Gas liquid equilibria at high pressures

Este trabalho tem como objectivo a medição da solubilidade de gases em líquidos a altas pressões. Para a realização experimental foi usada uma célula de altas pressões de volume variável e um método de observação directa para a detecção das transições de fase. As condições usadas neste trabalho experimental foram temperaturas entre 276.00 e 373.15 K e pressões ate 100 MPa. Numa primeira fase foram efectuadas medições de solubilidade de metano em anilina pura e para uma solução aquosa de composição mássica igual a 5% em anilina. A anilina é fundamentalmente usada em processos como a produção de borracha, de poliuretanos, pigmentos e tintas, fármacos, herbicidas e fungicidas. É usualmente produzida através de processos de redução do nitrobenzeno por reacção com o HCl. De facto, esta síntese é um processo químico complexo onde um grande número de processos compete entre si. Alterações nas condições do processo com a possível formação de produtos intermediários podem afectar a eficiência do processo. Para a sua melhoria foi sugerido que o hidrogénio usado fosse simultaneamente produzido e gasto no reactor principal. Neste caso e para a produção do mesmo, era necessário adicionar metano e água ao reactor. Tendo por base a ideia de que as reacções onde o hidrogénio é reagente e produto ocorrem em simultâneo, torna-se clara a importância do estudo da solubilidade do metano em anilina pura e em soluções aquosas desta. Numa segunda fase foi estudada a solubilidade do dióxido de carbono em soluções aquosas de tri-iso-butil(metil)fosfónio tosilato, com composições molares são de 4, 8 e 12% em líquido iónico. Este pertencente à família dos fosfónios. Possui uma viscosidade e densidade elevadas, é térmica e quimicamente estável e ainda possui uma elevada polaridade. Apresenta uma miscibilidade completa em água e nos solventes mais usuais, como o diclorometano e tolueno, não sendo no entanto míscivel em hexano. O tri-isobutil( metil)fosfónium tosilato é usado como solvente nos processos de hidroformilação de olefinas e ainda em processos de captura e conversão de dióxido de carbono. Neste trabalho experimental, a temperatura e a pressão foram inicialmente aumentadas até o sistema atingir o equilíbrio. A pressão é diminuída lentamente até se verificar o aparecimento/desaparecimento da última bolha de gás. A pressão à qual a última bolha de gás desaparece representa a pressão de equilíbrio para aquela temperatura. Este procedimento foi efectuado para vários sistemas e várias temperaturas.

