Geochemistry on manganese crusts from French Polynesia

The Tuamotu Archipelago in French Polynesia is a Co-rich ferromanganese crust province. The NODCO I survey (1986) provided detailed data on Co-rich crusts in this environment through the exploration of a restricted zone in the vicinity of Niau Island on the southern flank of the archipelago. This flat zone is a fossil atoll which, under the action of subsidence and tectonic movements, has collapsed to a water depth of 1000 m. The plateau is partially filled with coralline sediments. Outcrops of ferromanganese crusts, associated with rare nodules and slabs, are located on the inner side of the coral reef which bounds the ancient lagoon. The successive episodes of plateau history have been recorded in the different growth periods of the ferromanganese crusts. The crusts, nodules and slabs belong to the same morphological, mineralogical and geochemical family. Cobalt contents vary from 0.7 to 1.3%. The highest values belong to the thinnest ferromanganese crusts which are located on the flanks of the plateau. Average Ni contents are about 0.5% and Cu contents about 0.1%; Pt contents vary from 0.2 to 1.3 ppm. Platinum and Co are enriched in the outermost oxide zone of the crusts. Poorly crystallized -MnO2 is the dominant mineralogical phase. Cobalt enrichment seems to be related to -MnO2 particle size. The greatest contents are located in the finest material where the particle size is less than 0.1 m. Cobalt-rich crusts of the Niau Zone have the same characteristics as the Co-rich crusts from the Equatorial North Pacific. They differ in original setting: the reefal environment in the Niau Zone is superficial, overlying a volcanic substrate.

Sedimentology of a profile from Etoliko Lagoon, Western Greece

A key feature of Greece is the large amount of historical and archaeological records. The sedimentary record of the Etoliko Lagoon, Aetolia, Western Greece, offers an ideal opportunity to study human-environment interaction and to disentangle natural and anthropogenic imprints in the sedimentary record. By applying an interdisciplinary approach of combining geoscientific methods (XRF, LOI, grain size analysis) with archaeological and historical records, the 8.8 m long sedimentary sequence ETO1C reveals the palaeoenvironmental history of the lagoon and its catchment since 11,670 cal BP. With a thorough chronology based on 14C age-depth-modelling including varve counting, different evolutionary stages were put in a chronological context. These stages include a lake period (11,670-8310 cal BP) followed by a period of sporadic saltwater intrusion (8310-1350 cal BP) as a result of continuing transgression. Phases of limnic predominance associated with freshwater inflow of episodically activated distributaries (around 5230 cal BP) still occurred. By 1350 cal BP, ongoing sea level rise had connected the lagoons of Etoliko and Messolonghi and freshwater influence had ceased. With the onset of settlement activity in the Late Helladic (1700-1100 cal BC) humans took advantage of the prevailing environmental landscape. A sudden increase in coarse sedimentation correlates with the history of human occupation with its peak of prosperity from the Late Helladic until the end of the Hellenistic Period (30 cal BC).

Paleoclimate investiations on sediment core PG1984 from Lake Sysy-Kyuele, northern Siberia

