Descripción: En la búsqueda de las baterías de gran densidad energética, la atención mundial fue atraída por las baterías de Li-aire y su potencial de competir con los combustibles fósiles para las aplicaciones automotrices. Esta batería consiste de un ánodo de litio metálico y un cátodo poroso de matriz conductora, donde los iones litio se encuentran con el oxigeno del aire para formar el peróxido de litio. A pesar de las grandes promesas, la batería de Litio-aire posee muchos desafíos por enfrentar para que sea posible su comercialización. Sin embrago uno de los problemas más grandes es la inestabilidad del cátodo y del electrolito, que resulta en una baja retención de ciclos carga-descarga. Para superar esos desafíos fue necesario adquirir una comprensión más profunda de las reacciones que ocurren en el cátodo. En 2012, cuando inicio esta tesis doctoral, se conocía muy poco sobre la reacción de reducción de oxigeno (ORR) en solventes no acuosos. Pero durante los siguientes cinco años de gran esfuerzo mundial, fue elaborado un modelo más completo de ORR en esos medios. En este manuscrito reflejaremos nuestra contribución al progreso en la comprensión del mecanismo de ORR y sus implicaciones para el funcionamiento de la batería de Litio-aire. También se discutirá en detalle la importancia de la solvatación del ión litio y el efecto de la solvatación preferencial en los solventes mixtos. Finalmente se explicarán las reacciones de descomposición del solvente con el uso de las técnicas espectroelectroquímicas. Los estudios realizados son de gran valor para el desarrollo de la tecnología de batería de Litio-aire y han contribuido al estado del arte actual en el campo.

Descripción: El presente trabajo tuvo como objetivo la elucidación de algunos aspectos (cinéticos,estructurales y metabólicos) relacionados con los últimos pasos de la biosíntesis dealdosterona (ALDO). La última etapa de la biosíntesís de ALDO involucra laoxidación mitocondrial de 11-desoxicorticosterona (DOC), a través de diferentescaminos siendo sus primeros metabolitos corticosterona (B) y 18-hidroxi-1 desoxicorticosterona (18-OHDOC). Todas estas reacciones son catalizadas porenzimas de la familia de los citocromos P-450. Una de estas enzimas es el citocromo CYP11B1 involucrado en la transformación de DOC a B y 18OHDOC. El otrocitocromo involucrado, CYP11B2 es el responsable de la transformación de B a 18-hidroxicorticosterona (l8-OHB) y a ALDO. Mediante los resultados obtenidos altrabajar con cortisol como sustrato alternativo en este camino metabólico se pudoclasificar a las enzimas presentes corno sensibles a cortisol (SC) o insensible a cortisol (ISC), siendo esta clasificación compatible con la existencia de las dos enzimasclonadas CYP11B1 y CYP11B2. Cortisol inhibió competitivamente la transformaciónde B a ALDO y 18-OHDOC a ALDO. Por otro lado, se desarrollo un modelomatemático para el estudio de inhibidores suicidas. Se observó que 18-etinil-11-desoxicorticosterona (18-EtDOC) se comportaba como inhibidor suicida. Mediante lautilización del nuevo modelo propuesto se calcularon los diferentes valores de lasconstantes de inhibición para los diferentes pasos involucrados. Los valores obtenidosconcuerdan nuevamente con la existencia de los dos citocromos CYP11B1 y CYP11B2. Por otro lado se logró caracterizar un intermediario dimérico del camino de 18OHBa ALDO, el cual resultó un buen sustrato para la biosintesis de aldosterona. Mediante los estudios realizados y utilizando como base de estudio animalestratados con litio, se observó que 1a secreción de ALDO por 1a vizcacha (Lagostomus maximus maximus) es más sensible a estos tratamientos que estasecreción por la rata, especie usualmente utilizada en estos tipos de estudio. Sepuede concluir que dado que el litio produce efectos colaterales en estos animales,se debería estudiar en humanos si estos efectos se repiten en los tratamientoscrónicos con este ión.