Síntese e potenciais aplicações de novas porfirinas β-funcionalizadas

Neste trabalho é descrita a síntese de novos derivados porfirínicos com potencial aplicação em terapia fotodinâmica (PDT) e como quimiossensores para o reconhecimento molecular de catiões metálicos. Os novos compostos foram preparados usando como “template” 2-formil-5,10,15,20-tetrafenilporfirina através de diferentes abordagens sintéticas, tais como, reações de cicloadição 1,3-dipolar ou reações do tipo condensação aldólica. Depois de uma breve introdução sobre porfirinas segue-se no capítulo 2 a descrição dos estudos de formilação de Vilsmeier-Haack dos complexos de Ni(II) e Cu(II) de meso-tetra-arilporfirinas realizados usando irradiação de microondas. Utilizando os complexos de Ni(II) e Cu(II) da 5,10,15,20-tetrafenilporfirina foram considerados vários solventes, potências de irradiação e tempos de reação; as melhores condições encontradas foram aplicadas a outras mesotetra- arilporfirinas. Os derivados formilados resultantes da reação de formilação de Vilsmeier-Haack com irradiação de micro-ondas foram isolados em bons rendimentos e com significativa redução no tempo de reação, que passou de horas, em condiçoes clássicas de aquecimento, para minutos sob irradiação de micro-ondas. O “scale-up” da reação, nas condições estabelecidas, mostrou ser eficiente não sendo a reação afetada pelo aumento da quantidade de porfirina. O capítulo 3 descreve a reação de ciclo-adição 1,3-dipolar de meso-tetraarilporfirinas com iminas de nitrilo, geradas in situ por desidrobromação de hidrazono-α-bromoglioxilatos de etilo na presença de base. A reação de iminas de nitrilo com 5,10,15,20-tetraquis(pentafluorofenil)porfirina, na presença de K2CO3 em tolueno a refluxo, permitiu isolar novas pirazoloclorinas em rendimentos moderados. Foram investigadas as propriedades fotofísicas das novas clorinas e os resultados sugerem que duas delas apresentam potencialidades para serem utilizadas em PDT. Este tipo de reações foi estendida ao complexo 2-vinil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II); este complexo reagiu com as iminas de nitrilo obtendo-se os correspondentes derivados porfirina-pirazolina em rendimentos que variaram entre valores de bom e de excelente. A regioquímica dos derivados porfirina-pirazolina formados foi elucidada por RMN e confirmada por difração de raios-X. O tratamento dos derivados porfirina-pirazolina com DDQ proporciona os correspondentes derivados porfirina-pirazol com rendimentos de moderados a excelentes. Quando os derivados porfirina-pirazolina foram submetidos a condições de hidrólise básica, observou-se não só a hidrólise do grupo éster presente no anel pirazolínico mas também a concomitante oxidação desta unidade heterocíclica, isolando-se assim, num único passo reacional, novos derivados de tipo porfirinapirazol com um grupo carboxílico. A descomplexação dos complexos de Zn(II) foi realizada na presença de TFA, tendo-se isolado quantitativamente os respetivos derivados na forma de bases livres.Foram estudadas algumas das propriedades fotofísicas de todos os compostos obtidos, quer na forma de complexos de Zn(II), quer na forma de base livre. Duma forma geral, todos os compostos preparados mostraram ser bons geradores de oxigénio singleto, o que os torna interessantes para possível utilização como fotossensibilizadores em PDT. No capítulo 4 é descrita a reação de 2-formil-5,10,15,20-tetrafenilporfirina com aril-cetonas e acetato de amónio, na presença de La(OTf)3, o que permitiu isolar novas benzoporfirinas e 2-(2,6-diarilpiridina-4-il)porfirinas. Esta metodologia foi utilizada para preparar, pela primeira vez, uma 2-(2,2':6,2''- terpiridin-4-il)porfirina. As estruturas de duas das 2-(2,6-diarilpiridin-4- il)porfirinas foram confirmadas por difração de raios-X de cristal único. A metodologia descrita permite ainda preparar novos derivados de tipo porfirinacalcona, apenas com pequenos ajustes nas condições reacionais através de uma reação do tipo condensação aldólica. Os derivados do tipo porfirinacalcona foram posteriormente usados para preparar derivados do tipo porfirinapirazol 1,3,5-tri-substituídos em bons rendimentos, através de reação de condensação com fenil-hidrazina. Em cada um dos capítulos é descrito os procedimentos experimentais e a caracterização espectroscópica (RMN, UV-vis e massa) dos novos compostos isolados. Em alguns casos foi necessário o recurso a técnicas de RMN bidimensionais como COSY, NOESY, HSQC e HMBC. Os compostos preparados neste trabalho foram ainda objecto de estudos de avaliação das respetivas potencialidades para actuarem como quimiossensores para o reconhecimento de catiões metálicos, nomeadamente, Cu(II), Ag(I), Zn(II), Cd(II) e Hg(II). Assim no capítulo 5 é descrita a caracterização fotofísica dos compostos preparados no capítulo 4 e, os estudos destes como potenciais quimiossensores. Os estudos para verificar a potencialidade dos compostos como quimiossensores foram efectuados: i) em solução, através de titulações espectrofotométricas e espectrofluorimétricas, ii) no estado sólido, recorrendo à preparação de filmes de PMMA dopados com os ligandos porfirínicos em estudo e, iii) na fase gasosa, seguindo as titulações dos ligandos com metais por espectrometria de massa (MALDI-TOF-MS). Os compostos estudados mostraram ter capacidade para atuarem como quimiossensores de catiões metálicos capazes de distinguirem entre os iões Zn(II) e Hg(II).

