Exchange reactions of organic halides and organo-silicon compounds with boron tribromide and boron triiodide

Reactions of the boron halides with organic halides and organo-silicon compounds have been investigated. The results show exchange of halogens between the BX3 (X = Br# 1) and the organic halidef exchange of the halogen of the C-X bond being proved. The rates of halogen exchange vary. Reaction of the heavier halides with organo-silicon compounds indicated that the silicon-carbon bonds ruptured in the absence of electronegative atom attached to the silicon. The presence of an electronegative atom (halogen or oxygen) attached to the silicon causes the bond between the silicon and the electronegative atom to be preferentially broken. Products of exchange reactions of the boron halides and the organic halides or the organo-silicon compounds were studied by use of 1H NMR and GC/MS. From these results some possible mechanisms for the exchange reactions are postulated, but further work is indicated to prove the real courses of the reactions

Reactions of steroidal epoxides with strong organic bases and an investigation into the syntheses of some labelled pregnane derivatives

Reactions of 5,6- and 4,5-epoxycholestane derivatives with strong bases were investigated. Epoxidation of 3a-acetoxycholest-5-ene also gave a new compound along with the anticipated epoxides. Interconversions of the latter were observed. Some possible mechanisms of its formation and rearrangements have been pIioposed. No reaction was observed with any of the 5,6- and 4,5-steroidal epoxides employed in the present study, using potassium tertiary butoxide under refluxing conditions. n-Butyllithium reacted only with 5,6-epoxycholestanes bearing a ketal moiety at the C3 carbon. Opening of the ketal group was observed with n-butyllithium in the case of a ~-epoxide. The reaction was also investigated in the absence of epoxide functionality. A possible mechanism for the opening of ketal group has been proposed. Lithium diethylamide (LDEA) was found effective in rearranging 5,6- and 4,5-epoxides to their ~orresponding allylic alcohols. These rearrangements presumably proceed via syn-eliminations, however the possibility of a corresponding anti-elimination has not been eliminated. A substituent effect of various functional groups (R = H, OH, OCH2CH20) at C3 has-been observed on product distribution in the LDEApromoted rearrangements of the corresponding epoxides. No reaction of these epoxides was observed with lithium diisopropylamide (LDA) • In the second part of the project, several attempts were made towards the sYRthesis of deoxycorticoste~one~17,2l,2l~d3' a compound desirable for the 2l-dehydroxylation studies of deoxycorticosterone. Several routes were investigated, and some deuterium labelled pregnane derivatives were prepared in this regard. Microbial 21-hydroxylation of progesteronel7,21,21,2l- d4 by ~ niger led to loss of deuterium from C21 of the product. An effort was made to hydroxylate progesterone microbially under neutral condtions.

Modeling the mechanisms that control in-stream dissolved organic carbon dynamics in upland and forested catchments

[1] We present a new, process-based model of soil and stream water dissolved organic carbon (DOC): the Integrated Catchments Model for Carbon (INCA-C). INCA-C is the first model of DOC cycling to explicitly include effects of different land cover types, hydrological flow paths, in-soil carbon biogeochemistry, and surface water processes on in-stream DOC concentrations. It can be calibrated using only routinely available monitoring data. INCA-C simulates daily DOC concentrations over a period of years to decades. Sources, sinks, and transformation of solid and dissolved organic carbon in peat and forest soils, wetlands, and streams as well as organic carbon mineralization in stream waters are modeled. INCA-C is designed to be applied to natural and seminatural forested and peat-dominated catchments in boreal and temperate regions. Simulations at two forested catchments showed that seasonal and interannual patterns of DOC concentration could be modeled using climate-related parameters alone. A sensitivity analysis showed that model predictions were dependent on the mass of organic carbon in the soil and that in-soil process rates were dependent on soil moisture status. Sensitive rate coefficients in the model included those for organic carbon sorption and desorption and DOC mineralization in the soil. The model was also sensitive to the amount of litter fall. Our results show the importance of climate variability in controlling surface water DOC concentrations and suggest the need for further research on the mechanisms controlling production and consumption of DOC in soils.

