Synthetic studies on prostaglandins: "synthesis of a new thia-PGEI analog"

A PGE1 analog, namely (±)-trans-2-(6'-carbomethoxyhexyl)-3- (E-3"-thia-1 "-octene)-4-hydroxycyclopentanone 71, has been prepared for the first time. Towards the synthesis of this compound, several synthetic approaches aimed at the preparation of the required acetylenic and E-halovinylic sulfides as building blocks were investigated. Among all the methods examined, it appeared evident that the best route to ethynyl n.pentyl sulfide 81 is via a double dehydrohalogenation of the corresponding 1,2-dibromoethyl sulfide with sodium amide in liquid ammonia. In addition, the isomerically pure E-2-iodoethenyl n.pentyl sulfide 85 is conveniently prepared in high yield and stereoselectivity by hydrozirconation-iodination of the terminal ethynyl sulfide 81. The classical hydroalumination and hydroboration reactions for the preparation of vinyl halides from alkynes gave only small yields when applied as methods towards the synthesis of 85 . The building block 2-(6'-carbomethoxyhexyl)-4-hydroxy-2- cyclopentenone (±)-1 carrying the upper side-chain of prostaglandin E 1 was prepared by a step-wise synthesis involving transformations of compounds possessing the required carbocyclic framework (see scheme 27). The synthesis proved to be convenient and gave a good overall yield of (±)-1 which was protected as the TH P-derivative 37 or the siloxy derivative 38. With the required building blocks 81 and 37 in hand, the target 1S-thia-PGE1 analog (±)-71 was prepared via the in situ higher cuprate formation-conjugate addition reaction. This method proved to be convenient and stereospecific. The standard cuprate method, involving an organocuprate reagent generated from an isolated vinyl iodide, did not work well in our case and gave a complicated mixture of products. The target compound will be submitted for assessment of bio log ical activity.

Les esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques et les dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitués : synthèses et applications

Les cyclopropanes sont des motifs d’une grande importance puisqu’ils sont présents dans plusieurs molécules biologiquement actives en plus d’être de puissants intermédiaires dans la synthèse de molécules complexes. Au cours de cet ouvrage, nous avons développé une nouvelle méthode générale pour la synthèse d’ylures d’iodonium de malonates, soit d’importants précurseurs d’esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques. Ainsi, à l’aide de ces ylures, une méthode très efficace pour la synthèse d’esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques racémiques a été développée. Des travaux ont aussi été entrepris pour la synthèse énantiosélective de ces composés. Par ailleurs, les esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques ont été utilisés dans le développement de deux nouvelles méthodologies, soit dans une réaction de cycloaddition (3+3) avec des imines d’azométhines et dans la formation d’allènes par l’addition-1,7 de cuprates. Nous avons aussi poursuivi l’étude synthétique du cylindrocyclophane F impliquant l’utilisation de cyclopropanes pour le contrôle des centres chiraux. Ainsi l’addition-1,5 d’un cuprate sur un ester cyclopropane-1,1-dicarboxylique a été utilisée comme l’une des étapes clés de notre synthèse. L’autre centre chiral a pu être contrôlé par l’hydrogénolyse sélective d’un cyclopropylméthanol. Ces études ont, par ailleurs, mené au développement d’une nouvelle réaction d’arylcyclopropanation énantiosélective utilisant des carbénoïdes de zinc générés in situ à partir de réactifs diazoïques. Cette méthode permet d’accéder très efficacement aux cyclopropanes 1,2,3-substitués. De plus, nous avons développé la première réaction de Simmons-Smith catalytique en zinc menant à un produit énantioenrichi.

Étude DFT+U des phases structurales du La2CuO4

Ce mémoire traite des propriétés du La2CuO4 dopé en trous, le premier supraconducteur à haute température critique ayant été découvert. Les différentes phases électroniques du cristal y seront présentées, ainsi que le diagramme de phases en dopage de ce matériau. Les trois structures dans lesquelles on peut retrouver ce cristal seront décrites en détail, et leurs liens présumés avec les phases électroniques seront présentés. Il s’en suivra une étude utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité combinée au modèle de Hubbard (DFT+U) des différentes phases structurales, en plus des phases antiferromagnétiques et paramagnétiques. L’effet de la corrélation électronique sur la structure cristalline sera également étudié par l’intermédiaire du paramètre de Hubbard. Le but sera de vérifier si la DFT+U reproduit bien le diagramme de phases expérimentales, et sous quelles conditions. Une étude des effets de l’inclinaison des octaèdres d’oxygène sur la structure électronique sera également présentée.