Corroles : synthesis, functionalization and application as chemosensors

O trabalho de investigação apresentado nesta dissertação foi desenvolvido tendo como objectivo a síntese e funcionalização de meso-triarilcorróis para utilização como quimiossensores. Este trabalho encontra-se apresentado ao longo de cinco capítulos. No primeiro capítulo são apresentadas as características gerais, as metodologias de síntese e de funcionalização de macrociclos de tipo corrólico, e descrevemse algumas aplicações em que têm sido utilizados. São ainda abordadas algumas das propriedades e características dos quimiossensores e os mecanismos de deteção de diversos analítos. No segundo capítulo, após uma pequena introdução às reações de Wittig e de Diels-Alder, escolhidas para a funcionalização do macrociclo corrólico, descreve-se o estudo efectuado para a obtenção do complexo de gálio(III) do 3- vinil-5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrol e o seu comportamento como dieno, em reações de Diels-Alder na presença dos dienófilos 1,4-benzoquinona e 1,4- naftoquinona. Desses estudos resultaram dois aductos cuja habilidade sensorial, bem como a dos seus precursores, foi estudada, em solução, na presença de aniões esféricos (F-, Br-, Cl-), lineares (CN-) e volumosos (CH3COO-, H2PO4 -). Dos macrociclos estudados verificou-se que o corrol base-livre 5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrol apresenta uma elevada sensibilidade para o anião fluoreto (F-), e que a coordenação do núcleo corrólico com gálio(III) diminui a afinidade para este anião. Em geral, todos os compostos mostraram afinidade para o anião cianeto (CN-) mesmo quando em suportes poliméricos. O gel de poliacrilamida revelou-se muito promissor na determinação de CN- em amostras de água. No terceiro capítulo é avaliada a reatividade do complexo de gálio(III) do 3- vinil-5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrol ainda como dieno mas agora na presença de um dienófilo linear, o acetilenodicarboxilato de dimetilo. Desse estudo resultaram dois novos derivados corrólicos. A habilidade sensorial dos mesmos perante os aniões fluoreto, cianeto, acetato, e fosfato foi avaliada por espectroscopia de absorção e emissão tendo um dos aductos mostrado ser colorimétrico para o anião cianeto. No quarto capítulo descreve-se a síntese e caracterização de dois conjugados do tipo corrol-cumarina, resultantes de reações de Hetero-Diels-Alder entre o 3-vinil-5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrolatogálio(III)(piridina) e orto-quinonasmetídeos gerados in situ a partir de reacções de Knoevenagel entre cumarinas e paraformaldeído. Realizaram-se estudos de afinidade sensorial para aniões e catiões com estes macrociclos, bem como com conjugados porfirinacumarina análogos. A inserção de uma unidade cumarina conferiu uma excepcional solubilidade tendo os novos derivados apresentado solubilidade em etanol. No quinto e último capítulo desta dissertação é avaliada a capacidade sensorial do 5,10,15-tris(pentafluorofenil)corrol e da sua espécie monoaniónica, para os catiões metálicos Na+, Ca2+, Cu2+, Cd2+, Pb2+, Hg2+, Ag+, Al3+, Zn2+, Ni2+, Cr3+, Ga3+, Fe3+ em tolueno e acetonitrilo. Os macrociclos corrólicos mostraram ser selectivos e colorimétricos para o catião Hg2+. Neste trabalho descreve-se ainda a síntese do derivado -iminocorrol, que após funcionalização com o 3-isocianatopropiltrimetoxisilano originou um derivado do tipo alcoxisilano, que foi, posteriormente, ancorado a nanopartículas comerciais de sílica. As novas nanopartículas ancoradas com o alcoxisilano corrol foram estudadas na presença de Cu2+, Hg2+ e Ag+. Na presença do catião Ag+ assistiu-se a uma mudança de cor, de verde para amarelo.