In northeastern Siberia, Russia, a 1.2 m sediment core was retrieved and radiocarbon dated from a small and shallow lake located at the western side of the lower Lena River (N 69°24', E 123°50', 81 m a.s.l.). The objective of this paper is to reconstruct the palaeoenvironmental variability and to infer major palaeoclimate trends that have occurred since ~ 13.3 cal. kyrs BP. We analysed the diatom assemblages, sedimentology (grain size, total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN)), and the elemental and mineralogical composition using X-ray fluorescence (XRF) and X-ray diffractometry (XRD) of the sediment core. Our results show parallel changes in the diatom species composition and sediment characteristics. Enhanced minerogenic sediment input and the occurrence of pyrite is indicative of a cold period between ~ 12.7-11.6 cal. kyrs BP. The diatom data enable a qualitative inference about the local ecological conditions to be made, and reveal an oligotrophic lake system with alkaline and cold conditions during the earliest Holocene. Moderately warmer climates are inferred for the period from ~ 9.1 to 5.7 cal. kyrs BP. The major shift in the diatom assemblage, from dominance of small benthic fragilarioid taxa to a more complex diatom flora with an influx of several achnanthoid and naviculoid diatom species, occurred after a transitional period of about 1400 years (7.1 to 5.7 cal. kyrs BP) at ~ 5.7 cal. kyrs BP, indicating a circumneutral and warmer hydrological regime during the Holocene thermal maximum (HTM). Diatom valve concentrations declined starting ~ 2.8 cal. kyrs BP, but have been rising again since less than or equalt to 600 cal. years BP. This has occurred in parallel to the increased presence of acidophilous diatom taxa (e.g. Eunotia spp.) and decreased presence of small benthic fragilarioid species in the most recent sediments, which is interpreted as the result of neoglacial cooling and subsequent recent climate warming. Our findings are compared to other lake-inferred climate reconstructions along the Lena River. We conclude that the timing and spatial variability of the HTM in the lower Lena River area reveal a temporal delay from north to south.

Synthèse de sulfilimines et de sulfoximines catalysée par les métaux de transition

Les sulfilimines et les sulfoximines sont des motifs structuraux dont l’intérêt synthétique est grandissant, notamment du fait de leurs applications en chimie médicinale et en agrochimie. Les travaux rapportés dans cet ouvrage décrivent le développement de nouvelles méthodes de synthèse efficaces pour la production de ces unités atypiques. Ces méthodes sont basées sur la réactivité d’une source d’azote électrophile, vis-à-vis de thioéthers et de sulfoxydes. L’utilisation d’un complexe métallique introduit en quantité catalytique a permis de favoriser le processus réactionnel. En tirant bénéfice de l’expertise de notre groupe de recherche sur le développement de réactions d’amination stéréosélectives de liaisons C-H et d’aziridination de styrènes, nous avons d’abord étudié la réactivité des N-mésyloxycarbamates comme source d’azote électrophile. Après avoir optimisé sa synthèse sur grande échelle, ce réactif chiral a été utilisé dans des réactions d’amination de thioéthers et de sulfoxydes, catalysées par un dimère de rhodium (II) chiral. Un processus diastéréosélectif efficace a été mis au point, permettant de produire des sulfilimines et des sulfoximines chirales avec d’excellents rendements et sélectivités. Au cours de l’optimisation de cette méthode de synthèse, nous avons pu constater l’effet déterminant de certains additifs sur la réactivité et la sélectivité de la réaction. Une étude mécanistique a été entreprise afin de comprendre leur mode d’action. Il a été observé qu’une base de Lewis telle que le 4-diméthylaminopyridine (DMAP) pouvait se coordiner au dimère de rhodium(II) et modifier ses propriétés structurales et redox. Les résultats que nous avons obtenus suggèrent que l’espèce catalytique active est un dimère de rhodium de valence mixte Rh(II)/Rh(III). Nous avons également découvert que l’incorporation de sels de bispyridinium avait une influence cruciale sur la diastéréosélectivité de la réaction. D’autres expériences sur la nature du groupe partant du réactif N-sulfonyloxycarbamate nous ont permis de postuler qu’une espèce nitrénoïde de rhodium était l’intermédiaire clé du processus d’amination. De plus, l’exploitation des techniques de chimie en débit continu nous a permis de développer une méthode d’amination de thioéthers et de sulfoxydes très performante, en utilisant les azotures comme source d’azote électrophile. Basée sur la décompositon photochimique d’azotures en présence d’un complexe de fer (III) simple et commercialement disponible, nous avons été en mesure de produire des sulfilimines et des sulfoximines avec d’excellents rendements. Le temps de résidence du procédé d’amination a pu être sensiblement réduit par la conception d’un nouveau type de réacteur photochimique capillaire. Ces améliorations techniques ont permis de rendre la synthèse plus productive, ce qui constitue un élément important d’un point de vue industriel.

