A versatile ternary ionic complex for chiral discrimination of molecules with diverse functionalities using H-1 NMR

This study reports a simple, efficient and versatile protocol developed for NMR spectroscopic enantiodiscrimination of molecules containing diverse functional -groups, such as amino alcohols, secondary alcohols, cyanohydrins, oxazolidones, diols, thiones and epoxides, using a phosphorous based three component mixture. The simple mixing and shaking of enantiopure 1,1'-binaphthyt-2,2'-diyl hydrogenphosphate (BNPA), 4-(dimethylamino)pyridine (DMAP) and a chiral analyte in the solvent CDCl3 served as a chiral solvating agent and resulted in well dispersed peaks for each enantiomer in the H-1 NMR spectrum. Discrimination could be achieved not only for the proton at the chiral centre, but also for multiple proton sites. The devised approach also permitted the precise measurement of the enantiomeric excess (ee).

Anti Human Immunodeficiency Virus-1 (HIV-1) Agents 1. Discovery of Benzyl Phenyl Ethers as New HIV-1 Inhibitors in Vitro

Ten single benzyl phenyl ethers were synthesized and evaluated as human immunodeficiency virus-1 (HIV-1) inhibitors in vitro for the first time. Among these compounds, especially 4-nitrobenzyl phenyl ether (3h) exhibited the highest anti-HIV-1 activity wi

Development of a precolumn derivatization method for the determination of free amines in wastewater by high-performance liquid chromatography via fluorescent detection with 9-(2-hydroxyethyl)acridone

A simple, sensitive, and mild method for the determination of amino compounds based on a condensation reaction with fluorescence detection has been developed. 9-(2-Hydroxyethyl)acridone reacts with coupling agent N,N-carbonyldiimidazole at ambient temperature to form activated amide intermediate 9-(2-acridone)oxyethylcarbonylimidazole (AOCD). The amide intermediate (AOCD) preferably reacts with amino compounds under mild reactions in the presence of 4-(dimethylamino)pyridine (base catalyst) in acetonitrile to give the corresponding sensitively fluorescent derivatives with an excitation maximum lambda(ex) 404 mn and an emission maximum at lambda(em) 440 nm. The labeled derivatives exhibit high stability under reversed-phase conditions. The fluorescence intensities of derivatives in various solvents or at different temperatures were investigated. The method, in conjunction with a gradient elution, offers a baseline resolution of the common amine derivatives on a reversed-phase C-18 column. The LC separation for the derivatized amines shows good reproducibility with acetonitrile-water including 2.5% DMF as mobile phase. The relative standard deviations (n = 6) for each amine derivative are <4.5%. The detection limits (at a signal-to-noise ratio of 3) per injection were 0.16-12.8 ng/mL. Further research for the field of application, based on the AOCD amide intermediate as derivatization reagent, for the determination of free amines in real water samples is achieved.

Alternating Copolymerization of Carbon Dioxide and Propylene Oxide Catalyzed by Cobalt Schiff Base Complex

Cobalt 2,4-dinitrophenolate (complex 1) based upon a N,N,O,O-tetradentate Schiff base ligand framework was prepared. X-ray diffraction analysis confirmed that complex 1 was triclinic species with a six-coordinated central cobalt octahedron in the solid. Asymmetric alternating copolymerization of carbon dioxide (CO2) with racemic propylene oxide (rac-PO) proceeded effectively by complex 1 in conjunction with (4-dimethylamino)pyridine (DMAP), yielding a perfectly alternating and bimodal molecular weight distribution PO/CO2 poly(propylene carbonate) (PPC) with a small amount of cyclic carbonate byproducts.

Carbon dioxide/propylene oxide coupling reaction catalyzed by chromium salen complexes

A series of chromium/Schiff base complexes N,N'-bis(salicylidene)-1,2-phenylenediamino chromium(III) X were prepared and employed for the alternating copolymerization of carbon dioxide with racemic propylene oxide in the presence of (4-dimethylamino)pyridine. The effect of the complex structure and reaction conditions on the catalytic activity, the poly(propylene carbonate)/cyclic carbonate (PPC/PC) selectivity, and the polymer head-to-tail linkages was examined. The experiments indicated that N,N'-bis(3,5-di-tert-butylsalicylidene)-1,2-phenylenediamino chromium(III) (NO3) exhibited the highest PPC/PC selectivity as well as polymer head-to-tail linkages and N,N'-bis(3,5-dichlorosalicylidene)-1,2-phenylenediimino chromiu(III) (NO3) possessed the highest catalytic activity among these chromium/Schiff base complexes. The structure of the produced copolymer was characterized by the IR, H-1 NMR, and C-13 NMR measurements.

