Decarboxylative Generation of Carbenes for the Synthesis of N-Heterocyclic Carbene Copper(I) Complexes - Applications in the Oxidative Coupling of 2-Naphthols

Le présent mémoire décrit la synthèse et l’utilité de complexes Cu-NHC. En premier lieu, la synthèse de complexes de cuivre porteurs de ligand(s) de type carbène-N-hétérocyclique (NHC) via une génération décarboxylative de carbènes sera présentée. En effet, de précédents rapports font état de l’utilisation de carboxylates d’imidazol(in)ium en tant que précurseurs carbéniques sous conditions thermolytiques. Ainsi, la présente étude montre l’utilisation de ces espèces zwitterioniques pour la synthèse de complexes de cuivre(I) mono- et bis-NHC comportant divers substituants et contre-ions. Une seconde partie du projet se concentrera sur l’évaluation de complexes Cu-NHC en tant que catalyseurs pour la synthèse de 2,2’-binaphtols via une réaction de couplage oxydatif de naphtols. L’objectif de ce projet de recherche est d’étudier les effets de variations structurales de différents complexes Cu-NHC afin de construire un processus catalytique plus efficace. Les effets de la structure du catalyseur sur la réaction de couplage ont été évalués en variant son contre-ion, le nombre de ligands NHC se coordonnant au cuivre, ainsi que la nature des substituants du ligand.

Performance of a mixed-conducting ceramic membrane reactor with high oxygen permeability for methane conversion

A mixed-conducting perovskite-type Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-delta (BSCFO) ceramic membrane reactor with high oxygen permeability was applied for the activation of methane. The membrane reactor has intrinsic catalytic activities for methane conversion to ethane and ethylene. C-2 selectivity up to 40-70% was achieved, albeit that conversion rate were low, typically 0.5-3.5% at 800-900 degreesC with a 50% helium diluted methane inlet stream at a flow rate of 34 ml/min. Large amount of unreacted molecular oxygen was detected in the eluted gas and the oxygen permeation flux improved only slightly compared with that under non-reactive air/He experiments. The partial oxidation of methane to syngas in a BSCFO membrane reactor was also performed by packing LiLaNiO/gamma -Al2O3 with 10% Ni loading as the catalyst. At the initial stage, oxygen permeation flux, methane conversion and CO selectivity were closely related with the state of the catalyst. Less than 21 h was needed for the oxygen permeation flux to reach its steady state. 98.5% CH4 conversion, 93.0% CO selectivity and 10.45 ml/cm(2) min oxygen permeation flux were achieved under steady state at 850 degreesC. Methane conversion and oxygen permeation flux increased with increasing temperature, No fracture of the membrane reactor was observed during syngas production. However, H-2-TPR investigation demonstrated that the BSCFO was unstable under reducing atmosphere, yet the material was found to have excellent phase reversibility. A membrane reactor made from BSCFO was successfully operated for the POM reaction at 875 degreesC for more than 500h without failure, with a stable oxygen permeation flux of about 11.5 ml/cm(2) min. (C) 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

甲烷氧化偶联Ti-La-Li系多元氧化物催化剂的研究

本论文较详细地总结了目前文献中有关甲烷氧化偶联催化剂、活性中心及活性氧种、反应机理及动力学和甲烷氧偶联反应（OCM）的影响因素等方面的重要结果；叙述了催化剂的制备和表征方法；系统地研究了Ti-La-Li系多元氧化物催化剂关于OCM反应有关主要活性相及作用机制、催化剂的表面碱性和活性氧种的作用，探讨了Li的含稀土、过渡金属多元氧化物催化剂中的作用，考察了制备方法、焙烧温度和反应条件对OCM反应的影响，同时对催化剂的高温失活机理进行了探讨。

Development and application of oxygen permeable membrane in selective oxidation of light alkanes

In this paper, oxygen permeable membrane used in membrane reactor for selective oxidation of alkanes will be discussed in detail. The recent developments for the membrane materials will be presented, and the strategy for the selection of the membrane materials will be outlined. The main applications of oxygen permeable membrane in selective oxidation of light alkanes will be summarized, which includes partial oxidation of methane (POM) to syngas and partial oxidation of heptane (POH) to produce H-2, oxidative coupling of methane (OCM) to C-2, oxidative dehydrogenation of ethane (ODE) to ethylene and oxidative dehydrogenation of propane (ODP) to propylene. Achievements for the membrane material developments and selective oxidation of light alkanes in membrane reactor in our group are highlighted.