Diffusion coefficients in dense and supercritical fluids

Os coeficientes de difusão (D 12) são propriedades fundamentais na investigação e na indústria, mas a falta de dados experimentais e a inexistência de equações que os estimem com precisão e confiança em fases comprimidas ou condensadas constituem limitações importantes. Os objetivos principais deste trabalho compreendem: i) a compilação de uma grande base de dados para valores de D 12 de sistemas gasosos, líquidos e supercríticos; ii) o desenvolvimento e validação de novos modelos de coeficientes de difusão a diluição infinita, aplicáveis em amplas gamas de temperatura e densidade, para sistemas contendo componentes muito distintos em termos de polaridade, tamanho e simetria; iii) a montagem e teste de uma instalação experimental para medir coeficientes de difusão em líquidos e fluidos supercríticos. Relativamente à modelação, uma nova expressão para coeficientes de difusão a diluição infinita de esferas rígidas foi desenvolvida e validada usando dados de dinâmica molecular (desvio relativo absoluto médio, AARD = 4.44%) Foram também estudados os coeficientes de difusão binários de sistemas reais. Para tal, foi compilada uma extensa base de dados de difusividades de sistemas reais em gases e solventes densos (622 sistemas binários num total de 9407 pontos experimentais e 358 moléculas) e a mesma foi usada na validação dos novos modelos desenvolvidos nesta tese. Um conjunto de novos modelos foi proposto para o cálculo de coeficientes de difusão a diluição infinita usando diferentes abordagens: i) dois modelos de base molecular com um parâmetro específico para cada sistema, aplicáveis em sistemas gasosos, líquidos e supercríticos, em que natureza do solvente se encontra limitada a apolar ou fracamente polar (AARDs globais na gama 4.26-4.40%); ii) dois modelos de base molecular biparamétricos, aplicáveis em todos os estados físicos, para qualquer tipo de soluto diluído em qualquer solvente (apolar, fracamente polar e polar). Ambos os modelos dão origem a erros globais entre 2.74% e 3.65%; iii) uma correlação com um parâmetro, específica para coeficientes de difusão em dióxido de carbono supercrítico (SC-CO2) e água líquida (AARD = 3.56%); iv) nove correlações empíricas e semi-empíricas que envolvem dois parâmetros, dependentes apenas da temperatura e/ou densidade do solvente e/ou viscosidade do solvente. Estes últimos modelos são muito simples e exibem excelentes resultados (AARDs entre 2.78% e 4.44%) em sistemas líquidos e supercríticos; e v) duas equações preditivas para difusividades de solutos em SC-CO2, em que os erros globais de ambas são inferiores a 6.80%. No global, deve realçar-se o facto de os novos modelos abrangerem a grande variedade de sistemas e moléculas geralmente encontrados. Os resultados obtidos são consistentemente melhores do que os obtidos com os modelos e abordagens encontrados na literatura. No caso das correlações com um ou dois parâmetros, mostrou-se que estes mesmos parâmetros podem ser ajustados usando um conjunto muito pequeno de dados, e posteriormente serem utilizados na previsão de valores de D 12 longe do conjunto original de pontos. Uma nova instalação experimental para medir coeficientes de difusão binários por técnicas cromatográficas foi montada e testada. O equipamento, o procedimento experimental e os cálculos analíticos necessários à obtenção dos valores de D 12 pelo método de abertura do pico cromatográfico, foram avaliados através da medição de difusividades de tolueno e acetona em SC-CO2. Seguidamente, foram medidos coeficientes de difusão de eucaliptol em SC-CO2 nas gamas de 202 – 252 bar e 313.15 – 333.15 K. Os resultados experimentais foram analisados através de correlações e modelos preditivos para D12.