Synthesis, structure and optical properties of different dimensional organic-inorganic perovskites

By varying the substituent position of aminomethyl on pyridine ring in acid solution, different dimensional lead bromide frameworks ranging from zero-dimension and one-dimension to two-dimension were obtained. 2-(Aminomethyl)pyridine (2-AMP) or 3-(aminomethyl)pyridine (3-AMP) and PbBr2 construct hybrid perovskites, of which (H(2)2-AMP)PbBr4 (1) exhibits two-dimensional perovskite sheets with special hydrogen bonds and (H(2)3-AMP)PbBr6 (2) shows an uncommon zero-dimensional inorganic framework with isolated octahedra. The characteristic exciton peaks in absorption spectra are located at 431 nm for compound 1 and at 428 nm for compound 2. (H(2)4-AMP)PbBr4 (3) with one-dimensional zigzag edge-sharing octahedral PbBr(4)(2-)chains can be obtained using 4-(aminomethyl)pyridine (4-AMP) as organic component under the same experimental conditions as those for 2-AMP and 3-AMP.

Fabrication of conductive metallized nanostructures from self-assembled amphiphilic triblock copolymer templates: Nanospheres, nanowires, nanorings

Various metallized nanostructures (such as rings, wires with controllable lengths, spheres) have been successfully fabricated by coating metallic nanolayers onto soft nanotemplates through simple electroless methods. In particular, bimetallic nanostructures have been obtained by using simple methods. The multiple functional polymeric nanostructures, were obtained through the self-assembly of polystyrene/poly(4-vinyl pyridine) triblock copolymer (P4VP-b-PS-b-P4VP) in selective media by changing the common solvent properties. By combining field emission scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) characterization, it was confirmed that polymer/metal and bimetallic (Au@Ag) core-shell nanostructures could be achieved by chemical metal deposition method.

Templated synthesis of composite rings using core-shell toroids

In difference to compact objects of a similar size, toroidal structures have some distinguishing properties that originate from their open inner cavity and closed circuit. Here, a general facile methodology is developed to prepare composite rings with varied compositions on a large scale by using core-shell toroids assembled from tri-block copolymers of poly(4-vinyl pyridine) (PVP)/polystyrene (PS)/PVP. Taking advantage of the complexation ability of the PVP shell, varied components that range from polymers, inorganic materials, metals and their compounds, as well as pre-formed nanoparticles are introduced to the toroidal structures to form composite nanostructures. Metal ions can be adsorbed by PVP through complexation. After in situ reduction, a large number of metal-based functional materials can be prepared. PVP is alkaline, and thus capable of catalyzing the sol-gel process to generate an inorganic shell. Furthermore, pre-formed nanoparticles can also be absorbed by the shell through specific interactions. The PS core is not infiltrative during synthesis, and hollow rings can be derived after the polymer templates are removed.

Studies on blends of LLDPE and polar polymers compatibilized by a random copolymer

Compatibilization of blends of Linear low-density polyethylene (LLDPE)-poly(methyl methacrylate) (PMMA) and LLDPE-copolymer of methyl methacrylate (MMA) and 4-vinylpyridine (poly(MMA-co-4VP) with poly(ethylene-co-methacrylic acid) (EMAA) have been studied. Mechanical properties of the LLDPE-PMMA blends increase upon addition of EMAA. In order to further improve interfacial adhesion of LLDPE and PMMA, 4-vinyl pyridine units are introduced into PMMA chains, or poly(MMA-co-4VP) is used as the polar polymer. In LLDPE-poly(MMA-co-4VP)-EMAA blends, interaction of MAA in EMAA with 4VP of poly(MMA-co-4VP) causes a band shift in the infrared (IR) spectra. Chemical shifts of N-1s binding energy in X-ray photoelectronic spectroscopy (XPS) experiments indicate a transfer of proton from MAA to 4VP. Scanning electron microscopy (SEM) pictures show that the morphology of the blends were improved upon addition of EMAA. Nonradiative energy transfer (NRET) fluorescence results attest that there exists interdiffusion of chromophore-labeled LLDPE chains and chromophore-labeled poly(MMA-co-4VP) chains in the interface. Based on experimental results, the mechanism of compatibilization is studied in detail. Compatibilization is realized through the interaction between MAA in EMAA with 4VP in poly(MMA-co-4VP). (C) 1999 John Wiley & Sons, Inc.