Reactions of various aromatic nitro-compounds and anthraquinones with selected bases and nucleophiles

The Introducti on deals mainly with hi storical studies on aryne chemi stry and ring closure via arynes , hydride replacement from aromatic rings by nucleophi les, c l eavage of anthr aquinones in basic medium and the Leuckart reaction . This work can be divided into two main s ect i ons. Section I is concerned with the investigation of t he reaction of some aromatic ni t ro-compounds with potassamide in l iquid ammonia. 3-Amino-4- nitrobenzophenone was obtained from the reacti on of 4-nitrobenzophenone with t his reagent, toge t her with benzoic acid formed in a competing Haller-Bauer reaction. Nitrobenzene under these conditions gave a complex mixture from which 2-phenylphenol was isolated; a reaction i nvolving benzyne may be i nvo l ved. 4-Nitrodiphenyl sulfone gave 4-aminodiphenyl sulfone and 4-nitroani l ine. 4-Ethoxydiphenyl sulfone and 4-ethoxynitrobenzene were isolated when ethanol was used as a co-solvent in the reaction. Oxidative coupling reactions were observed with nitrotoluenes. 4-Nitrotoluene gave 4,4t-dinitrobibenzyl which i n a pro longed reaction gave 4,4t-dinitros t ilbene . 2-Nitrotoluene gave 2 , 2 t-dinitrobibenzyl, but not the corresponding stilbene derivative even after a longer time . A rather i nteresting result was obtained with 1-nitro-2,4,6- trimethylbenzene which gave a stilbene derivative only. Also the corresponding stilbene was obtained from bis-(4-nitrophenyl)-methane in a rather slow r eaction with this reagent . Section II deals wi th (i) the preparation of 5-chloro- 1-N-methyl aminoanthraquinone and a new synthesis of N-methyl acridones and (ii) treatment of chloro-anthraquinones with fo rmamide and a new synthesis of chloro-anthracenes . 5-Chloro-1 -N-methylaminoanthraqui none was synthesised f rom 1,5-dichloroanthraquinone by treatment with N-methylformamide. Treatment of 5-chloro-1-N-methylaminoanthraquinone with potassamide in liquid ammonia or with potassium t-butoxide i n t-butylbenzene gave N-methylacridone-1-carboxylic acid. This pleasing result, t he outcome of r i ng opening and alter native ring closure, is being extended to related ring systems.

Síntese, Caracterização Estrutural e Análise do Potencial Catalítico, para a Preparação de Biodiesel, de Niobatos Não Estequiométricos com Estrutura Tungstênio Bronze

Pós-graduação em Química - IBILCE

Studies on Oxidative Couplings in H-Phosphonate Chemistry

In this thesis oxidative coupling of H-phosphonate and H phosphonothioate diesters with different alcohols and amines are presented. Since the reactions with alcohols previously have been particularly unfavourable due to competing side reactions, a modified protocol leading to high coupling yields of structurally diverse hydroxylic components was developed. The phosphorylation reaction was studied using 31P NMR spectroscopy and for the first time the previously only postulated reactive intermediate involved in these reactions was observed. The use of iodine in combination with a bulky chlorosilane in pyridine was found to have a profound effect on both the suppression of side reactions and the rate of the oxidative couplings, and led to a clean formation of phosphorylated products in high yields. This synthetic protocol was then extended to include coupling reactions with bis-functional reagents containing hexamethylene linkers to provide handles for derivatisations of oligonucleotides. A synthetic protocol consisting of the stereospecific oxidative coupling of amines with H-phosphonate diesters to produce phosphoroamidates was designed in such a way that it permitted control of the stereochemical outcome of the reactions. Based on a silylation-mediated reaction utilising phenyl H phosphonothioate monoester as a thiophosphonyl transferring agent, a method was developed and used for the preparation of H-phosphonothioate building blocks for the synthesis of DNA analogues.

Double trouble — the art of synthesis of chiral dimeric natural products

Double or nothing! Recently the total ynthesis of secalonic acids A and D was reported. This work and other natural product syntheses with a dimerization step as a common feature are featured in this highlight. The significant biological activity of the secalonic acids and the fact that their synthesis has fascinated synthetic chemists for the past forty years make this work a milestone in natural product synthesis.

Fenyylipropanoidien, erityisesti ferulahappojen hapettavat kytkeytymisreaktiot kasvin soluseinän biosynteesissä