Formation of organic acids from the gas-phase ozonolysis of terpinolene

Gas-phase ozonolysis of terpinolene was studied in static chamber experiments using gas chromatography coupled to mass spectrometric and flame ionisation detection to separate and detect products. Two isomers of C-7-diacids and three isomers of C-7-aldehydic acids were identified in the condensed phase after derivatisation. Possible mechanisms of formation of these acids were investigated using different OH radical scavengers and relative humidities, and were compared to those reported earlier for the ozonolysis of beta-pinene. In addition, branching ratios for some of the individual reaction steps, e. g. the branching ratio between the two hydroperoxide channels of the C-7-CI, were deduced from the quantitative product yield data. Branching ratios for POZ decomposition and the stabilisation/decomposition of the C-7-CI were also obtained from measurements of the C-7 primary carbonyl product.

An operationally simple sonogashira reaction for an undergraduate organic chemistry laboratory class

An operationally simple, reliable, and cheap Sonogashira reaction suitable for an undergraduate laboratory class that can be completed within a day-long (8 h) laboratory session has been developed. Cross-coupling is carried out between 2-methyl-3-butyn-2-ol and various aryl iodides using catalytic amounts of bis-(triphenylphosphine)palladium(II) dichloride, with copper(I) iodide as a cocatalyst, in triethylamine at room temperature, so a range of products can be prepared within a single group and results compared. The coupling itself is usually complete within 1.5 h and is easily monitored by TLC, leaving up to 6 h for purification and characterization. Purification is by “mini flash column chromatography” through a plug of silica encased in the barrel of a plastic syringe, so the procedure is amenable to large class sizes.

Kinetics of the reaction of alkylamines with 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (TCNQ) in organic solvents

The following sequence of substitution reactions was studied spectrophotometrically in organic solvents: RNH2 + TCNQ →-HCN 7-substituted TCNQ →-HCN +RNH2 7.7-disubstituted TCNQ where R = butyl, octyl, dodecyl, and hexadecyl. The production of 7-(alkylamino)-7,7,8-tricyanoquinodimethanes proceeds via the formation of the anion radical of TCNQ (TCNQ-·) whose rate of appearance was found to be a function of the chain length of R, reaching a maximum for octylamine. The formation of TCNQ-· was sensitive to the solvent polarity and electron-donor power and was associated with a small enthalpy and a highly negative entropy of activation. Above a certain [C8H17NH2] the rate of disappearance of TCNQ-· was independent of the amine concentration, and the reaction had a much higher enthalpy and entropy of activation. The occurrence of tautomerism precluded an investigation of the conversion of 7-(octylamino)-7,8,8-tricyanoquinodimethane into 7,7-bis(octylamino)-8,8-dicyanoquinodimethane. A study of the reaction of octylamine with 7-morpholino-7,8,8-tricyanoquinodimethane (which does not exist in tautomeric forms) showed that the second substitution step proceeds with the same mechanism as the first one. The only difference between the two compounds (TCNQ and its monosubstituted morpholino derivative) is one of reactivity. © 1985 American Chemical Society.

Heterogeneous photocatalytic treatment of organic dyes in air and aqueous media

This review focuses on the heterogeneous photocatalytic treatment of organic dyes in air and water. Representative studies spanning approximately three decades are included in this review. These studies have mostly used titanium dioxide (TiO2) as the inorganic semiconductor photocatalyst of choice for decolorizing and decomposing the organic dye to mineralized products. Other semiconductors such as ZnO, CdS, WO3, and Fe2O3 have also been used, albeit to a much smaller extent. The topics covered include historical aspects, dark adsorption of the dye on the semiconductor surface and its role in the subsequent photoreaction, semiconductor preparation details, photoreactor configurations, photooxidation kinetics/mechanisms and comparison with other Advanced Oxidation Processes (e.g., UV/H2O2, ozonation, UV/O3, Fenton and photo-Fenton reactions), visible light-induced dye decomposition by sensitization mechanism, reaction intermediates and toxicity issues, and real-world process scenarios. © 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Selectivity and Mechanisms Driven by Reaction Dynamics: The Case of the Gas-Phase OH-+CH3ONO2 Reaction

