Pd/C catalysts based on synthetic carbons with bi- and tri-modal pore-size distribution:applications in flow chemistry

Two new types of phenolic resin-derived synthetic carbons with bi-modal and tri-modal pore-size distributions were used as supports for Pd catalysts. The catalysts were tested in chemoselective hydrogenation and hydrodehalogenation reactions in a compact multichannel flow reactor. Bi-modal and tri-modal micro-mesoporous structures of the synthetic carbons were characterised by N2 adsorption. HR-TEM, PXRD and XPS analyses were performed for characterising the synthesised catalysts. N2 adsorption revealed that tri-modal synthetic carbon possesses a well-developed hierarchical mesoporous structure (with 6.5 nm and 42 nm pores), contributing to a larger mesopore volume than the bi-modal carbon (1.57 cm3 g-1versus 1.23 cm3 g-1). It was found that the tri-modal carbon promotes a better size distribution of Pd nanoparticles than the bi-modal carbon due to presence of hierarchical mesopore limitting the growth of Pd nanoparticles. For all the model reactions investigated, the Pd catalyst based on tri-modal synthetic carbon (Pd/triC) show high activity as well as high stability and reproducibility. The trend in reactivities of different functional groups over the Pd/triC catalyst follows a general order alkyne ≫ nitro > bromo ≫ aldehyde.

Taming hazardous chemistry in flow: The continuous processing of diazo and diazonium compounds

The synthetic utilities of the diazo and diazonium groups are matched only by their reputation for explosive decomposition. Continuous processing technology offers new opportunities to make and use these versatile intermediates at a range of scales with improved safety over traditional batch processes. In this minireview, the state of the art in the continuous flow processing of reactive diazo and diazonium species is discussed.

Visible-light-mediated synthesis of helicenes in batch and continuous flow systems

Le présent mémoire décrit le développement d’une méthode de synthèse des hélicènes catalysée par la lumière visible. Les conditions pour la formation de [5]hélicène ont été établies par une optimisation du photocatalyseur, du solvant, du système d’oxydation et du temps réactionnel. Suite aux études mécanistiques préliminaires, un mécanisme oxydatif est proposé. Les conditions optimisées ont été appliquées à la synthèse de [6]hélicènes pour laquelle la régiosélectivité a été améliorée en ajoutant des substituants sur la colonne hélicale. La synthèse de thiohélicènes a aussi été testée en utilisant les mêmes conditions sous irradiation par la lumière visible. La méthode a été inefficace pour la formation de benzodithiophènes et de naphtothiophènes, par contre elle permet la formation du phenanthro[3,4-b]thiophène avec un rendement acceptable. En prolongeant la surface-π de la colonne hélicale, le pyrène a été fusionné aux motifs de [4]- et [5]hélicène. Trois dérivés de pyrène-hélicène ont été synthétisés en utilisant les conditions optimisées pour la photocyclisation et leurs caractéristiques physiques ont été étudiées. La méthode de cyclisation sous l’action de la lumière visible a aussi été étudiée en flux continu. Une optimisation du montage expérimental ainsi que de la source lumineuse a été effectuée et les meilleures conditions ont été appliquées à la formation de [5]hélicène et des trois dérivés du pyrène-hélicène. Une amélioration ou conservation des rendements a été observée pour la plupart des produits formés en flux continu comparativement à la synthèse en batch. La concentration de la réaction a aussi été conservée et le temps réactionnel a été réduit par un facteur de dix toujours en comparaison avec la synthèse en batch.

Azide monoliths as convenient flow reactors for efficient Curtius rearrangement reactions

The preparation and use of an azide-containing monolithic reactor is described for use in a flow chemistry device and in particular for conducting Curtius rearrangement reactions via acid chloride inputs.

Heterogeneous catalysis in an oscillatory baffled flow reactor

The first demonstration of heterogeneous catalysis within an oscillatory baffled flow reactor (OBR) is reported, exemplified by the solid acid catalysed esterification of organic acids, an important prototypical reaction for fine chemicals and biofuel synthesis. Suspension of a PrSOH-SBA-15 catalyst powder is readily achieved within the OBR under an oscillatory flow, facilitating the continuous esterification of hexanoic acid. Excellent semi-quantitative agreement is obtained between OBR and conventional stirred batch reaction kinetics, demonstrating efficient mixing, and highlighting the potential of OBRs for continuous, heterogeneously catalysed liquid phase transformations. Kinetic analysis highlights acid chain length (i.e. steric factors) as a key predictor of activity. Continuous esterification offers improved ester yields compared with batch operation, due to the removal of water by-product from the catalyst, evidencing the versatility of the OBR for heterogeneous flow chemistry and potential role as a new clean catalytic technology. © The Royal Society of Chemistry 2013.

Remote-controlled experiments with cloud chemistry

Developing cleaner chemical processes often involves sophisticated flow-chemistry equipment that is not available in many economically developing countries. For reactions where it is the data that are important rather than the physical product, the networking of chemists across the internet to allow remote experimentation offers a viable solution to this problem.

