El objetivo del presente trabajo de título es la aplicación de catalizadores de paladio soportado en óxido de zirconia de alta área, a la reducción de emisiones de NOx en procesos de combustión de metano. Esto se fundamenta en los altos niveles que este contaminante presenta en la atmósfera de Santiago. Además, el interés de este estudio radica en la posibilidad de usar gas natural como una solución al problema y en la imposibilidad de utilizar para ello convertidores catalíticos tradicionales. Se estudió como soporte al óxido de zirconia, sintetizándose con diversos métodos de modo estabilizar una alta área superficial y con ello favorecer altas dispersiones de la fase activa de paladio. Con este fin se utilizó azufre, sodio y níquel incorporado a la zirconia en diferentes etapas de la síntesis del catalizador. Utilizando distintas cargas de paladio, estos materiales se utilizaron como catalizadores para efectuar la combustión bajo 600ºC con el fin de evitar la producción de NOx. Asimismo, suponiendo que estos contaminantes han sido emitidos, se utilizaron estos materiales para efectuar la reducción de NO con metano en exceso de oxígeno. Los resultados muestran que cuando se reprime la combustión de metano, mediante el uso de soportes ácidos, los catalizadores muestran actividad en reducción de NO. Esta actividad aumenta en la medida que crece el área del soporte, lo cual se logra introduciendo en la síntesis sodio o níquel como estabilizadores. Este último elemento permite obtener un catalizador altamente activo en reducción de NO y muy estable en el tiempo. En contraste, la reacción de combustión de metano a baja temperatura es independiente del área del soporte. Se concluye que es factible lograr una disminución importante de los contaminantes NOx, ya que es posible obtener catalizadores activos aplicables a los procesos de combustión de metano, a través de la estabilización del óxido de zirconia de alta área, introduciendo sodio o níquel al soporte. Se propone el estudio en condiciones húmedas del catalizador cuyo soporte se ha estabilizado con Ni, ya que en condiciones secas usadas en reducción de NO, su desempeño es promisorio. Lo mismo ocurre con el soporte dopado con sodio aplicado a combustión de metano.

Las investigaciones desarrolladas en la presente Tesis pro-fundizan el conocimiento sobre la aplicación de arilestannanos como eficientes intermediarios en síntesis orgánica a través de reacciones de sustitución electrofílica aromática. En una primera etapa, empleando diferentes cloruros de ácido como electrofilo, se desarrolló un protocolo experimental que per-mitió la síntesis de una gran diversidad de cetonas aromáti-cas, con total regioselectividad y en ausencia de catalizado-res. Así, empleando o-DCB como solvente, a 180C, se logró la síntesis de di- y tricetonas aromáticas a través de reaccio-nes entre cloruros de aroílo y derivados aromáticos bi- y tries-tannilados. Además, esta metodología permitió la síntesis de benzofenonas estéricamente impedidas, conteniendo hasta cuatro sustituyentes en las posiciones orto-, a través de la reacción de cloruros de aroílo y arilestannanos voluminosos. Por último, fue posible la síntesis de alquil aril cetonas tercia-rias utilizando como reactivo atacante, a cloruros de alcanoílo terciarios, comerciales. Por otra parte, y como consecuencia de algunas limitaciones propias del protocolo anterior, se desarrollaron dos nuevas estrategias de síntesis en presencia de catalizadores. Así, se demostró la eficacia del uso de AlCl3 (0,5 equivalentes) como catalizador para la síntesis de benzo-fenonas estéricamente impedidas. Por otro lado, se determinó que el In(0) es un promotor eficiente para la ipso-acilación radicalaria de arilestannanos, en ausencia de solvente. Este protocolo fue efectivo para la síntesis de benzofenonas volu-minosas y de alquil aril cetonas primarias, secundarias y ter-ciarias. Además, fue posible la síntesis de cetonas α,β-insatu-radas. La aplicación de radiación ultrasónica a estas reaccio-nes redujo significativamente los tiempos de reacción, impli-cando ahorro de energía. Además, se comprobó que los dia-rildibutilestannanos son sustratos de partida convenientes ya que aumentan la eficiencia de la reacción transfiriendo más de un grupo arilo, minimizando el desecho de subproductos de estaño los cuales, además, son de menor toxicidad. Estos factores sumados a la inocuidad del In(0), el cual puede ser recuperado, y a la ausencia de solvente hacen de este proto-colo de sumo interés por su sustentabilidad química. En una segunda etapa se estudió la reactividad de arilestannanos frente a diversos electrofilos, aplicando algunos de los proto-colos previos. Las reacciones fueron negativas frente a dietil clorofosfato y a cloruros de carbamoílo. En cambio, se