Descripción: Dotadas de una enorme densidad energética teórica y alta capacidad, las baterías de Li-O2 han atraído la atención de la comunidad científica debido a su potencialidad para reemplazar a los combustibles fósiles en aplicaciones de electromovilidad. Sin embargo, a pesar de las grandes promesas, estas baterías presentan muchos desafíos a resolver antes de convertirse en una tecnología comercial. Una de las mayores limitaciones es la falta de un electrolito estable, no volátil y con propiedades de transporte de Li+ y O2 adecuadas, hecho que resulta en una baja densidad energética, ciclabilidad y velocidad de carga/descarga. En esta tesis doctoral se plasma la contribución realizada al entendimiento fundamental de los procesos inherentes a electrolitos acuosos y no acuosos candidatos a ser utilizados en baterías de Li-O2. En primer lugar, se discuten en detalle las propiedades de transporte en electrolitos de la familia de las glimas, así como su especiación y estabilidad electroquímica en condiciones de operación de una batería de Li-O2. Luego se presenta un estudio exhaustivo de las propiedades de transporte en electrolitos acuosos superconcentrados, “Water-in-Salt”, que son interesantes tanto desde un punto de vista aplicado, por su elevada estabilidad electroquímica, como fundamental, por los desafíos que representan las altas concentraciones a nivel teórico. Dichos electrolitos presentan propiedades características de sistemas nano-segregados, lo cual se corroboró mediante un estudio de dispersión neutrónica de bajo ángulo. A lo largo de esta tesis se analiza la implicancia de cada una de las características estudiadas en la eficiencia y correcto funcionamiento de una batería, realizando un aporte relevante para el diseño de nuevos y optimizados electrolitos.

Descripción: Los compuestos organolíticos son seguramente los intermediariosorganometálicos más utilizados en síntesis orgánica, y además presentanestructuras de agregación fascinantes tanto en estado sólido como en solución, quele otorgan un rol protagónico en las reacciones en las que intervienen. Se realizó un estudio detallado sobre la reacción de adición de reactivosorganolíticos a compuestos carbonílicos α,β-insaturados. La misma resultófuertemente dependiente de las condiciones de reacción, por un estudio cuidadosode las distintas variables, descubrimos que pueden modificarse de manera tal detransformar a esta reacción en una original secuencia tandem de adición-β-litiación-sustituciónelectrofílica que constituye una excelente metodología one pot para lasíntesis de dihidrochalconas β-sustituidas con muy altos rendimientos. Con el objetivo de esclarecer el/los mecanismos de esta nueva secuencia serealizaron estudios detallados de distintas condiciones de reacción, uso de diversosreactivos y compuestos organolíticos. Los pasos principales se verificaron poraislamiento y caracterización de los intermediarios de reacción, estudios deintercambio isotópico, uso de atrapadores radicalarios y espectroscopía de RMN demezclas de reacción. Estas investigaciones fueron de gran significación para unmayor conocimiento de la naturaleza de intermediarios y mecanismos de reacciónque involucran reactivos organolíticos y para su aplicación en síntesis orgánica. Por otro lado, se sintetizó un rápido radical clock para estudiar eI mecanismopara el intercambio litio-halógeno entre compuestos organolíticos y halurosorgánicos. Los resultados obtenidos permitieron plantear un mecanismo de reaccióny explorar las utilidades sintéticas de la misma. La caracterización completa delintermediario permitió la propuesta de una útil ciclización aniónica. Así, se diseñóuna estrategia que permite la síntesis de 2,3-dihidrobenzo[b]furanos sustituidosbasada en una secuencia tandem de ciclización-γ-alquilación a partir de 2-bromofenil (E)-3-fenil-2-propenil éter.

Descripción: La primera parte de esta Tesis se dedicó al estudio del efecto de estados deagregación sobre la reacción de cinamaldehído, 1, con fenil-litio, 2. Bajo condicionesespeciales, produce dihidrochalconas como producto principal, (3), se examinó el efectode añadir distintos ligandos donores. TMEDA y HMPT disminuyen ligeramente laformación de 3, mientras que el efecto de HMPA es inhibir casi totalmente la reacción. Los resultados indican que interviene el dímero de PhLi en el mecanismo de formación de 3. Se estudió luego la reacción de inserción de NO en la unión N-Li de amiduros delitio que constituye una nueva metodología para la síntesis de N- nitrosaminas, 4, en altosrendimientos. Luego se realizó un extensivo estudio de la reacción de adición de alquillitiosa 4, para producir alquilhidrazonas, 5, con muy buenos rendimientos. Seguidamente,se extendió a la síntesis de hidracinas terciarias, 6, con sustituyentes diversos. Paraahondar en el mecanismo se aislaron e identificaron productos laterales, se estudió lacinética y se realizaron cálculos computacionales. Todas las evidencias reunidaspermitieron proponer un complejo esquema mecanistico de esta nueva reacción. Finalmente, se ensayaron condiciones para el diseño de una secuencia tandem comoestrategia ambientalmente amigable para la síntesis de 6 a partir de aminas.