Well-established statistical approaches such as transition-state theory based on high-level calculated potential energy profiles are unable to account for the selectivity observed in the gas-phase OH- + CH3ONO2 reaction. This reaction can undergo bimolecular nucleophilic displacement at either the carbon center (S(N)2@C) or the nitrogen center (S(N)2@N) as well as a proton abstraction followed by dissociation (E(CO)2) pathway. Direct dynamics simulations yield an S(N)2:E(CO)2 product ratio in close agreement with experiment and show that the lack of reactivity at the nitrogen atom is due to the highly negative electrostatic potential generated by the oxygen atoms in the ONO2 group that scatters the incoming OH-. In addition to these dynamical effects, the nonstatistical behavior of these reactions is attributed to the absence of equilibrated reactant complexes and to the large number of recrossings, which might be present in several ion-molecule gas-phase reactions.

Synthetic and mechanistic investigation of new radical processes: reaction of organic azides with group-XIII Lewis acids

Dichloroindium hydride revealed to be a valid alternative to tributyltin hydride for radical reduction of organic (alkyl, aryl, acyl, solfonyl) azides. The new approach entails mild reaction conditions and provides high yields of the corresponding amines and amides, also showing high degrees of selectivity. The system dichloroindium hydride / azides can be utilised in fivemembered ring closures of g-azidonitriles, as a new source of aminyl radicals for the attractive synthesis of interesting amidine compounds in the absence of both toxic reagents and tedious purification procedures. Allylindium dichloride seems a good substitute for dichloroindium hydride for generation of indium centred radicals under photolytic conditions, since it allows allylation of electrophilic azides (e.g. phenylsulfonyl azide) and halogen or ester δ-substituted azides, the latter through a 1,5-H transfer rearrangement mechanism. Evidences of the radical nature of the reactions mechanism were provided by ESR spectroscopy, furthermore the same technique, allowed to discover that the reaction of azides with indium trichloride and other group XIII Lewis acids, in particular gallium trichloride, gives rise to strongly coloured, persistent paramagnetic species, whose structure is consistent with the radical cation of the head-to-tail dimer of the aniline corresponding to the starting azide.

Water-soluble organic compounds in air particulate matter analyzed by HPLC-DAD-MS and HPLC-MS/MS: abundance, sources and transformation of carboxylic acids, nitrophenols and nitrated proteins