Chemistry of B1- and B10- boranes containing halogen or pseudohalogen groups

The research described in this thesis involved the chemistry of borane-species which contain one or more halide or pseudohalide groups. Both monoboron species e.g. [BH3X]- and "cluster" borane species e.g. [B10H9X]2- and I-Se B11H10 were studied. The first chapter is a review of the syntheses, properties and reactions of halide and pseudohalide species containing from one to ten boron atoms. Chapter Two is a theoretical investigation of' the electronic and molecular structures of two series of boranes i. e. [BH3X]- and [B10H9X]2- where X = H, CI, CN, NCS, SCN and N3. The calculational method used was the Modified Neglect of Differential Overlap (MNDO) method of Dewar et al. The results were compared where possible with experimental results such as the X-ray crystallographically determined structures of [BH3CI]- and [B10H10]2-. Chapter Three concerns halogenated selenaborane clusters and reports an improved synthesis of 12-Br-SeB11H10 and the first structural data for a simple non-metal containing selenaborane cage with the X-ray crystallographically determined structure of 12-1-SeB11H10. Finally, an indepth n.m.r. study of Se2B9H9 is also reported together with attempts to halogenate this compound. The last two chapters are based on single boron systems. Chapter Four concerns the synthetic routes to amine-boranes and -cyanoboranes from [BH4]- and [BH3CN]- substrates. This chapter discusses some difficulties encountered when polyamines were used in these reactions. The characterisation of an unusual ketone isolated from some of these reactions, the X-ray crystallographically determined structure of 4-dimethylamino-pyridine-cyanoborane and a new route to pyrazabole dimeric species are also discussed. The final chapter reports on work carried out at producing BH2X (X = H, CN) adducts of aminophosphines. Three routes were attempted to generate P-B and N-B bonded species with varying degrees of success. Some unusual products of these reactions are discussed including [Ph2(O) PPPh2 ] [Ph2NH]2, the structure of which was determined by X-ray crystallography.

Self-assembly of PS-PVP block copolymers and their complexes at the air/water interface

Une compréhension approfondie et un meilleur contrôle de l'auto-assemblage des copolymères diblocs (séquencés) et de leurs complexes à l'interface air/eau permettent la formation contrôlée de nanostructures dont les propriétés sont connues comme alternative à la nanolithographie. Dans cette thèse, des monocouches obtenues par les techniques de Langmuir et de Langmuir-Blodgett (LB) avec le copolymère dibloc polystyrène-poly(4-vinyl pyridine) (PS-PVP), seul ou complexé avec de petites molécules par liaison hydrogène [en particulier, le 3-n-pentadécylphénol (PDP)], ont été étudiées. Une partie importante de notre recherche a été consacrée à l'étude d'une monocouche assemblée atypique baptisée réseau de nanostries. Des monocouches LB composées de nanostries ont déjà été rapportées dans la littérature mais elles coexistent souvent avec d'autres morphologies, ce qui les rend inutilisables pour des applications potentielles. Nous avons déterminé les paramètres moléculaires et les conditions expérimentales qui contrôlent cette morphologie, la rendant très reproductible. Nous avons aussi proposé un mécanisme original pour la formation de cette morphologie. De plus, nous avons montré que l'utilisation de solvants à haut point d’ébullition, non couramment utilisés pour la préparation des films Langmuir, peut améliorer l'ordre des nanostries. En étudiant une large gamme de PS-PVP avec des rapports PS/PVP et des masses molaires différents, avec ou sans la présence de PDP, nous avons établi la dépendance des types principaux de morphologie (planaire, stries, nodules) en fonction de la composition et de la concentration des solutions. Ces observations ont mené à une discussion sur les mécanismes de formation des morphologies, incluant la cinétique, l’assemblage moléculaire et l’effet du démouillage. Nous avons aussi démontré pour la première fois que le plateau dans l'isotherme des PS-PVP/PDP avec morphologie de type nodules est relié à une transition ordre-ordre des nodules (héxagonal-tétragonal) qui se produit simultanément avec la réorientation du PDP, les deux aspects étant clairement observés par AFM. Ces études ouvrent aussi la voie à l'utilisation de films PS-PVP/PDP ultraminces comme masque. La capacité de produire des films nanostructurés bien contrôlés sur différents substrats a été démontrée et la stabilité des films a été vérifiée. Le retrait de la petite molécule des nanostructures a fait apparaître une structure interne à explorer lors d’études futures.