Tässä kirjallisuuskatsauksessa perehdyttiin ensisijaisesti puuvartisten- ja ruohokasvien soluseinien fenyylipropanoidien ja ferulahappojen biosynteesiin ja kytkeytymisreaktioihin. Fenyylipropanoidireitti alkaa fenyylialaniinista ja johtaa monien prekursoreiden kuten lignaanien, flavonoidien, salisyylihappojen ja ligniiniprekursoreiden syntymiseen. Tutkielmassa keskityttiin ligniiniprekursoreiden muodostumiseen ja erityisesti sen biosynteesireitin välituotteen, ferulahapon hapetettuihin kytkeytymisreaktioihin kasvien soluseinillä. Fenyylipropanoiditutkimuksen lähtökohtana on jo vuosia ollut selvittää biosynteesireittejä ja menetelmiä, joiden avulla ligniini saadaan kasvin soluseinältä liukenemaan ja hiilihydraatti otettua talteen. Eräs tapa tunnistaa näitä hajoamistapahtumia on tutkia fenyylipropanoidien kytkentöjen muodostumista. Tässä pro gradu -tutkielmassa fenyylipropanoidireitin välituotteiden entsyymien säätelyä tarkasteltiin luonnonvaraisissa ja geneettisesti muunnelluissa kasveissa. Bieosynteesireitti selkeytyi paljon. Lisäksi siirtogeenisillä kasveilla havaittiin kokonaan uusia kytkentöjä ja rakenteita. Eräillä geeniyhdistelmillä voitiin lisätä tuntuvasti hiilihydraattimäärää samalla kun ligniinin kokonaismäärä väheni. Näin arveltiin voitavan kasvattaa biomassan määrää puukasveilla. Ferulahapot dehydrogenoituvat entsymaattisesti hapettavissa olosuhteissa fenoksiradikaaleiksi, jotka reagoivat edelleen muodostaen toisen radikaalimonomeerin tai -polymeerin kanssa kytkentöjä. Soluseinä tuottaa radikaalireaktioissa tarvitsemansa hapettimet ja entsyymit, vetyperoksidin ja peroksidaasin itse. Ferulahapon monomeerit ja dimeerit muodostavat esterisidoksia soluseinän hemiselluloosan kanssa. Näin syntyneet ferulaattidimeerit ja -trimeerit muodostivat ristikytkentöjä hiilihydraattien ja ligniinin välille sekä yhden tai useamman polysakkaridiketjun välille. Ferulahappojen katsottiin olevan lignifioitumisen aloituskohtia soluseinillä ja yhdistävän kaksi suurta polymeerista verkkorakennetta toisiinsa. Myös soluseinän hiilihydraattien koostumuksen havaittiin vaikuttavan muodostuvien kytkentöjen rakenteeseen. Lopuksi tarkasteltiin vielä ferulahapon antioksidatiivisia ominaisuuksia. Todettiin ligniinin ja ferulahapon määrän korreloivan soluseinän peroksidaasi- ja vetyperoksidimäärän kanssa. Kaveissa monet taudinaiheuttajat, vioittuneet kasvin osat sekä UV-säteily lisäsivät peroksidaasien tuotantoa ja edelleen ferulahappojen määrää. Fenoksiradikaalina ferulahappo kykeni eliminoimaan vetyperoksidin haitallisten happiradikaalien vaikutuksia pelkistämällä ne hapettuen itse radikaalisessa kytkeytymisreaktiossa. Tämä johti mielenkiintoisiin tulevaisuuden näkymiin ferulahaposta funktionaalisena elintarvikkeena, lääkeaineena sekä kosmeettisena valmisteena.

Amphiphilic poly(meta-phenylene)s: A novel conjugated polysoap; A possible foldamer?

Novel amphiphilic poly(meta-phenylene)s were prepared by an oxidative coupling approach. These polymers were synthesized to shed light on their solution properties with special emphasis on aggregation and folding behavior. The polymers were characterized by NMR spectroscopy and molecular weights were determined by Gel Permeation Chromatography using Universal calibration. Literature studies revealed that the backbone of these PMPs can be helical moreover, the light emitting properties of this conjugated polymer can be used as a handle to study the possible aggregation or self-assembling behavior. In this report we show the synthesis, characterization and preliminary aggregation properties that points out that one of the synthesized PMP behave as a polysoap.

Facile synthesis of phenyl-capped oligoanilines using pseudo-high dilution technique

Monodispersed phenyl-capped trianiline and tetraaniline were successfully synthesized by the reactions of diphenylamine with acetaldehyde-based Sckiff's bases of N-phenyl-1,4-phenylenediamine and 1,4-phenylenediamine, respectively, in the presence of ammonium persulfate and hydrochloric acid, subsequent deprotonation and reduction with phenylhydrazine. The reaction mechanism probably involves the slow hydrolysis of the Sckiff's bases and subsequent oxidative coupling reactions of the formed ammonium salts with diphenylamine at pseudo-high dilution condition of the salts.

