Nova síntesi enantioselectiva de la (R)- i (S)-4-hidroxi-2-ciclohexenona

En el present treball de recerca s’ha plantejat la síntesi de forma enantioselectiva d’ambdós enantiòmers de la 4-hidroxi-2-ciclohexenona i derivats O-protegits. Així, s’ha dut a terme una aproximació sintètica a partir de la 1,4- ciclohexandiona parcialment protegida amb etilenglicol, per obtenir els dos enantiòmers de la molècula objectiu i derivats O-protegits, reproduint metodologies ja emprades en el nostre grup de recerca. D’aquesta manera, s’han obtingut ambdós enantiòmers del derivat O-protegit en un total de 5 passos, amb un rendiment del 60% i un 92% d’excés enantiomèric. Amb aquesta síntesi enantioselectiva s’aconsegueix una millora dels resultats del nostre grup de recerca, essent també una estratègia sintètica molt competitiva amb les que ja estan publicades tant pel bons rendiments obtinguts com per l’excés enantiomèric. L’accessibilitat del producte de partida i el fàcil escalatge de les reaccions fan d’aquesta estratègia sintètica una interessant opció a tenir en compte.

Síntesis, caracterización y ensayos cinéticos del nanocomposite RuO2/TiO2/MWCNT/Pt en la producción fotocatalítica de combustibles solares bajo iluminación UV y VIS

Se prepararon partículas de nanocomposites basados en TiO2 y nanotubos de carbono multicapa platinizados para la obtención de combustibles solares. Se evaluó la actividad fotocatalítica del material en la producción de hidrógeno, en procesos de degradación de ácido fórmico, y en la obtención de hidrocarburos a partir de la reducción de CO2 en agua. Los nanocomposites fueron sintetizados por medio de la técnica sol-gel. Se estudió el efecto de la proporción y el diámetro de los nanotubos de carbono en la actividad del material bajo iluminación ultravioleta y visible. Se estudió el efecto de la adición de RuO2 (0,5% wt.) en la actividad bajo iluminación visible. Los materiales fueron caracterizados por ATR, XRD, BET, HRTEM y SEM. Se obtuvieron sólidos macroporosos, con contenido de fase anatasa superior al 99% y tamaño cristalino comprendido entre 15 y 21 nm. Los resultados cinéticos mostraron una producción óptima de hidrógeno para el composite TiO2/(5wt.%)MWCNT/Pt(60-80 nm), con eficiencia cuántica y eficiencia energética de 1,27% y 0,27%, respectivamente. En el caso de radiación visible, la producción de hidrógeno fue nula para los composites TiO2/MWCNT/Pt, mientras que para el sistema RuO2/TiO2/MWCNT/Pt se observó que la adicción de MWCNT inhibía la actividad fotocatalítica del composite RuO2/TiO2 en la región del visible. Por otra parte, en los ensayos de reducción de CO2 no se detectó ningún producto de reacción.

Síntesi, caracterització i aplicació de membranes catalítiques amb nanopartícules de pal·ladi

Les nanopartícules metàl·liques són catalitzadors molt efectius degut a la seva elevada àrea superficial específica. No obstant, degut a la seva gran tendència a l’agregació, sovint és necessària la seva immobilització sobre suports per tal de dur a terme aplicacions específiques. La immobilització de les nanopartícules dins d’una matriu polimèrica ha demostrat ser una bona metodologia per a aquest propòsit, doncs permet l’estabilització i protecció de les partícules, així com la recuperació del catalitzador. Mitjançant la incorporació de nanopartícules metàl·liques a membranes polimèriques es poden obtenir materials nanocomposites molt efectius, que podrien combinar la capacitat catalítica dels nanomaterials amb l’efectivitat dels processos de membrana en un sol pas. L’objectiu a llarg termini és l’obtenció de membranes catalítiques actives capaces de realitzar simultàniament la separació i la destrucció de contaminants presents en solució. Concretament, en aquest treball s’han desenvolupat membranes polimèriques de Poliètersulfona amb grup Cardo modificada amb grups sulfònics per tal de sintetitzar nanopartícules de Pd mitjançant la tècnica de la Síntesi Intermatricial. Tant el polímer modificat com les membranes i el nanocomposite obtingut han estat caracteritzats i l’eficiència catalítica s’ha avaluat monitoritzant la reducció catalítica del 4-nitrofenol en presència de NaBH4.