logra-ron resultados preliminares promisorios para el desarrollo de una alternativa interesante y sencilla para la síntesis regiose-lectiva de diaril cetonas simétricas, prescindiendo del uso de cloruros de ácido, empleando cloruro de oxalilo como sintón carbonílico C1, en o-DCB, a 180C. Bajo un protocolo similar se logró la síntesis selectiva de diaril sulfonas asimétricas mediante la reacción de cloruro de p-toluensulfonilo y arilo diarilestannanos. Una desventaja importante de las reacciones de ipso-sustitución de arilestannanos es la generación de can-tidades equimoleculares de cloruros de trialquilestaño, de reco-nocida toxicidad. En la presenteTesis se implementaron proto-colos que permiten la recuperación de los mismos en, aproxi-madamente, un 80%. Finalmente, se dieron los primeros pasos en el empleo de arilestannanos soportados sobre polímeros en reacciones de ipsosustitución, con el objeto de lograr la máxi-ma recuperación y posterior reutilización de los subproductos de estaño. Se encontraron las condiciones óptimas para la síntesis de arilestannanos soportados, con una elevada efi-ciencia en los distintos pasos de reacción y una carga por gramo de resina importante. A continuación, se buscaron dis-tintas condiciones para el empleo de estos sustratos en reacciones de acilación, logrando resultados aceptables al utilizar AlCl3 como catalizador. / The research work carried out in this Thesis contributes to the knowledge of the application of arylstannanes as efficient intermediates in organic synthesis through electrophilic aro-matic substitutions. In the first part, employing different acyl chlorides as electrophiles, we developed a new experimental protocol that allowed the synthesis of a wide variety of aro-matic ketones, with complete regioselectivity and in the absence of catalysts. Thus, in o-DCB as solvent, at 180C, it was possible to synthesize di- and triketones by the reaction of aroyl chlorides with bi- and tri-stannylbenzenes. Further-more, this methodology allowed the synthesis of sterically hindered benzophenones, containing up to four substituents in ortho positions, through the reaction of bulky aroyl chlorides and bulky arylstannanes. Finally, it was possible to synthesize tertiary alkyl aryl ketones using commercial tertiary alkanoyl chlorides as reagents. On the other hand, and as a conse-quence of some limitations inherent to the previous protocol, we developed two new synthetic strategies in the presence of catalysts. Thus, we demonstrated the efficacy of AlCl3 (0.5 equivalents) as a catalyst for the synthesis of sterically hindered benzophenones. Furthermore, it was found that In(0) promotes ipso-radical acylation of arylstannanes, in the ab-sence of solvent. This protocol was effective for the synthe-sis of bulky benzophenones as well as primary, secondary and, even, tertiary alkyl aryl ketones. It was also possible the synthesis of α,β-unsaturated ketones. Application of ultraso-nic radiation to these reactions significantly decreased reac-tion times, involving energy saving. Furthermore, it was found that diaryldibutylstannanes are convenient starting substrates because they increase the efficiency of the reaction trans-ferring two aryl groups, minimizing the waste of tin products which, moreover, are less toxic. These factors coupled with the safety of using In(0), which can also be recovered, and the absence of solvent, make this protocol very attractive. In the second part we studied the reactivity of arylstannanes towards various electrophiles, applying some of the previous protocols. The reactions were negative with carbamoyl chlo-rides and diethyl chlorophosphate. In contrast, promising preli-minary results were achieved for the regioselective synthesis of symmetric diaryl ketones without the use of acid chlorides, using oxalyl chloride as C1 carbonyl synthon, in o-DCB, at 180C. Under a similar protocol was achieved the selective synthe-sis of asymmetric diaryl sulfones by the reaction of ptoluene-sulfonyl chloride and aryl- or biarylstannanes. A major draw-back of the ipso-substitution reactions of arylstannanes is the generation of equimolar amounts of trialkyltin chlorides, of recognized toxicity. In this Thesis we implemented protocols that allow their recovery by ca. 80%. Finally, we started to study the employment of polymer supported arylstannanes in ipso-substitution reactions, in order to achieve maximum reco-very and later reuse of tin by-products. We found the optimal conditions for the synthesis of supported arylstannanes, with high efficiency in the different reaction steps and an impor-tant load per gram of resin. Then, we looked forward different conditions for the use of these substrates in acylation reac-tions, achieving acceptable results using AlCl3 as a catalyst.