Design and synthesis of new monoterpenoid derived ligands for asymmetric catalysis /

The work to be presented herein illustrates several important facts. First, the synthesis of BIBOL (19), a 1,4-diol derived from the monoterpene camphor has allowed us to demonstrate that oxidative dimerizations of enolates can, and do proceed with nearly complete diastereoselectivity under kinetically controlled conditions. The yield of BIBOL is now 50% on average, with a 10% yield of a second diastereomer, which is likely the result of a non-kinetic hydride reduction, thereby affording the epimeric alcohol, 20, coupled on the exo face of camphor. This implies the production of 60% of a single coupling diastereomer. No other diastereomers from the reduction were observed. The utility of BEBOL has been illustrated in early asymmetric additions of diethylzinc to aryl aldehydes, with e.e.'s as high as 25-30%. '^' To further the oxidative coupling work, the same methodology which gave rise to BIBOL was applied to the chiral pool ketone, menthone. Interestingly, this gave an excellent yield of the a-halohydrin (31), which is the result of a chlorination of menthone. This result clearly indicates the high stereoselectivity of the process regardless of the outcome, and has illustrated an interesting dichotomy between camphor and menthone. The utility of the chlorination product as a precursor other chiral ligands is currently being investigated. > ' Finally, a new series of 1,3-diols as well as a new aminoalcohol have successfully been synthesized from highly diastereoselective aldol/mannich reactions. Early studies have indicated their potential in asymmetric catalysis, while employing pi-stack interactions as a means of controlling enantioselective aldol reactions.

Synthèse énantiosélective du [7]hélicène à l’aide de la réaction de fermeture de cycle par métathèse d’oléfine asymétrique et synthèse de binaphtols via une réaction de couplage oxydatif

L’intérêt pour les hélicènes s’est accru au fur et à mesure que de nouvelles applications pour ce genre de molécules ont été découvertes. Par contre, la recherche dans ce domaine a été limitée par le petit nombre de voies de synthèse de ces molécules, la plupart nécessitant une étape de résolution ou de séparation des énantiomères par HPLC à la fin de la synthèse. Le présent projet de recherche propose d’utiliser la réaction de fermeture de cycle asymétrique par métathèse d’oléfines (asymmetric ring closing metathesis, ARCM) pour effectuer une synthèse d’hélicène à la fois catalytique et énantiosélective. La synthèse énantiosélective du [7]hélicène a été effectuée à l’aide d’une résolution cinétique du précurseur racémique. Au cours de cette synthèse, nous avons été en mesure de démontrer l’efficacité de différents catalyseurs de métathèse chiraux en plus de démontrer l’effet de l’ajout de simples oléfines comme additifs à la réaction. De plus, nous avons formulé une hypothèse expliquant cet effet à l’aide du mécanisme de la réaction. Finalement, nous avons aussi montré l’effet du changement de solvant sur la sélectivité de la réaction. Au cours de ces travaux, nous avons également développé une nouvelle méthode de synthèse de binaphtols à l’aide d’une réaction de couplage oxydatif impliquant un catalyseur de cuivre. À l’aide d’études de réactivité, nous avons été en mesure de démontrer que le métal portait deux ligands N-hétérocycliques (NHC). Nous avons aussi observé que le catalyseur favorisait la formation de binaphtol non symétrique avec un groupement naphtol avec une densité électronique élevée et un autre groupement naphtol avec une faible densité électronique.

Synthesis of transition metal N-heterocyclic carbene complexes and applications in catalysis

Les ligands de carbènes N-hétérocycliques (NHC) qui possèdent une symétrie C1 attirent beaucoup l’attention dans la littérature. Le présent projet de recherche propose de synthétiser une nouvelle série de ligands NHC C1-symétriques avec deux groupements N-alkyles qui exploitent un relais chiral. Un protocole modulaire et efficace pour la synthèse des sels d’imidazolium chiraux qui servent comme préligands pour les NHC a été développé. Quelques-uns de ces nouveaux ligands ont été installés sur le cuivre et de l’or, créant de nouveaux complexes chiraux. Les nouveaux complexes à base de cuivre ont été évalués comme catalyseurs pour le couplage oxydatif de 2-naphthols. Les ligands C1-symmétriques ont fourni des meilleurs rendements que les ligands C2-symmétriques. Au cours de l’optimisation, des additifs ont été évalués; les additifs à base de pyridine ont fourni des énantiosélectivités modérées tandis que les additifs à base de malonate ont donné des meilleurs rendements de la réaction de couplage oxydatif. Ultérieurement, les additifs à base de malonate ont été appliqués envers l’hétérocouplage de 2-naphthols. Le partenaire de couplage qui est riche en électrons est normalement en grand excès à cause de sa tendance à dégrader. Avec le bénéfice de l’additif, les deux partenaires de couplage peuvent être utilisés dans des quantités équivalentes. La découverte de l’effet des additifs a permis le développement d’un protocole général pour l’hétérocouplage de 2-naphthols.

Development of a Phase Separation Strategy in Macrocyclization Reactions

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