Estudi de la distribució de components i recobriment en comprimits farmacèutics mitjançant NIR-CI

La qualitat d’un producte elaborat és un factor important, tant pels consumidors, com pels òrgans reguladors que en defineixen normatives cada cop més estrictes. Iniciatives com la del PAT (Process Analytical Technology) en el sector farmacèutic, responen a aquestes necessitats. El PAT afavoreix la implantació de noves tècniques analítiques que facilitin el monitoratge i el control de paràmetres clau in-/on-line durant els processos de producció. En aquest sentit, el NIR-CI (Near Infrarred-Chemical Imaging) podria ser una eina molt útil en la millora de la qualitat de la indústria farmacèutica, ja que aprofita les avantatges del NIR com a tècnica analítica (ràpid, no invasiu, no destructiu) i les aplica a tota la superfície espacial de la mostra. És una tècnica capaç de proporcionar una gran quantitat d’informació, tant espectral com espacial, en una sola imatge. L’objectiu d’aquest treball és avaluar la capacitat de la tècnica NIR-CI, com a eina pel control de paràmetres de qualitat de comprimits farmacèutics. Concretament, s’han analitzat quantitativament la concentració i la distribució dels components (principi actiu i excipients) d’un comprimit farmacèutic amb i sense recobriment. A més, també s’ha determinat el gruix de la pel·lícula de laca de recobriment i la seva distribució a la superfície del comprimit. Per obtenir aquesta informació, es parteix d’imatges NIR-CI hiperespectrals dels comprimits. Per a l’extracció de les dades d’interès s’ha usat l’algoritme PLS en les diferents versions dels softwares Isys 5.0 i Unscrambler 9.8. La versió de l’Isys permet determinar la contribució de cada component pur a cada punt de la imatge, emprant únicament l’espectre del component en estudi. Amb la de l’Unscrambler, en canvi, es construeix un model de calibratge que, a partir d’unes mostres de referència, prediu la distribució del gruix de recobriment sobre la superfície del comprimit.

Síntesi de la molècula ML-10 i del seu precursor immediat per poder obtenir 18F-ML-10, d'ús en tècniques PET

El 18F-ML-10 és un radiofàrmac utilitzat com a traçador de cèl·lules apoptòtiques mitjançant la tècnica del PET (Positron Emission Tomography). En el present treball de recerca s’ha dut a terme la síntesi de dos precursors del 18F-ML-10, i del producte final no marcat isotòpicament, el ML-10. S’ha plantejat una síntesi convergent per l’obtenció del compost final 3, partint del malonat de di-tert-butil i l’1,5-pentandiol. Tant el precursor tosilat 1 com el mesilat 2 s’han sintetitzat en 3 etapes amb un 29% i un 36% de rendiment, respectivament. El compost 3, utilitzat com a referència en la síntesi del 18F-ML-10, s’ha sintetitzat en 2 etapes a partir del precursor 2 amb un rendiment total de la síntesi del 31%. El procés de radiomarcació s’està portant a terme a l’Institut d’Alta Tecnologia – Parc de Recerca Biomèdica de Barcelona (IAT–PRBB), on posteriorment es faran estudis neurològics i oncològics on el seguiment de processos apoptòtics és clau.

Síntesi i caracterització de micro- i nanoestructures de compostos fotoactius de perilendiimida

En el present treball de recerca s’ha portat a terme la síntesi i caracterització de fibres a escala micro- i nanomètrica mitjançant l’auto-assemblatge dels compostos 1 i 2. Aquests compostos estan formats per una unitat de perilendiimida (PI) i una unitat d’estilbè i, en base a estudis previs desenvolupats al nostre grup de recerca, haurien de comportar-se com a sistemes acceptor-donador d’electrons fotoinduïts. Per tant, les corresponents estructures obtingudes podrien presentar activitat fotovoltaica. En primer lloc, s’ha abordat la síntesi dels compostos 1 i 2, seguint la metodologia posada a punt prèviament al nostre grup de recerca. A continuació, s’han estudiat les propietats òptiques de 1 i 2 en dissolució, la qual cosa ha permès establir que: (a) tal i com es pretenia, tots dos compostos presenten transferència electrònica fotoinduïda entre la unitat electró-acceptora de PI i la unitat electró-donadora de trans-estilbè; (b) la diferent morfologia de la cadena alquílica lateral del grup de PI a 1 i 2 afecta la seva capacitat d’auto-assemblatge mitjançant interaccions intermoleculars de tipus π-π. A continuació, s’han assajat diferents metodologies per a la fabricació de micro- i nanoestructures auto-assemblades de 1 i 2. Els millors resultats s’han obtingut mitjançant l’ús de motlles d’òxid d’alúmina i per al compost 2 degut al menor impediment estèric de la seva cadena alquílica lateral. La caracterització de les estructures resultants en aquest cas mitjançant tècniques microscòpiques i espectroscòpiques han permès demostrar la formació de nanotubs de 200 nm de diàmetre, d’uns 15 μm de longitud i en què les unitats de PI s’ordenen amb els seus sistemes aromàtics de forma co-facial o gairebé co-facial. La possible activitat fotovoltaica d’aquestes estructures s’estudiarà posteriorment.