Economic, environmental and mixed objective functions in non-linear process optimization using simulated annealing and tabu search

Screening of topologies developed by hierarchical heuristic procedures can be carried out by comparing their optimal performance. In this work we will be exploiting mono-objective process optimization using two algorithms, simulated annealing and tabu search, and four different objective functions: two of the net present value type, one of them including environmental costs and two of the global potential impact type. The hydrodealkylation of toluene to produce benzene was used as case study, considering five topologies with different complexities mainly obtained by including or not liquid recycling and heat integration. The performance of the algorithms together with the objective functions was observed, analyzed and discussed from various perspectives: average deviation of results for each algorithm, capacity for producing high purity product, screening of topologies, objective functions robustness in screening of topologies, trade-offs between economic and environmental type objective functions and variability of optimum solutions.

Catálise de hydrocraking baseado em zeólitos

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Multiple Linear Regression and Artificial Neural Networks to Predict Time and Efficiency of Soil Vapor Extraction

The prediction of the time and the efficiency of the remediation of contaminated soils using soil vapor extraction remain a difficult challenge to the scientific community and consultants. This work reports the development of multiple linear regression and artificial neural network models to predict the remediation time and efficiency of soil vapor extractions performed in soils contaminated separately with benzene, toluene, ethylbenzene, xylene, trichloroethylene, and perchloroethylene. The results demonstrated that the artificial neural network approach presents better performances when compared with multiple linear regression models. The artificial neural network model allowed an accurate prediction of remediation time and efficiency based on only soil and pollutants characteristics, and consequently allowing a simple and quick previous evaluation of the process viability.

Development and application of NMR techniques to study water-in-CO2 microemulsions

Self-assembly is a phenomenon that occurs frequently throughout the universe. In this work, two self-assembling systems were studied: the formation of reverse micelles in isooctane and in supercritical CO2 (scCO2), and the formation of gels in organic solvents. The goal was the physicochemical study of these systems and the development of an NMR methodology to study them. In this work, AOT was used as a model molecule both to comprehensively study a widely researched system water/AOT/isooctane at different water concentrations and to assess its aggregation in supercritical carbon dioxide at different pressures. In order to do so an NMR methodology was devised, in which it was possible to accurately determine hydrodynamic radius of the micelle (in agreement with DLS measurements) using diffusion ordered spectroscopy (DOSY), the micellar stability and its dynamics. This was mostly assessed by 1H NMR relaxation studies, which allowed to determine correlation times and size of correlating water molecules, which are in agreement with the size of the shell that interacts with the micellar layer. The encapsulation of differently-sized carbohydrates was also studied and allowed to understand the dynamics and stability of the aggregates in such conditions. A W/CO2 microemulsion was prepared using AOT and water in scCO2, with ethanol as cosurfactant. The behaviour of the components of the system at different pressures was assessed and it is likely that above 130 bar reverse microemulsions were achieved. The homogeneity of the system was also determined by NMR. The formation of the gel network by two small molecular organogelators in toluene-d8 was studied by DOSY. A methodology using One-shot DOSY to perform the spectra was designed and applied with success. This yielded an understanding about the role of the solvent and gelator in the aggregation process, as an estimation of the time of gelation.

Applications of dihydroarenediols to chemoenzymatic synthesis : approaches to total synthesis of morphine alkaloids

The present studies describe, as a primary goal, our recent progess toward the synthesis of morphine alkaloids from aromatic precursors. Model substrates were synthesized which allowed investigation into Diels-Alder, radical cascade, and palladium-catalyzed bond-forming reactions as possible routes to the morphine alkaloid skeleton. As a secondary objective, three separate series of aromatic substrates were subjected to whole-cell oxidation with Escherichia coli JM 109 (pDTG601), a recombinant organism over-expressing the enzyme toluene dioxygenase. Included in this study were bromothioanisoles, dibromobenzenes, and cyclopropylbenzene derivatives. The products of oxidation were characterized by chemical conversion to known intermediates. The synthetic utility of one of these bacterial metabolites, derived from oxidation of o-dibromobenezene, was demonstrated by chemical conversion to (-)conduritol E.

