisitos se han ido introduciendo modificaciones hasta obtener un producto estable con las propiedades antes indicadas. Se estudiaron dos aplicaciones terapéuticas de las partículas sintetizadas: como sistemas adecuados para terapia hipertérmica, y como sistemas transportadores de fármacos dirigidos bajo la acción de un campo magnético. Los magnetoliposomas obtenidos encapsulaban o bien un ferrofluido aniónico comercial, o bien el ferrofluido obtenido con PEG en liposomas empleando el método de fase reversa seguida de extrusión. Estos liposomas presentaban un diámetro de partícula de unos 200 nm, eran superparamagnéticos, muy estables y con las tasas de encapsulación más elevadas que las obtenidas por otros métodos. Se ha obtenido un ferrofluido por co‐precipitación de sales férricas en presencia de PEG. El PEG no estaba modificado y su interacción con la magnetita es de tipo físico. Se han obtenido nanopartículas de magnetita con un tamaño medio de 12 nm. Se ha estudiado el efecto de hipertermia y termoablación inducida de estas NPMs en fantoms, materiales con propiedades dieléctricas y de permitividad semejantes a los tejidos reales sobre los que se pretende aplicar la terapia. Se comprobó el funcionamiento de los aplicadores de radiación, una guía de onda y una antena de microondas, así como, el uso de las NPMs como potenciadores y como agentes para focalizar la energía en la zona deseada. Se demostró, que utilizando en conjunto el aplicador con las NPMs es posible focalizar la energía sobre el tumor evitando el calentamiento del tejido sano circundante, lograr incrementos de temperatura en el rango terapéutico y controlar los incrementos de temperatura en el tejido. Se ha estudiado la biodistribución de los magnetoliposomas en ratones a los que se les había inducido inflamación. Se confirmó que las NPMs se acumulan principalmente en el foco inflamatorio sin la necesidad de dirigirlos mediante un campo magnético externo. En un segundo estudio se observó que, además, si se le aplica en la zona inflamatoria un campo magnético externo, la cantidad de NPMs aumenta en el exudado, y disminuye en sangre, hígado y bazo. Esto demuestra que los magnetoliposomas pueden ser utilizados como vehículo de transporte, para dirigir fármacos a zonas de interés terapéutico, con lo que podríamos reducir la dosis de fármaco administrada y aumentar la eficacia del tratamiento y prevenir los efectos secundarios. / To obtain magnetic nanoparticles (MNPs) for biomedical applications was the primary objective of this thesis. Two types of MNPs have been developed. On one hand, magnetoliposomes and secondly, a ferrofluid formed by magnetite stabilized with polyethylene glycol (PEG). As a starting premise, samples of 200 nm, 24 h minimum stability and proper behavior of ferrofluids to a magnetic field are set to be the starting premises of this research. Specific modifications have been introduced to products that fulfill these requirements in order to obtain a stable product with the properties mentioned above. Two therapeutic applications of synthesized particles were studied as suitable systems for hyperthermia therapy, and as targeted drug carrier systems under the action of a magnetic field. The obtained magnetoliposomes encapsulate a commercial anionic ferrofluid or the ferrofluid stabilized with PEG inside liposomes using the method of reverse phase followed by extrusion. These liposomes have a particle diameter of 200 nm, are superparamagnetic, very stable and encapsulation rates higher than those obtained by other methods. Using co‐precipitation method of ferric salts in the presence of PEG the ferrofluid was obtained. The PEG was not modified and its interaction with the magnetite is of physical type. MNPs we obtained with an average size of 12 nm. The effect of induced hyperthermia and thermal ablation of these NPMS in phantoms have been studied. Phantoms are materials with dielectric and permittivity properties tissues‐like in which the therapy is intended to be applied. We demonstrated the operation of the radiation applicator, a waveguide and a microwave antenna, and also the use of NPMS as enhancers and agents to focus the energy on the desired area. It was demonstrated the usage of applicator together with the NPMS is possible to focus the energy on the tumor while sparing the surrounding healthy tissue heating. Furthermore an enhanced of the temperature on the therapeutic range and the control of the increases of temperature in the tissue were obtained. We have studied the biodistribution of magnetoliposomas in mice that had been induced inflammation. NPMS was confirmed to accumulate mainly in the inflammatory focus directing without using an external magnetic field in the exudate. Moreover, in a second study it was observed that, if this external magnetic field was applied in the inflammatory area, the amount of NPMS increases in the exudate and decreases in blood, liver, and spleen. This demonstrate that magnetoliposomas can be used as transport vehicle for drug targeting to areas of therapeutic interest, and reduce the dose of drug administered and increases the efficiency of the treatment preventing side effects.