Analyse des propriétés électroniques de supraconducteurs à l’aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité

Cette thèse traite de la structure électronique de supraconducteurs telle que déterminée par la théorie de la fonctionnelle de la densité. Une brève explication de cette théorie est faite dans l’introduction. Le modèle de Hubbard est présenté pour pallier à des problèmes de cette théorie face à certains matériaux, dont les cuprates. L’union de deux théories donne la DFT+U, une méthode permettant de bien représenter certains systèmes ayant des électrons fortement corrélés. Par la suite, un article traitant du couplage électron- phonon dans le supraconducteur NbC1−xNx est présenté. Les résultats illustrent bien le rôle de la surface de Fermi dans le mécanisme d’appariement électronique menant à la supraconductivité. Grâce à ces résultats, un modèle est développé qui permet d’expliquer comment la température de transition critique est influencée par le changement des fré- quences de vibration du cristal. Ensuite, des résultats de calcul d’oscillations quantiques obtenus par une analyse approfondie de surfaces de Fermi, permettant une comparaison directe avec des données expérimentales, sont présentés dans deux articles. Le premier traite d’un matériau dans la famille des pnictures de fer, le LaFe2P2. L’absence de su- praconductivité dans ce matériau s’explique par la différence entre sa surface de Fermi obtenue et celle du supraconducteur BaFe2As2. Le second article traite du matériau à fermions lourds, le YbCoIn5. Pour ce faire, une nouvelle méthode efficace de calcul des fréquences de Haas-van Alphen est développée. Finalement, un dernier article traitant du cuprate supraconducteur à haute température critique YBa2Cu3O6.5 est présenté. À l’aide de la DFT+U, le rôle de plusieurs ordres magnétiques sur la surface de Fermi est étudié. Ces résultats permettent de mieux comprendre les mesures d’oscillations quan- tiques mesurées dans ce matériau.

Magnetic structure of Li2CuO2: From ab initio calculations to macroscopic simulations

The magnetic structure of the edge-sharing cuprate compound Li2CuO2 has been investigated with highly correlated ab initio electronic structure calculations. The first- and second-neighbor in-chain magnetic interactions are calculated to be 142 and -22 K, respectively. The ratio between the two parameters is smaller than suggested previously in the literature. The interchain interactions are antiferromagnetic in nature and of the order of a few K only. Monte Carlo simulations using the ab initio parameters to define the spin model Hamiltonian result in a Nel temperature in good agreement with experiment. Spin population analysis situates the magnetic moment on the copper and oxygen ions between the completely localized picture derived from experiment and the more delocalized picture based on local-density calculations.

Degradação do PMMA através da reação despolimerização uitlizando catalisadores de óxidos mistos

In this work, mixed oxides were synthesized by two methods: polymeric precursor and gel-combustion. The oxides, Niquelate of Lanthanum, Cobaltate of Lanthanum and Cuprate of Lanthanum were synthesized by the polymeric precursor method, and treated at 300 º C for 2 hours, calcined at 800 º C for 6h in air atmosphere. In gel-combustion method were produced and oxides using urea and citric acid as fuel, forming for each fuel the following oxides Ferrate of Lanthanum, Cobaltato of Lanthanum and Ferrato of Cobalt and Lanthanum, which were submitted to the combustion process assisted by microwave power maximum of 10min. The samples were characterized by: thermogravimetric analysis, X-ray diffraction; fisisorção of N2 (BET method) and scanning electron microscopy. The reactions catalytic of depolymerization of poly (methyl methacrylate), were performed in a reactor of silica, with catalytic and heating system equipped with a data acquisition system and the gas chromatograph. For the catalysts synthesized using the polymeric precursor method, the cuprate of lanthanum was best for the depolymerization of the recycled polymer, obtaining 100% conversion in less time 554 (min), and the pure polymer, was the Niquelate of Lanthanum, with 100% conversion in less time 314 (min). By gel-combustion method using urea as fuel which was the best result obtained Ferrate of Lanthanum for the pure polymer with 100% conversion in less time 657 (min), and the recycled polymer was Cobaltate of Lanthanum with 100 % conversion in less time 779 (min). And using citric acid to obtain the best result for the pure polymer, was Ferrate of Lanthanum with 100% conversion in less time 821 (min and) for the recycled polymer, was Ferrate of Lanthanum with 98.28% conversion in less time 635 (min)