La contaminación por nitratos de las aguas naturales es un problema que afecta a gran parte de zonas agrícolas y ganaderas. Para reducir los nitratos presentes en dichas aguas se han propuesto varias técnicas, la mejor de las cuales podría ser desde un punto de vista medioambiental la reducción catalítica de nitratos a nitrógeno. En este sentido, en esta tesis se ha utilizado la técnica antes nombrada para eliminar nitratos de aguas naturales utilizando un reactor en continuo. Para ello, se han optimizado las condiciones de reacción, tales como el pH, la temperatura, la velocidad de agitación, el tiempo de contacto, el flujo de hidrógeno y el tipo de reactor. Una vez fijadas las condiciones de reacción se ha optimizado la composición del catalizador y su forma de preparación. Se han estudiado diversas combinaciones de diferentes metales obteniendo los mejores resultados con una combinación Pd-Sn de relación 2. Se ha realizado un estudio sobre la influencia del soporte utilizado en la actividad del catalizador y tras realizar experimentos con distintos óxidos, carbones y zeolitas se ha obtenido la mejor actividad y selectividad a nitrógeno para el catalizador basado en alúmina o en un material mesoporoso como el material MCM-41. La preparación del catalizador se ha estudiado con el catalizador Sn/Pd soportado sobre alúmina obteniendo los mejores resultados al preparar el catalizador mediante una impregnación a volumen de poro añadiendo primero la sal de Sn y luego la sal de Pd y activando el catalizador a temperaturas inferiores a 200ºC. Se ha estudiado el tiempo de vida del catalizador obteniéndose que el catalizador es activo durante 17 días al usarlo en aguas naturales, siendo posible reutilizarlo tras regenerarlo lavándolo con agua destilada, ya que su desactivación está principalmente relacionada con la deposición de especies iónicas sobre la superficie del catalizador. No obstante, es imposible evitar en la reacción de reducción de nitratos la producción de amonio, por ello se han estudiado distintas opciones para eliminar este subproducto. Tras analizar éstas, se ha determinado que la mejor manera de eliminar el amonio del medio es por intercambio aniónico usando una zeolita natural (clinoptilolita). El catalizador Sn/Pd/Al2O3 se ha caracterizado mediante diferentes técnicas, antes y después de reacción, con el fin de determinar las fases activas del mismo, las propiedades texturales, el tamaño de partícula metálica y su dispersión. Los resultados obtenidos muestran que el catalizador es estable durante la reacción y no sufre modificaciones en su estructura ni en sus propiedades texturales. La comparación de los resultados obtenidos al estudiar la actividad del catalizador con los resultados obtenidos en su caracterización ha permitido determinar que inicialmente los nitratos son reducidos a nitritos, siendo posteriormente los nitritos reducidos a nitrógeno o amonio. / Franch Martí, C. (2011). ELIMINACIÓN CATALÍTICA DE NITRATOS EN CONTINUO EN AGUAS NATURALES [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14118

En este trabajo se han sintetizado 3 familias de compuestos derivados de aminoácidos naturales: aminoalcoholes, bisamidas y aminoamidas.Los aminoalcoholes fueron soportados sobre distintos polímeros orgánicos para obtener ácidos de Lewis derivados del aluminio. Estos ácidos fueron probados como catalizadores de la adición de Diels-Alder de la metacroleina al ciclopentadieno.Las bisamidas derivadas de la fenilalanina se utilizaron como ligandos quirales del Ni para obtener complejos que fueron probados como catalizadores de la adición de dietilzinc a benzaldehído. Se observó una variación del exceso enantiomérico obtenido y un cambio de topicidad del mismo en función de la longitud del puente de la bisamida.Las aminoamidas derivadas de la fenilalanina y distintas monoamidas se utilizaron como ligandos quirales de Ni para la obtención de una seri de complejos que fueron probados en la adición del dietilzinc a benzaldehído. Observándose una variación de la enantioselectividad en función del grupo introducido por la amina y un cambio de la topicidad relacionado tambien con las propiedades de dicho grupo.