Films minces supramoléculaires de copolymères de PS-P4VP réalisés par trempage

Bien que ce soit un procédé industriel répandu, les films de copolymères à blocs préparés par trempage (« dip-coating ») sont moins étudiés que ceux obtenus par tournette (« spin-coating »). Pourtant, il est possible grâce à cette technique de contrôler précisément les caractéristiques de ces films. Au-delà de la méthode de fabrication, la capacité de modifier la morphologie des films trempés à l’aide d’autres facteurs externes est un enjeu primordial pour leur utilisation dans les nanotechnologies. Nous avons choisi, ici, d’étudier l’influence d’une petite molécule sur la morphologie de films supramoléculaires réalisés par « dip-coating » à partir de solutions de poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) dans le tétrahydrofurane (THF). En présence de 1-naphtol (NOH) et d’1-acide napthoïque (NCOOH), qui se complexent par pont hydrogène au bloc P4VP, ces films donnent, respectivement, une morphologie en nodules (sphères) et en stries (cylindres horizontaux). Des études par spectroscopie infrarouge ont permis de mesurer la quantité de petite molécule dans ces films minces, qui varie avec la vitesse de retrait mais qui s’avère être identique pour les deux petites molécules, à une vitesse de retrait donnée. Cependant, des études thermiques ont montré qu’une faible fraction de petite molécule est dispersée dans le PS (davantage de NOH que de NCOOH à cause de la plus faible liaison hydrogène du premier). La vitesse de retrait est un paramètre clé permettant de contrôler à la fois l’épaisseur et la composition du film supramoléculaire. L’évolution de l’épaisseur peut être modélisée par deux régimes récemment découverts. Aux faibles vitesses, l’épaisseur décroît (régime de capillarité), atteint un minimum, puis augmente aux vitesses plus élevées (régime de drainage). La quantité de petite molécule augmente aux faibles vitesses pour atteindre un plateau correspondant à la composition de la solution aux vitesses les plus élevées. Des changements de morphologie, à la fois liés à l’épaisseur et à la quantité de petite molécule, sont alors observés lorsque la vitesse de retrait est modifiée. Le choix du solvant est aussi primordial dans le procédé de « dip-coating » et a été étudié en utilisant le chloroforme, qui est un bon solvant pour les deux blocs. Il s’avère qu’à la fois la composition ainsi que la morphologie des films de PS-P4VP complexés sont différentes par rapport aux expériences réalisées dans le THF. Premièrement, la quantité de petite molécule reste constante avec la vitesse de retrait mais les films sont plus riches en NCOOH qu’en NOH. Deuxièmement, la morphologie des films contenant du NOH présente des stries ainsi que des lamelles à plat, tandis que seules ces dernières sont observables pour le NCOOH. Ce comportement est essentiellement dû à la quantité différente de petite molécule modulée par leur force de complexation différente avec le P4VP dans le chloroforme. Enfin, ces films ont été utilisés pour l’adsorption contrôlée de nanoparticules d’or afin de guider leur organisation sur des surfaces recouvertes de PS-P4VP. Avant de servir comme gabarits, un recuit en vapeurs de solvant permet soit d’améliorer l’ordre à longue distance des nodules de P4VP, soit de modifier la morphologie des films selon le solvant utilisé (THF ou chloroforme). Ils peuvent être ensuite exposés à une solution de nanoparticules d’or de 15 nm de diamètre qui permet leur adsorption sélective sur les nodules (ou stries) de P4VP.