Coordination of phosphido-boratabenzene ligands to transition metals

Environ 90% des composés produits industriellement sont fabriqués à l’aide de catalyseurs. C’est pourquoi la conception de catalyseurs toujours plus performants pour améliorer les procédés industriels actuels est toujours d’intérêt. De la grande variété de complexes avec des métaux de transition rapportés jusqu’à présent, les complexes zwitterioniques attirent notre attention par leurs activités catalytiques souvent supérieures aux complexes cationiques normaux. Un complexe métallique zwitterionique est un fragment métal-ligand neutre où la charge positive est située sur le centre métallique et où la charge négative est délocalisée sur un des ligands liés au métal. Nous proposons la synthèse de ligands anioniques phosphine comportant des groupements borates et boratabenzènes. Cette dernière espèce est un cycle à 6 membres où l’un des atomes de carbone est remplacé par un atome de bore et qui est négativement chargé. La capacité de ces phosphines anioniques à se lier à un centre métallique à l’aide de la paire libre du phosphore est due à la nature du lien P-B qui défavorise l’interaction entre la paire libre du phosphore et l’orbitale p vide du bore. Les propriétés de di-tert-butylphosphido-boratabenzène (DTBB) comme ligand phosphine anionique hautement donneur et encombré ainsi que la découverte de ses modes de coordination inhabituels pour stabiliser les métaux de transition insaturés ont été étudiés au cours de ce travail. De nouvelles perspectives sur les modes de coordination de phosphido-boratabenzène et la force de l’interaction du lien P-B seront discutées ainsi que les applications catalytiques. Nous avons d’abord étudié la coordination η1 avec des complexes de fer, ce qui nous a fourni des données quantitatives précieuses sur la capacité du DTBB d’agir comme ligand très donneur par rapport aux autres ligands donneurs bien connus. La capacité du DTBB à changer de mode de coordination pour soutenir les besoins électroniques du métal a été démontrée par la découverte d’une nouvelle espèce ferrocenyl phosphido-boratabenzène et sa nucléophilie a été étudiée. Au meilleur de notre connaissance, aucun exemple d’un ligand boratabenzène coordonné aux métaux du groupe 11 n’existe dans la littérature. Voilà pourquoi nous avons décidé d’explorer les modes de coordination du ligand DTBB avec Cu(I), Ag(I) et Au(I). A notre grande surprise, le ligand DTBB est capable de stabiliser les métaux du groupe 11 aux états d’oxydation faibles par une liaison MP qui est une coordination du type η1, un mode de coordination guère observé pour les ligands boratabenzène. Pendant nos travaux, notre attention s’est tournée vers la synthèse d’un complexe de rhodium(I) afin de tester son utilité en catalyse. A notre grande satisfaction, le complexe Rh-DTBB agit comme un précatalyseur pour l’hydrogénation des alcènes et alcynes à la température ambiante et à pression atmosphérique et son activité est comparable à celle du catalyseur de Wilkinson. Dans un désir d’élargir les applications de notre recherche, notre attention se tourna vers l’utilisation des composés du bore autres que le boratabenzène. Nous avons décidé de synthétiser une nouvelle espèce phosphido-borate encombrée. Lorsqu’elle réagit avec des métaux, l’espèce phosphido-borate subit un clivage de la liaison P-B. Toutefois, cette observation met en évidence la singularité et les avantages de la stabilité de la liaison P-B lors de l’utilisation du fragment boratabenzène. Ces observations enrichissent notre compréhension des conditions dans lesquelles la liaison P-B du ligand DTBB peut être clivée. Ces travaux ont mené à la découverte d’un nouveau ligand ansa-boratabenzène avec une chimie de coordination prometteuse.