Oxygen diffusion in superconducting oxides

Since the discovery of high-temperature superconductivity of cuprate oxides, it has been clear that it is strongly affected by the oxygen content, which is also a crucial factor to determine other physical properties of high T-c superconductors. Non-stoichiometric (interstitial) oxygen strongly influences the physical properties of various superconducting oxides, in particular by creating conducting holes. It is now ascertained that the amount of holes injected depends not only on the content of interstitial oxygen, but also on its ordering. Rearrangement of the oxygen ordering may occur even below room temperature due to the unusual high mobility of these atoms. This way, mechanical spectroscopy is one of the most adequate techniques for the study of the mobility (diffusion) of oxygen atoms. This technique allows the determination of the jump frequency of an atomic species precisely, regardless of the model or the different possible types of jumps. In order to evaluate the mobility and the effect of oxygen content on these oxides, ceramic samples we prepared and submitted to several oxygen removal cycles alternately with mechanical relaxation measurements. As for SBCO, it was assumed that the peak was due to O(1)-O(5) jumps of oxygen atoms at the chain terminals or in chain fragments in the orthorhombic phase. In the case of BSCCO, the results showed complex anelastic relaxation structures, which were attributed to interstitial oxygen atom jumps between two adjacent CuO planes.

Pairing symmetries in cuprates: A Gorkov formalism

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

A model for the Schottky anomaly in metallic Nd2-yCeyCuO4

We present a simple model for the doped compound Nd2-yCevCuO4, in order to explain some recent experimental results on the latter. Within a Hartree-Fock context, we start from an impurity Anderson-like model and consider the magnetic splitting of the Nd-4f ground state Kramers doublet due to exchange interactions with the ordered Cu moments. Our results are in very good agreement with the experimental data, yielding a Schottky anomaly peak for the specific heat that reduces its amplitude, broadens and shifts to lower temperatures, upon Ce doping. For overdoped compounds at low temperatures, the specific heat behaves linearly and the magnetic susceptibility is constant. A smooth transition from this Fermi liquid-like behavior occurs as temperature is increased and, at high temperatures, the susceptibility exhibits a Curie-like behavior. Finally, we discuss some improvements our model is amenable to incorporate, (C) 1998 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Scaling in the BCS to Bose crossover problem in different partial waves

The BCS superconductivity to Bose condensation crossover problem is studied in two dimensions in S, P, and D waves, for a simple anisotropic pairing, with a finite-range separable potential at zero temperature. The gap parameter and the chemical potential as a function of Cooper-pair binding B c exhibit universal scaling. In the BCS limit the results for coherence length ξ and the critical temperature T c are appropriate for highT c cuprate superconductors and also exhibit universal scaling as a function of B c.

Synthesis and properties of substituted Hg-based superconductors

This thesis is focused on studies of substituted Hg-based superconducting copper oxides ((Hg1-xMx)Ba2Can-1CunO2n+2+δ). These compounds are promising objects of investigation, not only from a fundamental point of view but also because of their high values of superconducting transition temperature (Tc) and irreversibility field (Hirr). The first part of the thesis is devoted to optimization of the synthesis procedure for Hg-based cuprates. The influence of different parameters (T, t, p(Hg), p(O2)) on the synthesis of these compounds in sealed silica tubes was studied. Optimal conditions yielded samples containing up to 95% of HgBa2Ca2Cu3O8+δ (Hg-1223). The formation of solid solutions with the formula (Hg1-xCux)Ba2Ca2Cu3O8+δ (where x <= 0.5) was also established. Another technique was developed, using LiF as a flux, for synthesis of samples containing up to 90% of the HgBa2CaCu2O6+δ (Hg-1212) phase. The second part concerns synthesis and studies of oxyfluorides using Hg-1212 and Hg-1223 as starting materials together with XeF2 as a fluorinating agent. It was found that oxyfluorides of both phases have a parabolic dependence of Tc vs. a parameter as well as enhanced Tc values (ΔT ≈ 3-4 K) in comparison with optimally doped non-fluorinated analogues. The crystal structure of Hg-1223 oxyfluoride was studied by X-ray powder and neutron diffraction methods. It is suggested that chemical modification of the crystal structure leads to a decrease in Cu-O distance without noticeable change in Cu-O-Cu angle (in the (CuO2) layers), which may be the significant factors influencing this Tc increase. Hg-1223 oxyfluoride was also studied under high pressure for first time. It was found that this compound has a record-high Tc value (≈ 166 K) at P ≈ 23 GPa. The last part describes the investigation of substituted Hg-based superconductors in the series (Hg0.9M0.1)Ba2CuO4+δ {(Hg,M)-1201}, where M = Tl, Pb, W, Mo, Nb and V. A comprehensive study of these compounds by various methods (X-ray powder diffraction, EDX, IR-, EXAFS- and XANES -spectroscopy) indicated that the change of charge carrier doping level is a crucial factor determining the irreversibility line. (Hg0.9Mo0.1)Ba2CuO4+δ showed the most improved irreversibility line position among the (Hg,M)-1201 compounds studied in this series.