Wasserlösliche organische Verbindungen (WSOCs) sind Hauptbestandteile atmosphärischer Aerosole, die bis zu ~ 50% und mehr der organischen Aerosolfraktion ausmachen. Sie können die optischen Eigenschaften sowie die Hygroskopizität von Aerosolpartikeln und damit deren Auswirkungen auf das Klima beeinflussen. Darüber hinaus können sie zur Toxizität und Allergenität atmosphärischer Aerosole beitragen.In dieser Studie wurde Hochleistungsflüssigchromatographie gekoppelt mit optischen Diodenarraydetektion und Massenspektrometrie (HPLC-DAD-MS und HPLC-MS/MS) angewandt, um WSOCs zu analysieren, die für verschiedene Aerosolquellen und -prozesse charakteristisch sind. Niedermolekulare Carbonsäuren und Nitrophenole wurden als Indikatoren für die Verbrennung fossiler Brennstoffe und die Entstehung sowie Alterung sekundärer organischer Aerosole (SOA) aus biogenen Vorläufern untersucht. Protein-Makromoleküle wurden mit Blick auf den Einfluss von Luftverschmutzung und Nitrierungsreaktionen auf die Allergenität primärer biologischer Aerosolpartikel – wie Pollen und Pilzsporen – untersucht.rnFilterproben von Grob- und Feinstaubwurden über ein Jahr hinweg gesammelt und auf folgende WSOCs untersucht: die Pinen-Oxidationsprodukte Pinsäure, Pinonsäure und 3-Methyl-1,2,3-Butantricarbonsäure (3-MBTCA) sowie eine Vielzahl anderer Dicarbonsäuren und Nitrophenole. Saisonale Schwankungen und andere charakteristische Merkmale werden mit Blick auf Aerosolquellen und -senken im Vergleich zu Daten anderen Studien und Regionen diskutiert. Die Verhätlnisse von Adipinsäure und Phthalsäure zu Azelainsäure deuten darauf hin, dass die untersuchten Aerosolproben hauptsächlich durch biogene Quellen beeinflusst werden. Eine ausgeprägte Arrhenius-artige Korrelation wurde zwischen der 3-MBTCA-¬Konzentration und der inversen Temperatur beobachtet (R2 = 0.79, Ea = 126±10 kJ mol-1, Temperaturbereich 275–300 K). Modellrechnungen zeigen, dass die Temperaturabhängigkeit auf eine Steigerung der photochemischen Produktionsraten von 3-MBTCA durch erhöhte OH-Radikal-Konzentrationen bei erhöhten Temperaturen zurückgeführt werden kann. Im Vergleich zur chemischen Reaktionskinetik scheint der Einfluss von Gas-Partikel-Partitionierungseffekten nur eine untergeordnete Rolle zu spielen. Die Ergebnisse zeigen, dass die OH-initiierte Oxidation von Pinosäure der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der Bildung von 3-MBTCA ist. 3-MBTCA erscheint somit als Indikator für die chemische Alterung von biogener sekundärer organischer Aerosole (SOA) durch OH-Radikale geeignet. Eine Arrhenius-artige Temperaturabhängigkeit wurde auch für Pinäure beobachtet und kann durch die Temperaturabhängigkeit der biogenen Pinen-Emissionen als geschwindigkeitsbestimmender Schritt der Pinsäure-Bildung erklärt werden (R2 = 0.60, Ea = 84±9 kJ mol-1).rn rnFür die Untersuchung von Proteinnitrierungreaktionen wurde nitrierte Protein¬standards durch Flüssigphasenreaktion von Rinderserumalbumin (BSA) und Ovalbumin (OVA) mit Tetranitromethan (TNM) synthetisiert.Proteinnitrierung erfolgt vorrangig an den Resten der aromatischen Aminosäure Tyrosin auf, und mittels UV-Vis-Photometrie wurde der Proteinnnitrierungsgrad (ND) bestimmt. Dieser ist definiert als Verhältnis der mittleren Anzahl von Nitrotyrosinresten zur Tyrosinrest-Gesamtzahl in den Proteinmolekülen. BSA und OVA zeigten verschiedene Relationen zwischen ND und TNM/Tyrosin-Verhältnis im Reaktionsgemisch, was vermutlich auf Unterschiede in den Löslichkeiten und den molekularen Strukturen der beiden Proteine zurück zu führen ist.rnDie Nitrierung von BSA und OVA durch Exposition mit einem Gasgemisch aus Stickstoffdioxid (NO2) und Ozon (O3) wurde mit einer neu entwickelten HPLC-DAD-¬Analysemethode untersucht. Diese einfache und robuste Methode erlaubt die Bestimmung des ND ohne Hydrolyse oder Verdau der untersuchten Proteine und ernöglicht somit eine effiziente Untersuchung der Kinetik von Protein¬nitrierungs-Reaktionen. Für eine detaillierte Produktstudien wurden die nitrierten Proteine enzymatisch verdaut, und die erhaltenen Oligopeptide wurden mittels HPLC-MS/MS und Datenbankabgleich mit hoher Sequenzübereinstimmung analysiert. Die Nitrierungsgrade individueller Nitrotyrosin-Reste (NDY) korrelierten gut mit dem Gesamt-Proteinnitrierungsgrad (ND), und unterschiedliche Verhältnisse von NDY zu ND geben Aufschluss über die Regioselektivität der Reaktion. Die Nitrierungmuster von BSA und OVA nach Beahndlung mit TNM deuten darauf hin, dass die Nachbarschaft eines negativ geladenen Aminosäurerestes die Tyrosinnitrierung fördert. Die Behandlung von BSA durch NO2 und O3 führte zu anderend Nitrierungemustern als die Behandlung mit TNM, was darauf hindeutet, dass die Regioselektivität der Nitrierung vom Nitrierungsmittel abhängt. Es zeigt sich jedoch, dass Tyrosinreste in Loop-Strukturen bevorzugt und unabhängig vom Reagens nitriert werden.Die Methoden und Ergebnisse dieser Studie bilden eine Grundlage für weitere, detaillierte Untersuchungen der Reaktionskinetik sowie der Produkte und Mechanismen von Proteinnitrierungreaktionen. Sie sollen helfen, die Zusammenhänge zwischen verkehrsbedingten Luftschadstoffen wie Stickoxiden und Ozon und der Allergenität von Luftstaub aufzuklären.rn