Elettrodeposizione di catalizzatori a base di Rh su schiume e fibre metalliche di FeCrAlloy per la produzione di syngas

The preparation of structured catalysts active in the catalytic partial oxidation of methane to syngas, was performed by electrosynthesis of hydroxides on FeCrAlloy foams and fibers. Rh/Mg/Al hydrotalcite-type compounds were prepared by co-precipitation of metallic cations on the support and successive calcination. Electrochemical reactions have been studied during the electrodeposition by linear sweep voltammetry. The experiments were performed at supports immersed in KNO3, KCl, Mg2+ and Al3+ aqueous solutions, starting by different precursors (nitrate and chlorides salts) and modifying the Mg/A ratio. Rh/Mg/Al hydrotalcite-type compounds were deposited on metal foams by applying a -1.2V vs SCE potential for 2000s with a nitrate solution of 0.06M total metal concentration. Firstly it was studied the effect of Mg on the coating propierties, modifying the Rh/Mg/Al atomic ratio (5/70/25, 5/50/45, 5/25/70 e 5/0/95). Then the effect of the amount of Rh was later investigated in the sample with the largest Mg content (Rh/Mg/Al = 5/70/25 and 2/70/28).The results showed that magnesium allowed obtaining the most homogeneous and well adherent coatings, wherein rhodium was well dispersed. The sample with the Rh/Mg /Al ratio equal to5/70/25 showed the best catalytic performances. Decreasing the Rh content, the properties of the coating were not modified, but the catalytic activity was lower, due to a not enough number of active sites to convert the methane. The work on metal fibers focused on the effect of precursor concentration, keeping constant composition, potential and synthesis time at the values of Rh/Mg/Al =5/70/25, -1.2V vs SCE and 1000s. However fibers geometry did not allow to obtain a high quality coating, even if results were quite promising.

Greener methodology for the synthesis of alpha-diazocarbonyl compounds and a novel approach to dioxinone derivatives

This thesis outlines a more environmentally benign approach to diazo transfer, and the investigation of the reactivity of -diazocarbonyl compounds when subjected to transition metal and lanthanide catalysis. Extensive studies were carried out to find the optimum conditions for a greener diazo transfer methodology, and this was also applied to a continuous process for the synthesis of -diazo--ketoesters. The first chapter includes a literature review of the synthesis and subsequent reactivity of -diazocarbonyl compounds. An overview of the applications of flow chemistry for the synthesis of hazardous intermediates is also included. The applications of lanthanide catalysts in organic synthesis is also discussed. The second chapter outlines the extensive studies undertaken to determine the optimum conditions for a greener diazo transfer methodology, including base and solvent studies. Use of water as a viable solvent for diazo transfer was successfully investigated. Diazo transfer to a range of -diazo--ketoesters was achieved using 5 mol% triethylamine or DMAP in water with high conversions. Polystyrene-supported benzenesulfonyl azide as an alternative diazo transfer reagent was also explored, as well as investigations into cheaper generation of this safer reagent. This polymer-supported benzenesulfonyl azide was used with 25 mol% of base in water to achieve successful diazo transfer to a range of -diazo--ketoesters. The third chapter describes the application of the new methodology developed in Chapter 2 to a continuous processing approach. Various excellent conditions were identified for both batch and flow reactions. A series of -diazo--ketoesters were synthesised with excellent conversions using 25 mol% triethylamine in 90:10 acetone water using flow chemistry. Successful diazo transfer was also achieved using a polymer-supported benzenesulfonyl azide in water under flow conditions. The fourth chapter discusses the reactivity of -diazo--ketoesters under transition metal and lanthanide catalysis. This chapter describes the synthesis of a range of -ketoesters via transesterification, which were used to synthesise a range of novel -diazo--ketoesters that were used in subsequent decomposition reactions. A novel route to dioxinones via rhodium(II) catalysis is reported. Attempted OH and SH insertion reactions in the presence of various lanthanide(II) catalysts are outlined, leading to some unexpected and interesting rearrangement products. The experimental details, including spectroscopic and analytical data for all compounds prepared, are reported at the end of each chapter.