Leyva Perez, A. (2005). Compuestos de Paladio soportados en distintos materiales. Aplicación en Catálisis heterogénea [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1839

[ES] En esta Tesis Doctoral se presenta la obtención de productos de alto valor añadido a partir de moléculas plataforma derivadas de la biomasa tales como HMF, glicerina, ácido levulínico y alcoholes grasos. Se ha llevado a cabo la síntesis de dioles con interés como monómeros para la obtención de polímeros biodegradables mediante acetalización del HMF con glicerina utilizando aluminosilicatos micro y mesoporosos como catalizadores ácidos heterogéneos. Los resultados obtenidos mostraron que la zeolita bidimensional (ITQ-2) y el material mesoporoso estructurado (MCM-41) poseen las características adecuadas para dicha reacción, pu-diendo llevarse a cabo el proceso deseado con una excelente conversión y selectividad a los acetales cíclicos. El estudio se ha podido extender al em-pleo de diferentes compuestos furánicos y glicoles. Por otra parte, se ha obtenido una nueva familia de surfactantes no iónicos derivados del HMF, mediante un proceso multietapa, que consiste en la eterificación selectiva de HMF con un alcohol graso dando lugar a un 5-alcoximetilfurfural, que posteriormente, se acetaliza con glicerina en pre-sencia de un catalizador ácido heterogéneo. El estudio mostró que la zeoli-ta BetaF, sintetizada en medio fluoruro y con una relación Si/Al = 100, po-see las propiedades de acidez y adsorción óptimas para llevar a cabo el proceso obteniéndose rendimientos y selectividades excelentes y minimi-zando al mismo tiempo la desactivación del catalizador. La zeolita Be-taF(100) se ha empleado con excelentes rendimientos en el proceso multi-etapa utilizando diferentes alcoholes grasos. Dichos compuestos surfactan-tes presentan valores de HLB comprendidos entre 4.9-6.6, y buena estabili-dad térmica, por lo tanto, podrían ser empleados como emulsionantes de agua en aceite (W/O) para diversas aplicaciones industriales. También, se ha llevado a cabo la síntesis de furfuril aminas N-sustituidas (productos de interés farmacológico), mediante aminación reductiva de aldehídos furánicos con aminas en presencia de catalizadores heterogé-neos basados en nanopartículas de Pd soportadas sobre carbón activo. El catalizador de Pd/C óptimo, con una carga metálica del 1 % en peso y un tamaño de partícula de 2.7 nm resultó ser estable y reusable en la reac-ción de aminación reductiva de HMF con diferentes aminas y amoniaco, así como, en la reacción en cascada utilizando nitrobenceno, para obtener diferentes 5-(hidroximetil)-2-furfuril aminas N-sustituidas con excelentes rendimientos y selectividades. Por último, se ha llevado a cabo síntesis quimioselectiva de precursores de surfactantes (4-alcoxipentanoatos de metilo) mediante eterificación reduc-tiva del levulinato de metilo con alcoholes grasos. Para ello se han em-pleado nanopartículas de paladio sobre diferentes soportes como cataliza-dor. Los catalizadores de Pd/C proporcionan los mejores resultados, siendo el catalizador óptimo el que presenta una carga metálica del 2.5 % en peso y tamaño de cristal alrededor de 10 nm. Se han obtenido surfactantes aniónicos mediante la saponificación de los 4-alcoxipentanoatos con exce-lentes propiedades tensioactivas. Además, la eterificación reductiva se ha extendido a otros compuestos carbonílicos y alcoholes grasos, todos ellos derivados de la biomasa para la obtención de biolubricantes con excelentes resultados. / [CA] En aquesta Tesi Doctoral es presenta l'obtenció de diferents productes d'un alt valor afegit partint de molècules plataforma derivades de la biomassa, tals com HMF, glicerina, àcid levul·linic i alcohols grassos. S¿ha dut a terme la síntesi de diols amb interés com monòmers per a l'obtenció de polímers biodegradables mitjançant l'acetalització de HMF amb glicerina. Els resultats obtinguts mostraren que la zeolita bidimensional (ITQ-2) i el material mesoporós (MCM-41) presenten les característiques adequades en aquesta reacció, podent dur-se a terme el procés desitjat amb una excel·lent conversió i selectivitat als acetals cíclics. L'estudi s'ha pogut estendre a l'ús de diferents compostos furànics i glicols. Per un altre costat, s'ha obtingut una nova família de surfactants no iònics derivats del HMF, mitjançant un procés multietapa que consisteix en l'eterificació selectiva del HMF amb un alcohol gras per donar un 