Aptasensores impedimétricos para la detección de trombina

En el presente trabajo se ha desarrollado el primer aptasensor (biosensor de aptámero) en nuestro grupo de investigación, Grup de Sensors i Biosensors de la Universidad Autònoma de Barcelona. En concreto se han desarrollado dos aptasensores para la detección de la proteína trombina, uno basado en la inmovilización de aptámeros por adsorción física, y otro basado en la inmovilización de aptámeros por enlace covalente mediante la reacción EDAC-NHS. El aptasensor utiliza la afinidad específica de la cadena de DNA (aptámero) por la proteína con la que interacciona. Los cambios de carga y estéricos del complejo aptámero proteína alteran la capacidad y la resistencia de transferencia interfacial de electrones en la superficie del electrodo. El principio de detección se basa en la detección de cambios de estas propiedades de interfase del electrodo con el marcador redox [Fe(CN)6]3- / [Fe(CN)6]4-, utilizando mediciones de Espectroscopia Electroquímica de Impedancia. El aptasensor basado en adsorción física del aptámero mostró una respuesta lineal a trombina en el rango de 7.5 a 75 pM y un límite de detección de 5pM, después de optimizar todas las condiciones experimentales. Posteriormente se estudió la especificidad del sistema respecto proteínas potencialmente interferentes presentes en suero sanguíneo, obteniendo cierta interferencia por parte de fibrinógeno e inmunoglobulina G, pero no por parte de albúmina. El sensor demostró ser regenerable mediante la ruptura del complejo formado entre el aptámero y la trombina con una solución de NaCl 2.0 M, aumento de la temperatura y agitación. El segundo aptasensor, basado en enlace covalente del aptámero mostró una respuesta lineal a trombina y limite de detección mejor que el anterior sensor; de 2.5 a 100 pM y 1.5 pM respectivamente. Aunque cabe destacar que este aptasensor está siendo optimizado actualmente.

Avenços en la preparació d'organosíliques derivades de sals d'imidazoli i de prolinsulfonamides

Durant la última dècada l’organocatàlisi ha suscitat molt d’interès en la comunitat científica. Per una banda, els carbens N-heterocíclics (NHC) són capaços de catalitzar un ampli ventall de reaccions (condensacions benzoíniques, condensacions creuades d’enals amb aldehids o imines, reaccions de Stetter, transesterificacions, reaccions de polimerització,...). Aquesta recerca s’ha centrat en processos homogenis. La inmmobilització de l’organocatalitzador a un suport polimèric insoluble en permetría una fàcil separació per filtració, possibilitant el seu reciclatge. Representa un repte científic que reportaría beneficis des del punt de vista econòmic i medi-ambiental. En aquest treball s’han preparat els monòmers sililats 2 i 6 i les organosíliques M1, M2 i M3 pel procés sol-gel, per a ser assajades en un futur com a organocatalitzadors en fase heterogènia. Per una altra banda, les prolinsulfonamides representen la última incorporació a la família dels derivats de prolina i han mostrat molt bons resultats com a organocatalitzadors quirals en fase homogènia en reaccions aldòliques, addicions de Michael, reaccions de Mannich i d’aza-Diels Alder. Per aquest motiu, i tenint en compte les mateixes raons abans esmentades, en aquest treball es va plantejar la síntesi del mònomer sililat 9 per a poder preparar posteriorment la corresponent organosílica mitjançant el procés sol-gel. La preparació del producte 9 no ha estat possible i s’ha canviat l’estratègia sintètica per tal de sintetitzar un altre monòmer sililat, 16, que s’utilitzarà per la preparació del material corresponent. S’ha fet estudis per obtenir un substrat model 17 a fi de trobar les condicions adients de l’acoblament entre N-Cbz-L-prolina i arilsulfonamides.