The importance of hydrogen bonding in the alkylation of phenols

Hydrogen bond assisted alkylation of phenols is compared with the classical base assisted reactions. The influence of solvents on the fluoride assisted reactions is discussed,· with emphasis on the localization of hydrogen bond charge density. Polar aprotic solvents such as DMF favour a-alkylation, and nonpolar aprotic solvents such as toluene favourC-alkylation of phenol. For more reactive and soluble fluorides, such as tetrabu~ylammoniumfluoride, the polar aprotic solvent favours a-alkylation and nonpolar aprotic solvent favours fluorination. Freeze-dried potassium fluoride is a better catalytic agent in hydrogen bond assisted alkylation reactions of phenol than the oven-dried fluoride. The presence of water in the alkylation reactions reduces the expected yield drastically. The tolerance of the reaction to water has also been studied. The use ofa phase transfer catalyst such as tetrabutylammonium bromide in the alkylation reactions of phenol in the presence of potassium fluoride is very effective under anhydrous conditions. Sterically hindered phenols such as 2,6-ditertiarybutyl-4-methyl phenol could not be alkylated even by using the more reactive fluorides, such as tetrabutylammonium fluoride in either polar or nonpolar aprotic solvents. Attempts were also made to alkylate phenols in the presence of triphenylphosphine oxide.

The kinetics and mechanism of the thermal decomposition of sec-Butyl peroxide in liquid phase /|nby Sandor Szilagyi. -- 260 St. Catharines, Ont. : [s. n.],

Re~tes artd pJ~oducts of tllerma]. d,ecom.position of sec-butyl peroxide at 110 - 150°C i.n four solvents h,ave been determined. The d,ecompos i tion vJas sb.o\'\Tn to be tlnlmolecl.llar wi tho energies of activation in toluene, benzene, and cyclohexane of 36 .7-+ 1.0, 33.2 +- 1..0, 33.t~) +.. 1.0 I'(:cal/mol respectively. The activation energy of thermal decomposition for the d,et.1terated peroxide was found to be 37.2 4:- 1.0 KC8:1/1TIol in toluene. A.bo1J.t 70 - 80/~ ol~ tJJ.e' pl~od.1..1CtS could, be explained by kn01rJ11 reactions of free allcoxy raclicals J and very littJ...e, i.f allY, disPl"Opox~tiol'lation of tll10 sec-butoxy radica.ls in t116 solvent cage could be detected. The oth,er 20 - 30% of the peroxide yielded H2 and metb.:'ll etb..yl 1{etol1e. Tl1.e yield. o:f H2 "'lIas unafJ:'ected by the nature or the viscosity of the solvent, but H2 was not formed when s-t1U202 lrJaS phctolyzed. in tolttene at 35°C nor 'tl!Jrl.en the peroxide 1;'JaS tl1.ermally o..ecoJnposed. in the gas p11ase. ~pC-Dideutero-~-butYlperoxide was prepared and decomposed in toluene at 110 - 150°C. The yield of D2 was about ·•e1ne same 248 the yield. of I{2 from s-Bu202, bU.t th.e rate of decomposition (at 135°C) 1iJas only 1/1.55 as fast. Ivlecl1.anisms fOl') J:1ydrogen produ.ction are discussed, but none satisfactorily explains all the evidence.