Kinetic modeling and experiments on gas uptake and chemical transformation of organic aerosol in the atmosphere

Aerosolpartikel beeinflussen das Klima durch Streuung und Absorption von Strahlung sowie als Nukleations-Kerne für Wolkentröpfchen und Eiskristalle. Darüber hinaus haben Aerosole einen starken Einfluss auf die Luftverschmutzung und die öffentliche Gesundheit. Gas-Partikel-Wechselwirkunge sind wichtige Prozesse, weil sie die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aerosolen wie Toxizität, Reaktivität, Hygroskopizität und optische Eigenschaften beeinflussen. Durch einen Mangel an experimentellen Daten und universellen Modellformalismen sind jedoch die Mechanismen und die Kinetik der Gasaufnahme und der chemischen Transformation organischer Aerosolpartikel unzureichend erfasst. Sowohl die chemische Transformation als auch die negativen gesundheitlichen Auswirkungen von toxischen und allergenen Aerosolpartikeln, wie Ruß, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Proteine, sind bislang nicht gut verstanden.rn Kinetische Fluss-Modelle für Aerosoloberflächen- und Partikelbulk-Chemie wurden auf Basis des Pöschl-Rudich-Ammann-Formalismus für Gas-Partikel-Wechselwirkungen entwickelt. Zunächst wurde das kinetische Doppelschicht-Oberflächenmodell K2-SURF entwickelt, welches den Abbau von PAK auf Aerosolpartikeln in Gegenwart von Ozon, Stickstoffdioxid, Wasserdampf, Hydroxyl- und Nitrat-Radikalen beschreibt. Kompetitive Adsorption und chemische Transformation der Oberfläche führen zu einer stark nicht-linearen Abhängigkeit der Ozon-Aufnahme bezüglich Gaszusammensetzung. Unter atmosphärischen Bedingungen reicht die chemische Lebensdauer von PAK von wenigen Minuten auf Ruß, über mehrere Stunden auf organischen und anorganischen Feststoffen bis hin zu Tagen auf flüssigen Partikeln. rn Anschließend wurde das kinetische Mehrschichtenmodell KM-SUB entwickelt um die chemische Transformation organischer Aerosolpartikel zu beschreiben. KM-SUB ist in der Lage, Transportprozesse und chemische Reaktionen an der Oberfläche und im Bulk von Aerosol-partikeln explizit aufzulösen. Es erforder im Gegensatz zu früheren Modellen keine vereinfachenden Annahmen über stationäre Zustände und radiale Durchmischung. In Kombination mit Literaturdaten und neuen experimentellen Ergebnissen wurde KM-SUB eingesetzt, um die Effekte von Grenzflächen- und Bulk-Transportprozessen auf die Ozonolyse und Nitrierung von Protein-Makromolekülen, Ölsäure, und verwandten organischen Ver¬bin-dungen aufzuklären. Die in dieser Studie entwickelten kinetischen Modelle sollen als Basis für die Entwicklung eines detaillierten Mechanismus für Aerosolchemie dienen sowie für das Herleiten von vereinfachten, jedoch realistischen Parametrisierungen für großskalige globale Atmosphären- und Klima-Modelle. rn Die in dieser Studie durchgeführten Experimente und Modellrechnungen liefern Beweise für die Bildung langlebiger reaktiver Sauerstoff-Intermediate (ROI) in der heterogenen Reaktion von Ozon mit Aerosolpartikeln. Die chemische Lebensdauer dieser Zwischenformen beträgt mehr als 100 s, deutlich länger als die Oberflächen-Verweilzeit von molekularem O3 (~10-9 s). Die ROIs erklären scheinbare Diskrepanzen zwischen früheren quantenmechanischen Berechnungen und kinetischen Experimenten. Sie spielen eine Schlüsselrolle in der chemischen Transformation sowie in den negativen Gesundheitseffekten von toxischen und allergenen Feinstaubkomponenten, wie Ruß, PAK und Proteine. ROIs sind vermutlich auch an der Zersetzung von Ozon auf mineralischem Staub und an der Bildung sowie am Wachstum von sekundären organischen Aerosolen beteiligt. Darüber hinaus bilden ROIs eine Verbindung zwischen atmosphärischen und biosphärischen Mehrphasenprozessen (chemische und biologische Alterung).rn Organische Verbindungen können als amorpher Feststoff oder in einem halbfesten Zustand vorliegen, der die Geschwindigkeit von heterogenen Reaktionenen und Mehrphasenprozessen in Aerosolen beeinflusst. Strömungsrohr-Experimente zeigen, dass die Ozonaufnahme und die oxidative Alterung von amorphen Proteinen durch Bulk-Diffusion kinetisch limitiert sind. Die reaktive Gasaufnahme zeigt eine deutliche Zunahme mit zunehmender Luftfeuchte, was durch eine Verringerung der Viskosität zu erklären ist, bedingt durch einen Phasenübergang der amorphen organischen Matrix von einem glasartigen zu einem halbfesten Zustand (feuchtigkeitsinduzierter Phasenübergang). Die chemische Lebensdauer reaktiver Verbindungen in organischen Partikeln kann von Sekunden bis zu Tagen ansteigen, da die Diffusionsrate in der halbfesten Phase bei niedriger Temperatur oder geringer Luftfeuchte um Größenordnungen absinken kann. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen wie halbfeste Phasen die Auswirkung organischeer Aerosole auf Luftqualität, Gesundheit und Klima beeinflussen können. rn