Study of Langmuir-Blodgett Films of Self-Assembled Diblock Copolymers

L'auto-assemblage des copolymères à bloc (CPBs) attire beaucoup d'intérêt grâce à leur capacité de générer spontanément des matériaux ordonnés avec des propriétés uniques. Les techniques Langmuir-Blodgett (LB) et Langmuir-Schaefer (LS) sont couramment utilisées pour produire des monocouches ou des films ultraminces à l'interface air/eau suivi de transfert aux substrats solides. Les films LB/LS de CPBs amphiphiles s'auto-assemblent dans des morphologies variables dépendamment de la composition du CPB ainsi que d'autres facteurs. Dans notre travail, nous avons étudié les films LB/LS de polystyrène-b-poly(4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) et leurs complexes supramoléculaires avec le naphtol (NOH), l'acide naphtoïque (NCOOH) et le 3-n-pentadécylphenol (PDP). La première partie de ce mémoire est consacré à l'investigation du PS-P4VP complexé avec le NOH et le NCOOH, en comparaison avec le PS-P4VP seul. Il a été démontré qu'un plateau dans l'isotherme de Langmuir, indicatif d'une transition de premier ordre, est absent à des concentrations élevées des solutions d'étalement des complexes. Cela a été corrélé avec l'absence de morphologie en nodules avec un ordre 2D hexagonal à basse pression de surface. L'ordre au-delà de la pression de cette transition, lorsque présente, change à un ordre 2D carré pour tout les systèmes. La deuxième partie du la mémoire considère à nouveau le système PS-P4VP/ PDP, pour lequel on a démontré antérieurement que la transition dans l'isotherme correspond a une transition 2D d'un ordre hexagonal à un ordre carré. Cela est confirmé par microscopie à force atomique, et, ensuite, on a procédé à une étude par ATR-IR des films LB pour mieux comprendre les changements au niveau moléculaire qui accompagnent cette transition. Il a été constaté que, contrairement à une étude antérieure dans la littérature sur un autre système, il n'y a aucun changement dans l'orientation des chaînes alkyles. Au lieu de cela, on a découvert que, aux pressions au-delà de celle de la transition, le groupe pyridine, qui est orienté à basse pression, devient isotrope et qu'il y a une augmentation des liaisons hydrogènes phénol-pyridine. Ces observations sont rationalisées par un collapse partiel à la pression de transition de la monocouche P4VP, qui à basse pression est ordonné au niveau moléculaire. Cette étude a mené à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires qui se produisent à l'interface air/eau, ce qui fournit une meilleure base pour la poursuite des applications possibles des films LB/LS dans les domaines de nanotechnologie.