Kohlenhydrat-Auxiliare in der asymmetrischen Synthese chiraler Stickstoffheterocyclen und Alkaloide

In dieser Arbeit wurden durch Verwendung eines stereodifferenzierenden Kohlenhydrat-Auxiliars chirale Stickstoffheterocyclen und enantiomerenreine Piperidin-Alkaloide synthetisiert. Alkaloide mit einer Piperidin-Grundstruktur sind in der Natur weit verbreitet und weisen vielfältige biologische Aktivitäten auf. Zusammen mit synthetischen Derivaten sind sie daher von großem Interesse für die Wirkstoffforschung. Mit dem aus D-Arabinose zugänglichen 2,3,4-Tri-O-pivaloyl-D-arabinosylamin wurden mit hoher Stereoselektivität N-Glycosyl-dehydropiperidinone aufgebaut, die vielfältig modifizierbare Ausgangsverbindungen zur Synthese unterschiedlich substituierter Stickstoffheterocyclen darstellen. In einer Vielzahl vor allem metallorganischer Reaktionen waren regio- und stereoselektive Derivatisierungen an allen Positionen der N-glycosidisch gebundenen Dehydropiperidinone möglich. Durchgeführt wurden z. B. die Addition aktivierter Cuprate, elektrophile Substitutionen, Reduktionen, Iod-Magnesium-Austausch sowie palladium- und kupferkatalysierte Kupplungen. Die Kombination dieser Methoden führte zu mehrfach substituierten Piperidinen. In einer Ringschlussmetathese wurde zudem ein Zugang zu bicyclischen Heterocyclen geschaffen. Das Kohlenhydrat-Auxiliar steuert den stereochemischen Verlauf der Bildung der Dehydropiperidinone und der daran durchgeführten Funktionalisierungen. Die Konfigurationen der neu gebildeten Stereozentren wurden mittels Röntgenstrukturanalysen und NMR-Spektroskopie sowie durch die Überführung der Piperidin-Derivate in Alkaloide mit bekanntem Drehwert ermittelt. Die Stickstoffheterocyclen können nach Entfernen der Enamin-Doppelbindung durch milde Acidolyse vom Kohlenhydrat-Auxiliar abgespalten werden, wodurch man die enantiomerenreinen Alkaloide erhält.