5-alcoximetilfurfural, que posteriorment s'acetalitza amb glicerina en presència d'un catalitzador àcid heterogeni. L'estudi va mostrar que la zeolita BetaF, sintetitzat en medi fluorur amb una relació Si/Al = 100, posseeix les propietats d'acidesa i adsorció òptimes per a dur a terme el procés obtenint-se rendiments i selectivitats excel·lents, minimitzant al mateix temps la desactivació del catalitzador. La zeolita BetaF(100) s'ha empleat amb excel·lents rendiments en el procés multietapa utilitzant diferents alcohols grassos. Aquests compostos surfactants presenten valors de HLB compresos entre 4.9-6.6, i bona estabilitat tèrmica, per tant, podrien ser empleats com emulsionants d'aigua en oli (W/O) per a diverses aplicacions industrials. En altre capítol d'aquesta tesi, s'ha dut a terme la síntesi de furfuril amines N-substituïdes (productes d'interés farmacològic), per mitjà de l'aminació reductiva d'aldehids furànics amb amines en presència de catalitzadors heterogenis basats en nanopartícules de Pd sobre carbó actiu. El catalitzador de Pd/C òptim, amb una càrrega metàl·lica de l'1 % en peso i una grandària de partícula de 2.7 nm va resultar ser estable i reusable en la reacció d'aminació reductiva de HMF amb diferents amines i amoníac, així com, en la reacció en cascada utilitzant nitrobenzé, per a obtenir diferents 5-(hidroximetil)-2-furfuril amines N-substituïdes amb excel·lents rendiments i selectivitats. Per últim, s'ha dut a terme la síntesi quimioselectiva de precursors de surfactants (4-alcoxipentanoats de metil) mitjançant eterificació reductiva del levulinato de metil amb alcohols grassos. S'han emprat nanopartícules de pal·ladi sobre diferents suports com catalitzadors. Els catalitzadors de Pd/C proporcionen els millors resultats, sent el catalitzador òptim aquell que presenta una càrrega metàl·lica del 2.5 % en peso i grandària de cristall al voltant de 10 nm. S'han obtingut surfactants aniònics mitjançant la saponificació dels 4-alcoxipentanoats amb excel·lents propietats tensioactives. A més, l'eterificació reductiva s'ha estés a altres compostos carbonílics i alcohols grassos, tots ells derivats de la biomassa per a l'obtenció de biolubricants amb excel·lents resultats. / [EN] This Doctoral Thesis presents different improved catalytic pathways to-wards the production of high added value chemicals from platform mole-cules derived from biomass such as HMF, glycerol, levulinic acid and fatty alcohols. First, the synthesis of diols has been studied since they show great interest as monomers for the production of biodegradable polymers. These diols have been obtained by acetalization of HMF with glycerol using micro and mesoporous aluminisilicates as heterogeneous acid catalyst. The results obtained showed that the two-dimensional zeolite (ITQ-2) and the struc-tured mesoporous material (MCM-41) have the appropriate characteristics required for this reaction. The desired process can be carried out with an excellent conversion and selectivity to cyclic acetals. The study has been extended to the use of different furanic compounds and glycols. Secondly, a new family of non-ionic surfactants derived from HMF has been obtained by a multi-stage process. On the first step, the selective etherification of HMF with a fatty alcohol is carried out obtaining 5-alcoxymethylfurfural which is subsequently acetalized with glycerol in the presence of a heterogeneous acid catalyst during the second step. The study showed that zeolite BetaF synthesized in a fluoride medium and with a Si/Al = 100 ratio provides the optimal acidity and adsorption properties to carry out the process obtaining excellent yields and selectivities while min-imizing the deactivation of the catalyst. Next, BetaF(100) zeolite has been used with excellent yields in the multi-stage process using different fatty alcohols. These surfactant compounds present HLB values between 4.9-6.6 and good thermal stability, therefore, they could be used as water-in-oil (W/O) emulsifiers for diverse industrial applications. Thirdly, N-substituted furfuryl amines (products of high interest for phar-macology) have been synthetized by reductive amination of furanic alde-hydes with amines in the presence of heterogeneous catalysts. These cata-lysts are based on Pd nanoparticles supported on active carbon (Pd/C). The optimal Pd/C catalyst, with a metallic load of 1 % by weight and a particle size of 2.7 nm showed high stabillity and reusability in the reductive