Films minces de copolymères à blocs supramoléculaires et photosensibles

La technique de trempage («dip-coating») est un procédé rapide et efficace pour former des films minces de copolymères à blocs (CPB) d’épaisseur et de nano-morphologies variées. Très peu d’études ont toutefois porté sur le trempage des CPB supramoléculaires et/ou photosensibles. Le trempage du CPB poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) a premièrement été étudié avec des petites molécules (PM) d’acide 1-naphtoïque (NCOOH) et de 1-naphtol (NOH) capables de former des ponts hydrogène (ponts H) avec le bloc P4VP dans 4 solvants (tétrahydrofurane (THF), p-dioxane, toluène et chloroforme). Le ratio d’incorporation (RI) molaire PM/VP dans les films trempés augmente avec la vitesse de retrait mais sa variation dépend fortement du solvant et de la PM utilisés. Le RI et la morphologie des films minces dépendent de la possibilité (ou non) du solvant à former des ponts H avec la PM et de sa sélectivité au bloc de PS menant (ou non) à des micelles de P4VP/PM en solution dont la rigidité influence l’état cinétique du système en film mince. La dépendance en une courbe en V de l’épaisseur des films en fonction la vitesse de retrait définit deux régimes, nommés régimes capillaire et de drainage. Ces régimes influencent différemment le RI et la morphologie finale. Nous nous sommes ensuite intéressés aux complexes de PS-P4VP avec des azobenzènes (AB) photosensibles, le 4-hydroxy-4’-butyl-azobenzène (BHAB) et le 4-hydroxy-4’-cyano-azobenzène (CHAB). Ces AB peuvent non seulement former des ponts H avec le bloc P4VP mais aussi s'isomériser entre les formes trans et cis sous illumination. Les expériences avec PS-P4VP/BHAB dans le THF et le toluène ont révélé que l'irradiation pendant le trempage permet de provoquer une transition entre les morphologies sphérique et cylindrique à basses vitesses de retrait. Ces transitions sont expliquées par l’augmentation du ratio molaire BHAB/VP pris dans les films sous illumination et par le plus grand volume des isomères BHAB-cis par rapport aux BHAB-trans. L'irradiation permet également de moduler l'épaisseur des films sans égard à la présence des AB. Finalement, des solutions de PS-P4VP/CHAB et PS-P4VP/BHAB dans le THF avec un CPB de masse molaire plus élevée ont été étudiées afin de comprendre l’effet d'un temps de demi-vie plus court de l’AB et de la présence de micelles en solution. Le photocontrôle morphologique perd de son efficacité avec le CHAB car l’augmentation du RI de CHAB dans les films illuminés par rapport aux films non irradiés est moins prononcée que pour les complexes de BHAB. Le choix du PS-P4VP est également important puisque la présence de micelles dans les solutions de THF du PS-P4VP(36,5k-16k), même si elle n’influence pas les RI BHAB/VP, fige davantage la morphologie sphérique en solution par rapport à une solution non-micellaire de PS-P4VP(24k-9,5k), limitant les possibilités de transition morphologique.

Développement de nouveaux polymères amphiphiles comme floculants versatiles pour le traitement de l’eau issue de l’industrie pétrolière

Les polymères hydrosolubles sont utilisés dans diverses industries pour permettre la floculation, soit une séparation solide-liquide de particules présentes en suspension colloïdale. Afin de réduire les impacts environnementaux de l’exploitation des sables bitumineux en Alberta, l’industrie est à la recherche de nouveaux moyens et procédés pour traiter les résidus miniers permettant de séparer les matières solides et de récupérer l’eau. L’objectif des travaux présentés est d’améliorer la floculation, la densification et la déshydratation de ces résidus miniers aqueux par de nouveaux polymères synthétiques. Des homopolymères d’acrylamide de différentes masses molaires ont été synthétisés pour étudier l’influence de la masse molaire sur l’efficacité de floculation. Le taux initial de sédimentation (TIS) est le paramètre qui fut utilisé afin de comparer l’efficacité de floculation des différents polymères. Il a été possible de confirmer l’importance de la masse molaire sur l’efficacité de floculation et de déterminer une masse molaire minimale d’environ 6 MDa pour des polyacrylamides, afin d’obtenir l’efficacité de floculation maximale de suspensions colloïdales principalement composées de kaolin. Afin d’étudier l’effet des charges sur l’efficacité de floculation, des polymères anioniques et cationiques ont été synthétisés. Une série de copolymères d’acrylamide et d’acide acrylique ont été synthétisés comme polymères anioniques et deux séries de copolymères ont été synthétisés comme polymères cationiques, soit des copolymères d’acrylamide et de chlorure de diallyldiméthylammonium et des copolymères de 4-vinyl pyridine et de 1-méthyl-4-vinyl pyridinium. Il a été démontré que les charges anioniques des polymères avaient peu d’influence sur l’efficacité de floculation et que leur comportement en présence de sels était différent de ce que prévoyait la littérature. Il a aussi été démontré que les charges cationiques des polymères n’améliorent pas l’efficacité de floculation. Par la suite, des séries de copolymères amphiphiles, avec des monomères d’acrylamide, de N-alkylacrylamides et d’acrylonitrile, ont été synthétisés, pour étudier l’effet du caractère amphiphile sur la déshydratation des résidus miniers. Le pourcentage de déshydratation nette est le paramètre qui fut utilisé afin de comparer l’efficacité de déshydratation des différents polymères. Il a été possible de développer des copolymères amphiphiles qui améliorent l’efficacité de déshydratation par rapport à des homopolymères d’acrylamide. Il ne fut pas possible de déterminer une tendance entre la balance hydrophile/hydrophobe des copolymères amphiphiles et l’efficacité de déshydratation.