The kinetics and mechanism of the thermal decomposition of bis diphenyl methyl and related peroxides in liquid phase /|nby C. Thankachan. -- 260 St. Catharines, Ont. : [s. n.],

Rates and products have been determined for the thermal decomposition of bis diphenyl methyl peroxide and diphenyl methyl tert* butyl peroxide at 110@~145@C* The decomposition was uniformly unimolecular with activation energies for the bis diphenyl methyl peroxide in tetrachloroethylene* toluene and nitrobenzene 26,6* 28*3f and 27 Kcals/mole respectively. Diphenyl methyl tert* butyl peroxide showed an activation energy of 38*6 Kcals/mole* About 80-90% of the products in the case of diphenyl methyl peroxide could be explained by the concerted process, this coupled with the negative entropies of activation obtained is a conclusive evidence for the reaction adopting a major concerted path* All the products in the case of diphenyl methyl peroxide could be explained by known reactions of alkoxy radicals* About 80-85% of tert butanol and benzophenone formed suggested far greater cage disproportionation than diffusing apart* Rates of bis triphenyl methyl peroxide have been determined in tetrachloroethylene at 100-120@C* The activation energy was found to be 31 Kcals/mole*

The versatility and utilization of phosphorus based compounds in classic carbon-carbon bond forming and esterification reactions

The phosphonium salt room temperature ionic liquid tetradecyltrihexylphosphonium chloride (THPC) has been employed as an efficient reusable media for the palladium catalyzed Suzuki cross-coupling reaction of aryl halides, including aryl chlorides, under mild conditions. The cross-coupling reactions were found to proceed in THPC containing small amounts ofwater and toluene (single phase) using potassium phosphate and 1% Pd2(dba)3'CHCI3. Variously substituted iodobenzenes, including electron rich derivatives, reacted efficiently in THPC with a variety of arylboronic acids and were all complete within 1 hour at 50°C. The corresponding aryl bromides also reacted under these conditions with the addition of a catalytic amount of triphenylphosphine that allowed for complete conversion and high isolated yields. The reactions involving aryl chlorides were considerably slower, although the addition of triphenylphosphine and heating at 70°C allowed high conversion of electron deficient derivatives. Addition of water and hexane to the reaction products results in a triphasic system, from which the catalyst was then recycled by removing the top (hexanes) and bottom (aqueous) layers and adding the reagents to the ionic liquid which was heated again at 50°C; resulting in complete turnover of iodobenzene. Repetition of this procedure gave the biphenyl product in 82-97% yield (repeated five times) for both the initial and recycled reaction sequences. IL ESTERIFICATIONREACTION A new class oftrialkylphosphorane has been prepared through reaction of a trialkylphosphine with 2-chlorodimethylmalonate in the presence oftriethylamine. These new reagents promote the condensation reaction of carboxylic acids with alcohols to provide esters along with trialkylphosphine oxide and dimethylmalonate. The condensation reaction of chiral secondary alcohols can be controlled to give either high levels of inversion or retention through a subtle interplay involving basicity of the reaction media, solvent, and tuning the electronic and steric nature of the carboxylic acid and stenc nature of the phosphorane employed. A coherent mechanism is postulated to explain these observations involving reaction via an initial acyloxyphosphonium ion.

Modifications to the Suzuki reaction and mechanistic insights on the NBS mediated cleavage of benzylidene acetals /