amina-tion reaction of HMF with different amines and ammonia, as well as, in the cascade reaction with nitrobenzene, to obtain different 5-(hydroxymethyl)-2-furfuryl N-amines substituted with excellent yields and selectivities. Finally, chemoselective synthesis of surfactant precursors (methyl 4-alcoxypentanoates) has been carried out by reductive etherification of me-thyl levulinate with fatty alcohols. For this purpose, palladium nanoparti-cles have been used on different supports as a catalyst. The Pd/C catalysts show the best results. Different metallic loadings were tested, being the optimal the catalyst with 2.5 % in weight and crystal size around 10 nm. By employing this catalyst anionic surfactants have been obtained by saponifi-cation of 4-alcoxypentanoates with excellent surfactant properties. In addition, reductive etherification has been extended to other carbonyl compounds and fatty alcohols, all derived from biomass to obtain biolubri-cants with excellent results. / En primer lugar, me gustaría agradecer al Instituto de Tecnología Química como institución y más concretamente a las personas responsables que me otorgaran la beca predoctoral Severo Ocho “La Caixa” la cual, me ha permitido llevar a cabo el desarrollo de mi Tesis Doctoral. Extender este agradecimiento a la entidad de La Caixa por su programa de becas. / García Ortiz, A. (2019). Zeolitas y metales soportados como catalizadores para la obtención de productos de química fina a partir de la biomasa [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/130212

[ES] En esta Tesis Doctoral se presenta la obtención de productos de alto valor añadido a partir del 5-hidroximetilfurfural (HMF), una molécula plataforma derivada de la biomasa, mediante procesos catalíticos en cascada. La oxidación aeróbica selectiva del HMF a 2,5-diformilfurano se ha logrado utilizando un catalizador de Ru/C dopado con potasio. Se ha optimizado tanto el tamaño de las nanopartículas de metal Ru como la naturaleza y cantidad del dopante alcalino. Los resultados mostraron que dopar el catalizador de Ru/C con una cantidad controlada de potasio incrementa la actividad catalítica 2.5 veces en comparación con la muestra no dopada. Los estudios espectroscópicos indicaron que estas diferencias en la actividad se pueden atribuir a la presencia de especies de Ru enriquecidas en electrones en la muestra dopada, lo que facilita la disociación de O2 y al mismo tiempo previene la oxidación del metal. El catalizador de Ru/C dopado con K resultó ser muy estable frente a la lixiviación y el sinterizado del metal, permitiendo su reutilización en varios ciclos de reacción consecutivos. Además, el catalizador se pudo aplicar con éxito en la oxidación de selectiva de diferentes alcoholes primarios a aldehídos. Se ha llevado a cabo con éxito una reacción en cascada para la obtención de furandiaminas secundarias a partir del HMF mediante el acoplamiento de la reacción de oxidación del HMF a DFF, seguida de la aminación reductiva del DFF con una amina primaria, utilizando 3%Ru/C-K450 como único catalizador. Los estudios comparativos entre el catalizador dopado con potasio y no dopado revelaron que el catalizador dopado presenta una mayor actividad, la cual se atribuye a una menor interacción entre las especies activas de H* y Ru, de acuerdo con los resultados obtenidos de TPD-H2. Las furandiaminas obtenidas a partir de aminas primarias grasas (octilamina y dodecilamina) en la reacción en cascada se han empleado para la obtención de moléculas basadas en sales de bis-amonio cuaternario y se ha determinado su concentración micelar crítica (CMC), indicando que poseen alto potencial para ser utilizadas como surfactantes gemini. Por otra parte, el HMF ha sido exitosamente valorizado en 3-hidroximetilciclopentilamina mediante un proceso en cascada en fase acuosa, acoplando la reacción de transposición hidrogenativa del HMF a 3-hidroximetilciclopentanona (HCPN) con una posterior aminación reductiva con amoníaco utilizando catalizadores basados en metales no nobles. Se prepararon y caracterizaron nanopartículas mono- (Ni@C, Co@C) y bimetálicas (NiCo@C) con diferentes proporciones de Ni/Co, parcialmente cubiertas por una fina capa de carbón. Los resultados mostraron que un catalizador de NiCo (relación molar Ni/Co=1, Ni1Co1@C) presentó un excelente rendimiento en la transposición hidrogenativa del HMF a HCPN. La alta selectividad del catalizador se atribuyó a la formación de