Desarrollo de un método para acoplar arenos a metalacarboranos

El uso de metalacarboranos en la síntesis de compuestos aril-cobaltobis(dicarballuro) ha despertado un nuevo tema de interés y de estudio en el grupo de Síntesi Inorgànica i Catàlisi del ICMAB-CSIC. Los metalacarboranos presentan diversas aplicaciones innovadoras como la BNCT (Boron Neutron Capture Therapy), el tratamiento de aguas residuales, actividades catalíticas, como agentes dopantes en membranas poliméricas conductoras, y como integrantes en sensores potenciométricos, entre otros. El principal objetivo de este trabajo de investigación ha consistido en desarrollar un método de acoplamiento B–C sobre el anión sándwich [3,3’-Co-(1,2-C2B9H11)2]- para la formación de nuevos derivados aril-cobalto-bis(dicarballuro); éstos se han sintetizado por su posible capacidad fotoactiva. Este acoplamiento transcurre mediante una reacción de sustitución electrófila aromática (SEAr) sobre el anillo aromático o desde la óptica del metalacarborano, mediante una sustitución nucleófila inducida electrofilicamente (EINS). Dicha reacción requiere el uso de un ácido de Lewis como catalizador. El hecho que se haya utilizado AlCl3 como catalizador, hace que la reacción que se desarrolla en este trabajo recuerde de alguna manera a una reacción de Friedel-Crafts, pese a que la reacción está dirigida a la formación de un enlace B–C mediado por un ácido de Lewis. El principal problema de las reacciones de Friedel-Crafts es la elevada cantidad de areno que se precisa para llevar a cabo la reacción, debido a que el disolvente empleado puede actuar como fuente de electrófilos. El procedimiento empleado en nuestro caso utiliza el mesitileno como disolvente, el cual posee un gran impedimento estérico y un alto punto de ebullición. De esta manera, se puede realizar esta reacción utilizando entre 1.5 y 10 equivalentes de areno respecto al cobalto-bis(dicarballuro) sin que el disolvente actúe como reactivo. Se han estudiado y optimizado las condiciones experimentales para que el método sintético que genera el enlace B–C sea lo más universal posible para cualquier tipo de anillo aromático. Se han probado una gran diversidad de anillos aromáticos, desde anillos aromáticos fuertemente activados a los más desactivados, así como anillos aromáticos heterocíclicos. Finalmente, las condiciones de síntesis extraídas de este estudio son muy satisfactorias para los anillos activados probados y para los anillos débilmente desactivados. En cambio, para los arenos fuertemente desactivados, los rendimientos de la reacción han sido bajos. Por otro lado, las pruebas realizadas sobre los anillos heterocíclicos no han sido exitosas y no se ha producido el acoplamiento B–C.

Electrochemically promoted carbon-halide bond cleavage in 4-nitrobenzyl halides

This manuscript reports the study of the carbon-halide bond cleavage in 4-nitrobenzyl halides, taking special attention to the iodide and fluoride derivatives. The electrochemical reduction mechanism has been disclosed for both compounds by terms of cyclic voltammetry and controlled potential electrolysis. In the case of 4-nitrobenzyl iodide, a first one electron irreversible wave leads to the corresponding 4-nitrobenzyl radical and iodide. However, in the case of 4-nitrobenzyl fluoride, a first one-electron reversible wave appears at –1.02 vs. SCE followed by one electron irreversible wave. In this second electron transfer process, the cleavage of the C-F bond is taking place, so the bond cleavage reaction occurs at the dianion level. To disclose and understand the electrochemical reduction mechanisms that allows to obtain important thermodynamic and kinetic data that would help in the understanding of C-X bond cleavage. This type of bond dissociation reactions are involved in the metabolism pathways of the human body.

Síntesi de nous catecols amb aplicació en materials adhesius bioinspirats

En el nostre grup de recerca i en col·laboració amb el doctor Daniel Ruiz-Molina del Centre d’Investigació en Nanociència i Nanotecnologia (CIN2) d’aquest campus universitari, hem iniciat un projecte que es planteja aconseguir biomimetitzar certes proteïnes adhesives de mol·luscs, l’adherència de les quals es deu a la presència de la funcionalitat catecol. L’objectiu és poder desenvolupar nous materials adhesius basats en aquesta funcionalitat, per tant, és necessari posar a punt protocols sintètics per a l’obtenció de compostos tipus catecol convenientment substituïts. Concretament, en el present treball s’ha aconseguit la síntesi del nou catecol 10, que incorpora en la seva estructura una cadena alquílica acabada en la funcionalitat tiol, amb la finalitat de desenvolupar, més endavant, superfícies o nanopartícules d’or adhesives. En el transcurs d’aquest treball s’ha sintetitzat 4-(6’-mercaptohexil)catecol 10 en una síntesi de tipus convergent l’etapa clau de la qual és una reacció de Wittig entre la sal de fosfoni 11 i l’aldehid 20. La síntesi desenvolupada consta de 9 etapes i s’ha obtingut un rendiment global del 2%.