Recovery of palladium from a spent automobile catalyst leaching solution by a thiodiglycolamide derivative

In the sequence of previous research on the development of novel liquid-liquid amidetype compounds to efficiently and selectively extract platinum-group metals (PGMs) from concentrated hydrochloric acid media, a specific thiodiglycolamide derivative – N,N’-dimethyl-N,N’-dicyclohexylthiodiglycolamide (DMDCHTDGA) – has been applied for the recovery of palladium(II) from a spent automobile catalyst leaching solution, containing palladium(II) and rhodium(III) as PGMs. The results obtained are rather promising, since the DMDCHTDGA behavior towards the two PGMs is similar to that observed for hydrochloric acid aqueous media studied before, simulating the real leaching phases. Within eleven metal elements co-existing in solution, the majority in high fold-excesses, only aluminum(III) and cerium(III) interfere in the palladium(II) liquid-liquid extraction process, requiring further optimization.

Synthèse de sulfilimines et de sulfoximines catalysée par les métaux de transition

Les sulfilimines et les sulfoximines sont des motifs structuraux dont l’intérêt synthétique est grandissant, notamment du fait de leurs applications en chimie médicinale et en agrochimie. Les travaux rapportés dans cet ouvrage décrivent le développement de nouvelles méthodes de synthèse efficaces pour la production de ces unités atypiques. Ces méthodes sont basées sur la réactivité d’une source d’azote électrophile, vis-à-vis de thioéthers et de sulfoxydes. L’utilisation d’un complexe métallique introduit en quantité catalytique a permis de favoriser le processus réactionnel. En tirant bénéfice de l’expertise de notre groupe de recherche sur le développement de réactions d’amination stéréosélectives de liaisons C-H et d’aziridination de styrènes, nous avons d’abord étudié la réactivité des N-mésyloxycarbamates comme source d’azote électrophile. Après avoir optimisé sa synthèse sur grande échelle, ce réactif chiral a été utilisé dans des réactions d’amination de thioéthers et de sulfoxydes, catalysées par un dimère de rhodium (II) chiral. Un processus diastéréosélectif efficace a été mis au point, permettant de produire des sulfilimines et des sulfoximines chirales avec d’excellents rendements et sélectivités. Au cours de l’optimisation de cette méthode de synthèse, nous avons pu constater l’effet déterminant de certains additifs sur la réactivité et la sélectivité de la réaction. Une étude mécanistique a été entreprise afin de comprendre leur mode d’action. Il a été observé qu’une base de Lewis telle que le 4-diméthylaminopyridine (DMAP) pouvait se coordiner au dimère de rhodium(II) et modifier ses propriétés structurales et redox. Les résultats que nous avons obtenus suggèrent que l’espèce catalytique active est un dimère de rhodium de valence mixte Rh(II)/Rh(III). Nous avons également découvert que l’incorporation de sels de bispyridinium avait une influence cruciale sur la diastéréosélectivité de la réaction. D’autres expériences sur la nature du groupe partant du réactif N-sulfonyloxycarbamate nous ont permis de postuler qu’une espèce nitrénoïde de rhodium était l’intermédiaire clé du processus d’amination. De plus, l’exploitation des techniques de chimie en débit continu nous a permis de développer une méthode d’amination de thioéthers et de sulfoxydes très performante, en utilisant les azotures comme source d’azote électrophile. Basée sur la décompositon photochimique d’azotures en présence d’un complexe de fer (III) simple et commercialement disponible, nous avons été en mesure de produire des sulfilimines et des sulfoximines avec d’excellents rendements. Le temps de résidence du procédé d’amination a pu être sensiblement réduit par la conception d’un nouveau type de réacteur photochimique capillaire. Ces améliorations techniques ont permis de rendre la synthèse plus productive, ce qui constitue un élément important d’un point de vue industriel.

Catalytic CO2 hydrogenation: study at the molecular scale using field emission techniques

An accurate characterization of the rhodium specimen was obtained via FIM experiments. Reaction behaviors between H2 and CO2 were observed in FEM mode at 700 K. At this temperature, CO desorption occurs, preventing CO+H2 reaction. Surface is mainly recovered by oxygen; reaction with hydrogen occurs. Finally, we can identify the reaction as the Reverse Water Gas Shift.