estructuras aleadas NiCo, que limitaron reacciones competitivas. La posterior aminación reductiva de HCPN con amoníaco en fase acuosa se realizó obteniendo la 3-hidroximetilciclopentilamina objetivo. Además, el catalizador mostró alta estabilidad, manteniendo su actividad y selectividad en ciclos repetidos de reacción. Por último, utilizando el catalizador Ni1Co1@C, se ha llevado a cabo la hidrogenación selectiva del 5-hidroximetilfurfural (HMF) a 2,5-bis-(hidroximetil)tetrahidro-furano (BHMTHF) en un reactor de lecho fijo, utilizando agua como disolvente. Se ha establecido la secuencia de reacción, en la cual el grupo carbonilo del HMF se reduce primero a alcohol, dando lugar a 2,5-bis-(hidroximetil)furano (BHMF), seguido de una hidrogenación de los dobles enlaces del anillo furánico. La formación de subproductos se debe principalmente a la apertura del anillo furánico y a los procesos de transposición del anillo del BHMF, promovidos por el agua. El catalizador demostró una alta estabilidad,manteniendo su rendimiento durante 65 horas bajo condiciones optimizadas. / [CA] Aquesta Tesi Doctoral presenta l'obtenció de productes d'alt valor afegit a partir del 5-hidroximetilfurfural (HMF), una molècula plataforma derivada de la biomassa, mitjançant processos catalítics en cascada. S'ha aconseguit l'oxidació selectiva aeròbica del HMF a 2,5-diformilfurà utilitzant un catalitzador de Ru/C dopat amb potassi. Tant la mida de les nanopartícules de metall de Ru com la naturalesa i la quantitat del dopant alcalí han estat optimitzades. Els resultats van mostrar que dopar el catalitzador de Ru/C amb una quantitat controlada de potassi incrementa l'activitat catalítica en 2.5 vegades en comparació amb la mostra no dopada. Els estudis espectroscòpics van indicar que aquestes diferències en l'activitat es poden atribuir a la presència d'espècies de Ru enriquides en electrons en la mostra dopada, la qual cosa facilita la dissociació de l'O2 al mateix temps que evita l'oxidació del metall. El catalitzador de Ru/C dopat amb potassi va demostrar una gran estabilitat contra la lixiviació i el sinteritzat del metall, cosa que va permetre la seva reutilització en diversos cicles de reacció consecutius. A més, el catalitzador es va aplicar amb èxit en l'oxidació selectiva de diferents alcohols primaris a aldehids. S'ha dut a terme amb èxit una reacció en cascada per a l'obtenció de furandiamines secundàries a partir de l'HMF mitjançant l'acoblament de la reacció d'oxidació de l'HMF a DFF, seguit de l'aminació reductiva del DFF amb una amina primària, utilitzant 3%Ru/C-K450 com a únic catalitzador. Els estudis comparatius entre el catalitzador dopat amb potassi i el no dopat van revelar que el catalitzador dopat presenta una activitat més elevada, atribuïda a una menor interacció entre les espècies actives d'H* i Ru, d'acord amb els resultats obtinguts de TPD-H2. Les furandiamines obtingudes a partir d'amines primàries grasses (octilamina i dodecilamina) en la reacció en cascada s'han emprat per a l'obtenció de molècules basades en sals de bis-amoni quaternari i s'ha determinat la seua concentració micel·lar crítica (CMC) (de l'ordre de micromols/L), indicant que tenen un alt potencial per a ser utilitzades com a tensioactius gemini. A més, el 5-hidroximetilfurfural (HMF) ha sigut valoritzat amb èxit en 3-hidroximetilciclopentilamina mitjançant un procés en cascada en fase aquosa, acoblant la reacció de transposició hidrogenativa de l'HMF a 3-hidroximetilciclopentanona (HCPN) amb una posterior aminació reductiva amb amoníac utilitzant catalitzadors basats en metalls no nobles. Es van preparar i caracteritzar nanopartícules mono- (Ni@C, Co@C) i bimetàl·liques (NiCo@C) amb diferents proporcions de Ni/Co, parcialment cobertes per una fina capa de carboni. Els resultats van mostrar que un catalitzador de NiCo (relació molar Ni/Co=1, Ni1Co1@C) va presentar un excel·lent rendiment en la transposició hidrogenativa de l'HMF a HCPN. L'alta selectivitat del catalitzador es va atribuir a la formació d'estructures d'aliatge NiCo, que van limitar reaccions competitives. La posterior aminació reductiva de l'HCPN amb amoníac en fase aquosa es va dur a terme obtenint la 3-hidroximetilciclopentilamina desitjada. A més, el catalitzador va demostrar una alta estabilitat, mantenint la seva activitat i selectivitat en cicles de reacció repetits. Finalment, utilitzant el catalitzador Ni1Co1@C, s'ha dut a terme la hidrogenació selectiva del 