One of the most challenging tasks for a synthetic organic chemist today, is the development of chemo, regio, and stereoselective methodologies toward the total synthesis of macromolecules. r . The objective of my thesis was to develop methodologies towards this end. The first part of my project was to develop highly functionalized chirons from D-glucose, a cheap, chiral starting material, to be utilized in this capacity. The second part of the project dealt with modifying the carbon-carbon bond forming Suzuki reaction, which is utilized quite often as a means of combining molecular sub units in total synthesis applications. As previously stated the first area of the project was to develop high value chirons from D-glucose, but the mechanism of their formation was also investigated. The free radical initiated oxidative fragmentation of benzylidene acetals was investigated through the use of several test-case substrates in order to unravel the possible mechanistic pathways. This was performed by reacting the different acetals with N-bromosuccinimide and benzoyl peroxide in chlorobenzene at 70^C in all cases. Of the three mechanistic pathways discussed in the literature, it was determined, from the various reaction products obtained, that the fragmentation of the initial benzylic radical does not occur spontaneously but rather, oxidation proceeds to give the benzyl bromide, which then fragments via a polar pathway. It was also discovered that the regioselectivity of the fragmentation step could be altered through incorporation of an allylic system into the benzylidene acetal. This allows for the acquisition of a new set of densely functionalized. chiral, valuable synthetic intermediates in only a few steps and in high yields from a-Dglucose. The second part of the project was the utilization of the phosphonium salt room temperature ionic liquid tetradecyltrihexylphosphonium chloride (THPC) as an efficient reusable medium for the palladium catalyzed Suzuki cross-coupling reaction of aryl halides, including aryl chlorides, under mild conditions. The cross-coupling reactions were found to proceed in THPC containing small amounts of water and toluene using potassium phosphate and 1% Pd2(dba)3. Variously substituted iodobenzenes, including electron rich derivatives, reacted efficiently in THPC with a variety of arylboronic acids and afforded complete conversion within 1 hour at 50 ^C. The corresponding aryl bromides also reacted under these conditions with the addition of a catalytic amount of triphenylphosphine that allowed for complete conversion and high isolated yields. The reactions involving aryl chlorides were considerably slower, although the addition of triphenylphosphine and heating at 70 ^C allowed high conversion of electron deficient derivatives. Addition of water and hexane to the reaction products results in a triphasic system in which the top hexane phase contained the biaryl products, the palladium catalyst remained fully dissolved in the central THPC layer, while the inorganic salts were extracted into the lower aqueous phase. The catalyst was then recycled by removing the top and bottom layers and adding the reagents to the ionic liquid which was heated again at 50 ^C; resulting in complete turnover of iodobenzene. Repetition of this procedure gave the biphenyl product in 82-97% yield (repeated five times) for both the initial and recycled reaction sequences.

Biotransformation of aromatic hydrocarbons and organic sulphides by fungi

Toluene is converted to benzyl alcohol by the fungi Mortierella isabellina and Helminthosporium species; in the latter case, the product is further metabolized. Toluene-a -d 1 , toluene-a,a-d2, and toluene-a,a,a-d 3 have been used with Mortierellaisabellina in a series of experiments to determine both primary and secondary deuterium kinetic isotope effects for the enzymic benzylic hydroxylation reaction. The values obtained, intermolecular primary kH/kD = intramolecular p rim a r y kH r kD = 1. 0 2 + O. 0 5, and sec 0 n dar y k H I kD = 1. 37 .:!. 0.05, suggest a mechanism for the reaction involving benzylic proton removal from a radical intermediate in a non-symmetrical transition state. 2H NMR (30.7 MHz) studies using ethylbenzene-l,1-d 2 , 3 -fluoroethylbenzene-l,1-d 2 , 4 -fluoroethylbenzene-l,1-d 2 , and toluene-dB as substrates with Mortierella isabellina suggest, based on the observable differences in rates of conversion between the substrates, that the hydroxylation of hydrocarbons at the benzylic position proceeds via a one electron abstraction from the aromatic ring, giving a radical cation. A series of 1,3-oxathiolanes (eight) were incubated with Mortierella isabellina , Helminthosporium , Rhizopus arrhizus , and Aspergillus niger . Sulphoxides were obtained from Mortierella isabellina and Rhizopus arrhizus using the substrates 2-phenyl-, 2-methyl-2-phenyl-, and 2-phenyl-2-tert. butyl-l,3-oxathiolane. The relative stereochemistry of 2-methyl-2-phenyl-l,3-oxathiolan-l-oxide was assigned based on lH decoupling, n.O.e, 1 and H NMR experiments. The lH NMR (200 MHz) of the methylene protons of 2-methyl-2-phenyl-l,3-oxathiolan-l-oxide was used as a diagnostic standard in assigning the relative stereochemistry of 2-phenyl-l,3-oxathiolan-l-oxide and 2-phenyl-2-tert. butyl-l,3-oxathiolan-l-oxide. The sulphoxides obtained were consistent with an oxidation occurring from the opposite side of the molecule to the phenyl substituent.