Charge transfer reactions of organic ions containing oxygen: Correlation between reaction energetics and cross sections

Cross sections for charge transfer reactions of organic ions containing oxygen have been obtained using time-of-flight techniques. Charge transfer cross sections have been determined for reactions of 2.0 to 3.4 keV ions produced by electron impact ionization of oxygen containing molecules such as methanol, ethanal and ethanol. Experimental cross section magnitudes have been correlated with reaction energy defects computed from ion recombination energies and target ionization energies. Large cross sections are observed for reacting systems with small energy defects.

Organic-inorganic poly(methyl methacrylate) hybrids with confined polyhedral oligosilsesquioxane macromonomers

We herein report the synthesis of organic-inorganic hybrid poly(methyl methacrylate) containing 1 polyhedral oligosilsesquioxanes. Octakis(3-hydroxypropyldimethylsiloxy)octasilsesquioxane (OHPS) was synthesized from octakis(hydridodimethylsiloxy)octasilsesquioxane [Si8O12(OSiMe2H)(8), Q(8)M(8)(H)] following literature procedures. Octakis(tnethacryloxypropyldimethylsiloxy) octasilsesquioxane (OMPS) was synthesized via the reaction of methacryloyl chloride or methacrylic acid anhydride with OHPS, with the latter giving improved purity. Polymerization of OMPS with methyl inethacrylate using a dibenzoylperoxide initiator gave a highly cross-linked polymer. Characterization of the polymer was performed using Fourier transform IR spectroscopy, Si-29 NMR, differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, atomic force microscopy, and transmission electron microscopy with energy-dispersive X-ray analysis. The polymer was found to be largely homogeneous. Increasing the OMPS concentration in the polymer gave increased decomposition and glass transition temperatures.