5-hidroximetilfurfural (HMF) a 2,5-bis-(hidroximetil)tetrahidrofurà (BHMTHF) en un reactor de llit fix, utilitzant aigua com a dissolvent. S'ha establit la seqüència de reacció, en la qual el grup carbonil de l'HMF es redueix primer a alcohol, donant lloc a 2,5-bis-(hidroximetil)furà (BHMF), seguit d'una hidrogenació dels dobles enllaços del nucli furànic. La formació de subproductes es deu principalment a l'obertura del nucli furànic i als processos de transposició del nucli del BHMF, promoguts per l'aigua. El catalitzador va demostrar una alta estabilitat, mantenint el seu rendiment durant 65 hores. / [EN] This Doctoral Thesis presents the production of high value-added products from 5-hydroxymethylfurfural (HMF), a platform molecule derived from biomass, through cascade catalytic processes. The selective aerobic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5-diformylfuran (DFF) has been achieved using a potassium-doped Ru/C catalyst. Both the size of the Ru metal nanoparticles and the nature and amount of the alkaline dopant were optimized. The results showed that doping the Ru/C catalyst with a controlled amount of potassium increases the catalytic activity by 2.5 times compared to the undoped sample. Spectroscopic studies indicated that these differences in activity can be attributed to the presence of electron-enriched Ru species in the doped sample, which facilitates O2 dissociation while preventing metal oxidation. The potassium-doped Ru/C catalyst proved to be highly stable against metal leaching and sintering, allowing for its reuse in multiple consecutive reaction cycles. Furthermore, the catalyst was successfully applied in the selective oxidation of various primary alcohols to aldehydes. A cascade reaction for the production of secondary furandiamines from HMF was successfully carried out by coupling the oxidation of HMF to DFF, followed by the reductive amination of DFF with a primary amine, using 3%Ru/C-K450 as the sole catalyst. Comparative studies between the potassium-doped and undoped catalysts revealed that the doped catalyst exhibits higher activity, attributed to a reduced interaction between H* and Ru active species, according to the TPD-H2 results. Furandiamines obtained from fatty primary amines (octylamine and dodecylamine) in the cascade reaction were used to produce molecules based on bis-quaternary ammonium salts, and their critical micelle concentration (CMC) (in the micromolar range) was determined, indicating a high potential for use as gemini surfactants. Additionally, 5-hydroxymethylfurfural (HMF) was successfully valorized into 3-hydroxymethylcyclopentylamine through a cascade process in aqueous phase, coupling the hydrogenative rearrangement of HMF to 3-hydroxymethylcyclopentanone (HCPN) with subsequent reductive amination with ammonia using non-noble metal-based catalysts. Mono- (Ni@C, Co@C) and bimetallic (NiCo@C) nanoparticles with different Ni/Co ratios, partially covered by a thin carbon layer, were prepared and characterized. The results showed that a NiCo catalyst (Ni/Co molar ratio = 1, Ni1Co1@C) exhibited excellent performance in the hydrogenative rearrangement of HMF to HCPN. The high selectivity of the catalyst was attributed to the formation of NiCo alloy structures, which limited competing reactions. The subsequent reductive amination of HCPN with ammonia in aqueous phase successfully produced the target molecule 3-hydroxymethylcyclopentylamine. Furthermore, the catalyst demonstrated high stability, maintaining its activity and selectivity in repeated reaction cycles. Finally, using the Ni1Co1@C catalyst, the selective hydrogenation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5-bis-(hydroxymethyl)tetrahydrofuran (BHMTHF) was carried out in a fixed-bed reactor using water as the solvent. The reaction sequence was established, where the carbonyl group of HMF is first reduced to alcohol, yielding 2,5-bis-(hydroxymethyl)furan (BHMF), followed by hydrogenation of the furan ring double bonds. The formation of by-products was primarily due to furan ring opening and BHMF ring rearrangement processes, promoted by water. The catalyst showed high stability, maintaining its performance for 65 hours under optimized conditions. / Hurtado Cebrián, B. (2025). Valorización del 5-hidroximetilfurfural en compuestos de química fina mediante reacciones en cascada utilizando nanopartículas metálicas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/214748