Síntesi i caracterització de compostos azobenzènics per la preparació de nous interruptors moleculars

Aquest treball de recerca té com a objectiu la síntesi i caracterització de nous interruptors moleculars basats en cromòfors azobenzènics i amb aplicació a nivell biològic. Més concretament, es planteja el desenvolupament d’interruptors moleculars basats en el sistema MAG per a controlar el funcionament d’un canal iònic de les cèl·lules del sistema nerviós central governat pel receptor iGluR. Tot i que ja s’han descrit interruptors moleculars tipus MAG que permeten el control d’aquest canal, en aquest treball es pretenen optimitzar dues de les seves propietats: augmentar el rendiment quàntic de fotoisomerització entre els estats trans i cis de l’interruptor i augmentar la constant tèrmica d’isomerització cis-&trans. Aquestes dues propietats depenen de les característiques estructurals del cromòfor azobenzènic central del sistema MAG.

Estudios dirigidos a la síntesis de nuevos interruptores moleculares fluorescentes basados en perilendiimidas

Los interruptores moleculares son sistemas moleculares cuyas propiedades pueden ser reversiblemente alternadas entre dos estados diferentes, “On” y “Off”, como respuesta a la aplicación de un estímulo externo. El interruptor molecular fluorescente objetivo de éste trabajo responderá a estímulos fotoquímicos y se detectará por medidas de fluorescencia. En concreto, se ha llevado a cabo la síntesis y caracterización de las tres unidades funcionales que constituyen el interruptor molecular objetivo: dos fluoróforos de perilendiimida y un cromóforo azobencénico.

Síntesi de tiourees quirals i el seu ús com a organocatalitzadors

En el present treball de recerca s’ha posat a punt la síntesi d’organocatalitzadors bifuncionals ciclobutànics de tipus tiourea. Amb aquests catalitzadors s’han realitzat proves en reaccions d’addició de malonats a nitroalquens. Amb aquest objectiu i a través d’una metodologia prèviament descrita al grup, s’ha preparat el producte intermedi partint de dicloroetilè i anhídrid maleic. A partir d’aquest compost de partida, l’àcid 1-metoxicarbonil-(1R,2S)-ciclobutan-2-carboxílic,i per reaccions successives, s’han sintetitzat dues tiourees bifuncionals. Aquests catalitzadors han estat assajats en la reacció d’addició d’un malonat a un nitroalquè, obtenint-se bons rendiments i excessos enantiomèrics.

Síntesis de nuevos catecoles como precursores de materiales adhesivos bioinspirados

En nuestro grupo de investigación y en colaboración con el Doctor Daniel Ruiz-Molina del Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología (CIN2) de este campus universitario, hemos iniciado un proyecto que se plantea lograr biomimetizar ciertas proteínas adhesivas de moluscos, cuya adherencia se debe a la presencia de la funcionalidad catecol. El objetivo es poder desarrollar nuevos materiales adhesivos basados en esa funcionalidad, siendo necesaria por lo tanto el desarrollar protocolos sintéticos para la obtención de compuestos tipo catecol convenientemente sustituidos. Concretamente, en el presente trabajo de Master en Experimentación Química se ha conseguido la síntesis de los nuevos catecoles 1 y 2, que incorporan en su estructura una cadena alquílica acabada con la funcionalidad tiol, con el fin de poder desarrollar más adelante superficies o nanopartículas de oro adhesivas. Para la síntesis del 4-(3’-mercaptopropil)catecol 1 se ha puesto a punto una ruta de obtención partiendo del producto comercial eugenol, consistente en 3 etapas sintéticas y con un rendimiento global cercano al 70%. También se ha desarrollado una ruta sintética para el 4-(7’-mercaptopropil)catecol 2 que parte del 3,4-dimetoxibenzaldehído, y consta de 6 etapas, presentando un rendimiento global del 25%.