Oligosilyl- und Stannylderivate des Kupfers

Benzyltris(trimethylsilyl)silan konnte durch Reaktion mit Lithiummethanid oder Alkalimetall-tert-butanolaten (M-OtBu, M = Na, K, Rb, Cs) in die entsprechenden Alkalimetall-benzylbis(trimethylsilyl)silanide (M-Bnz, Bnz = Si(SiMe3)2CH2Ph) überführt werden. Die Strukturen dieser Verbindungen weisen viele Gemeinsamkeiten mit den entsprechenden Hypersilylverbindungen (Hypersilyl bzw. Hyp = Si(SiMe3)3) auf. Mit Ausnahme der Lithiumverbindung weisen die Natrium-, Kalium- und Rubidiumverbindungen jedoch noch intramolekulare Wechselwirkungen des Benzylrestes mit den Alkalimetallkationen auf. Die Benzylbis(trimethylsilyl)silanide der Alkalimetalle eignen sich zur Darstellung von Kupfersilylverbindungen. So konnten heteroleptische Cuprate (Bnz-Cu-OtBu-, Bnz-Cu-Hyp-) und monoleptische Cuprate (CuBnz2-), aber auch das ungeladene Kupfer-benzyl-bis(trimethylsilyl)silanid hergestellt werden. Auf analoge Weise wurde versucht, Alkalimetall- und Kupferverbindungen des Phenylbis(trimethylsilyl)silanides herzustellen. Da aber bereits bei der Synthese der Alkalimetallverbindungen die entsprechenden Hypersilanide als schwer abtrennbare Nebenprodukte entstanden, konnten keine ausführlichen Untersuchungen angestellt werden. Es konnten die Natrium- und Kaliumsalze des Dihypersilylcuprates hergestellt und strukturell charakterisiert werden. Die Natriumverbindung wurde nur als Nebenprodukt einer Reaktion von Kupfer(I)-cyanid mit Natriumhypersilanid erhalten, die entsprechende Kaliumverbindung ließ sich jedoch mit guten Ausbeuten gezielt aus Kupfer(I)-tert-butanolat herstellen. Beide Verbindungen weisen ein hantelförmiges Hyp-Cu-Hyp-Anion auf, die THF- bzw. THP-koordinierten Kationen liegen isoliert vom Anion vor. Eine neue Klasse von Kupfersilylverbindungen konnten durch Reaktion von Kupfer(I)-cyanid mit Alkalimetallhypersilaniden erzeugt werden. Dabei entstehen heteroleptische Cyano-hypersilyl-cuprate. Großen Einfluss auf die Strukturen üben die Alkalimetallkationen und Lösungsmittelmoleküle aus. So findet man bei den Lithiumverbindungen zweikernige Kupferkomplexe, die je nach Lösungsmittelgehalt unterschiedliche Anordnungen der Cyanid- und Hypersilanidanionen aufweisen. Lediglich die Kaliumverbindung weist lineare Cyanid-Kupfer-Hypersilanid-Einheiten auf, wie man sie analog von Organyl-cyano-cupraten kennt. Trotz vieler Gemeinsamkeiten vieler Silyl- und entsprechender Stannylverbindungen bezüglich Struktur und Reaktivität, erwies sich die Darstellung von Kupferstannyl-verbindungen schwieriger als erwartet. Zwar konnte in einer mehrstufigen Reaktion Kupfer-tris(trimethylsilyl)stannanid erhalten werden, auftretende Zwischen- und Nebenprodukte weisen jedoch auf das Auftreten von Umlagerungen und Redoxprozesse hin, die bei entsprechenden Kupfersilylverbindungen nicht beobachtet wurden.

New physics of metals: fermi surfaces without Fermi liquids.

I relate the historic successes, and present difficulties, of the renormalized quasiparticle theory of metals ("AGD" or Fermi liquid theory). I then describe the best-understood example of a non-Fermi liquid, the normal metallic state of the cuprate superconductors.

X-ray absorption study of the ferromagnetic Cu moment at the YBa_(2)Cu_(3)O_(7)/La_(2/3)Ca_(1/3)MnO_(3) interface and variation of its exchange interaction with the Mn moment

With x-ray absorption spectroscopy and polarized neutron reflectometry we studied how the magnetic proximity effect at the interface between the cuprate high-TC superconductor YBa_(2)Cu_(3)O_(7) (YBCO) and the ferromagnet La_(2/3)Ca_(1/3)MnO_(3) (LCMO) is related to the electronic and magnetic properties of the LCMO layers. In particular, we explored how the magnitude of the ferromagnetic Cu moment on the YBCO side depends on the strength of the antiferromagnetic (AF) exchange coupling with the Mn moment on the LCMO side. We found that the Cu moment remains sizable if the AF coupling with the Mn moments is strongly reduced or even entirely suppressed. The ferromagnetic order of the Cu moments thus seems to be intrinsic to the interfacial CuO_(2) planes and related to a weakly ferromagnetic intraplanar exchange interaction. The latter is discussed in terms of the partial occupation of the Cu 3d_(3z^(2)−r^(2)) orbitals, which occurs in the context of the so-called orbital reconstruction of the interfacial Cu ions.