Delivering enhanced efficiency in the synthesis of α-diazosulfoxides by exploiting the process control enabled in flow

Continuous-flow generation of α-diazosulfoxides results in a two- to three-fold increase in yields and decreased reaction times compared to standard batch synthesis methods. These high yielding reactions are enabled by flowing through a bed of polystyrene-supported base (PS-DBU or PS-NMe2) with highly controlled residence times. This engineered solution allows the α-diazosulfoxides to be rapidly synthesized while limiting exposure of the products to basic reaction conditions, which have been found to cause rapid decomposition. In addition to improved yields, this work has the added advantage of ease of processing, increased safety profile, and scale-up potential.

[3 + 2]-Cycloadditions of nitrile ylides after photoactivion of vinyl azides under flow conditions

The photodenitrogenation of vinyl azides to 2H-azirines by using a photoflow reactor is reported and compared with thermal formation of 2H-azirines. Photochemically, the ring of the 2H-azirines was opened to yield the nitrile ylides, which underwent a [3 + 2]-cycloaddition with 1,3-dipolarophiles. When diisopropyl azodicarboxylate serves as the dipolarophile, 1,3,4-triazoles become directly accessible starting from the corresponding vinyl azide. © 2013 Cludius-Brandt et al.

A detailed investigation of nominally 2-D radical-farming scramjet combustion

This paper reports on an investigation of the flow/chemistry coupling inside a nominally two-dimensional inlet-fuelled scramjet configuration. The experiments were conducted at a freestream Mach number of 7.3 and a total flow enthalpy of 4.3MJ/kg corresponding to a Mach 9.7 flight condition. The phenomenon of radical-farming has been studied in detail using two-dimensional OH* chemiluminescence imaging and emission spectroscopy. High signal levels of excited OH (OH*) were detected behind the first shock reflections inside the combustion chamber upstream of any measurable pressure rise from combustion, which occurred towards the rear of the combustor. The production of OH in the first hot pocket initiates the ignition process and then accelerates the combustion process in the next downstream hot pocket. This was confirmed by numerical simulations of premixed hydrogen/air flow through the scramjet. Chemical kinetics analyses reveal that the ignition process is governed by the interaction between various reaction groups leading to a chainbranching explosion for low mean temperature and pressure combustion flowfields.

Hydroxylation d’halogénures d’aryle utilisant la chimie en flux continu et développement d’une nouvelle méthodologie de synthèse de 3-aminoindazoles

L’attrait des compagnies pharmaceutiques pour des structures cycliques possédant des propriétés biologiques intéressantes par les compagnies pharmaceutiques a orienté les projets décrits dans ce mémoire. La synthèse rapide, efficace, verte et économique de ces structures suscite de plus en plus d’attention dans la littérature en raison des cibles biologiques visées qui deviennent de plus en plus complexes. Ce mémoire se divise en deux projets ciblant la synthèse de deux structures aromatiques importantes dans le monde de la chimie médicinale. Dans un premier temps, l’amélioration de la synthèse de dérivés phénoliques a été réalisée. L’apport de la chimie en flux continu dans le développement de voies synthétiques plus vertes et efficaces sera tout d’abord discuté. Ensuite, une revue des antécédents concernant l’hydroxylation d’halogénure d’aryle sera effectuée. Finalement, le développement d’une nouvelle approche rapide de synthèse des phénols utilisant la chimie en flux continu sera présenté, suivi d’un survol de ses avantages et ses limitations. Dans un deuxième temps, le développement d’une nouvelle méthodologie pour la formation de 3-aminoindazoles a été réalisé. Tout d’abord, un résumé de la littérature sur la synthèse de différents indazoles sera présenté. Ensuite, une présentation de deux méthodes efficaces d’activation de liens sera effectuée, soit l’activation d’amides par l’anhydride triflique et l’activation de liens C–H catalysée par des métaux de transition. Finalement, le développement d’une nouvelle méthodologie pour la synthèse de 3-aminoindazole utilisant ces deux approches sera discuté.

Réaction de photocyclodéshydrogénation par catalyse photorédox

Cette thèse présente une nouvelle méthode pour accomplir la réaction de Mallory en utilisant la lumière visible. Pour atteindre ce but, la chimie photorédox qui s'est développée ces dernières années permettra une utilisation efficace de la lumière visible. De plus, la chimie en flux continu sera utilisé afin d'augmenter la surface irradiée du mélange réactionnel. Au cours de ces travaux, une nouvelle méthodologie photochimique utilisant un photocatalyseur de cuivre avec la lumière visible a été efficace pour la synthèse du 5hélicène. Un mécanisme de désactivation oxydante est proposé pour cette réaction. Par ailleurs, cette nouvelle méthodologie a été utilisée pour la synthèse d'un dérivé du 5hélicène et d'un 4hélicène-pyrène hybride. Par la suite, la méthodologie photochimique utilisant un photocatalyseur de cuivre avec la lumière visible a servi à la synthèse de divers carbazoles substitués au niveau de l'azote par des groupements aryles et alkyles. Au cours de cette synthèse, la réaction a révélé un problème de régiosélectivité. Ce dernier a été étudié par la synthèse de nouvelles triarylamines. Finalement, il a été découvert que l'utilisation d'un photocatalyseur de fer peut remplacer le photocatalyseur de cuivre en utilisant l'oxygène comme oxydant pour la synthèse de 9-phénylcarbazole.

Development of a Phase Separation Strategy in Macrocyclization Reactions

La réaction de macrocyclisation est une transformation fondamentale en chimie organique de synthèse. Le principal défi associcé à la formation de macrocycles est la compétition inhérente avec la réaction d’oligomérisation qui mène à la formation de sousproduits indésirables. De plus, l’utilisation de conditions de dilutions élevées qui sont nécessaires afin d’obtenir une cyclisation “sélective”, sont souvent décourageantes pour les applications à l’échelle industrielle. Malgré cet intérêt pour les macrocycles, la recherche visant à développer des stratégies environnementalement bénignes, qui permettent d’utiliser des concentrations normales pour leur synthèse, sont encore rares. Cette thèse décrit le développement d’une nouvelle approche générale visant à améliorer l’efficacité des réactions de macrocyclisation en utilisant le contrôle des effets de dilution. Une stratégie de “séparation de phase” qui permet de réaliser des réactions à des concentrations plus élevées a été developpée. Elle se base sur un mélange de solvant aggrégé contrôlé par les propriétés du poly(éthylène glycol) (PEG). Des études de tension de surface, spectroscopie UV et tagging chimique ont été réalisées afin d’élucider le mécanisme de “séparation de phase”. Il est proposé que celui-ci fonctionne par diffusion lente du substrat organique vers la phase ou le catalyseur est actif. La nature du polymère co-solvant joue donc un rôle crutial dans le contrôle de l’aggrégation et de la catalyse La stratégie de “séparation de phase” a initiallement été étudiée en utilisant le couplage oxidatif d’alcynes de type Glaser-Hay co-catalysé par un complexe de cuivre et de nickel puis a été transposée à la chimie en flux continu. Elle fut ensuite appliquée à la cycloaddition d’alcynes et d’azotures catalysée par un complexe de cuivre en “batch” ainsi qu’en flux continu.

Understanding Wax Printing: A Simple Micropatterning Process for Paper-Based Microfluidics

This technical note describes a detailed study on wax printing, a simple and inexpensive method for fabricating microfluidic devices in paper using a commercially available printer and hot plate. The printer prints patterns of solid wax on the surface of the paper, and the hot plate melts the wax so that it penetrates the full thickness of the paper. This process creates complete hydrophobic barriers in paper that define hydrophilic channels, fluid reservoirs, and reaction zones. The design of each device was based on a simple equation that accounts for the spreading of molten wax in paper.

Quantification of terbinafine in pharmaceutical tablets using capillary electrophoresis with contactless conductivity detection and batch injection analysis with amperometric detection

Terbinafine hydrochloride (TerbHCl) is an allylamine derivative with fungicidal action, especially against dermatophytes. Different analytical methods have been reported for quantifying TerbHCl in different samples. These procedures require time-consuming sample preparation or expensive instrumentation. In this paper, electrochemical methods involving capillary electrophoresis with contactless conductivity detection, and amperometry associated with batch injection analysis, are described for the determination of TerbHCl in pharmaceutical products. In the capillary electrophoresis experiments, terbinafine was protonated and analyzed in the cationic form in less than 1 min. A linear range from 1.46 to 36.4 mu g mL(-1) in acetate buffer solution and a detection limit of 0.11 mu g mL(-1) were achieved. In the amperometric studies, terbinafine was oxidized at +0.85 V with high throughput (225 injection h(-1)) and good linear range (10-100 mu mol L-1). It was also possible to determine the antifungal agent using simultaneous conductometric and potentiometric titrations in the presence of 5% ethanol. The electrochemical methods were applied to the quantification of TerbHCl in different tablet samples; the results were comparable with values indicated by the manufacturer and those found using titrimetry according to the Pharmacopoeia. The electrochemical methods are simple, rapid and an appropriate alternative for quantifying this drug in real samples. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Pursuing Chemical Efficiency by Using Supported Organocatalysts for Asymmetric Reactions under Aqueous Conditions

Over the past decade, a great effort has been made by the chemical community to improve the efficiency of organic transformations and allow sustainable processes. Merging the use of supported and recyclable organocatalysts and aqueous conditions for the asymmetric synthesis of valuable molecules, has led to outstanding contributions in the area of green chemistry. Recent progresses in the field include the implementation of these methodologies in the large scale production of chiral molecules using automated flow chemistry.