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

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

Coordination of phosphido-boratabenzene ligands to transition metals

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

Host-guest chemistry of solid coordination frameworks (SCFs) based on Copper(II)-Pyridine Ligands

283 p.

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

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

Insulator-to-metal transition in vanadium supersaturated silicon: variable-range hopping and Kondo effect signatures

We report the observation of the insulator-to-metal transition in crystalline silicon samples supersaturated with vanadium. Ion implantation followed by pulsed laser melting and rapid resolidification produce high quality single-crystalline silicon samples with vanadium concentrations that exceed equilibrium values in more than 5 orders of magnitude. Temperature-dependent analysis of the conductivity and Hall mobility values for temperatures from 10K to 300K indicate that a transition from an insulating to a metallic phase is obtained at a vanadium concentration between 1.1 × 10^(20) and 1.3 × 10^(21) cm^(−3) . Samples in the insulating phase present a variable-range hopping transport mechanism with a Coulomb gap at the Fermi energy level. Electron wave function localization length increases from 61 to 82 nm as the vanadium concentration increases in the films, supporting the theory of impurity band merging from delocalization of levels states. On the metallic phase, electronic transport present a dispersion mechanism related with the Kondo effect, suggesting the presence of local magnetic moments in the vanadium supersaturated silicon material.

Bipolar Tribocharging Signal During Friction Force Fluctuations At Metal-insulator Interfaces.

Friction and triboelectrification of materials show a strong correlation during sliding contacts. Friction force fluctuations are always accompanied by two tribocharging events at metal-insulator [e.g., polytetrafluoroethylene (PTFE)] interfaces: injection of charged species from the metal into PTFE followed by the flow of charges from PTFE to the metal surface. Adhesion maps that were obtained by atomic force microscopy (AFM) show that the region of contact increases the pull-off force from 10 to 150 nN, reflecting on a resilient electrostatic adhesion between PTFE and the metallic surface. The reported results suggest that friction and triboelectrification have a common origin that must be associated with the occurrence of strong electrostatic interactions at the interface.

Metal Ions Bound To The Human Milk Immunoglobulin A: Metalloproteomic Approach.

The presence of calcium, iron, and zinc bound to human milk secretory IgA (sIgA) was investigated. The sIgA components were first separated by two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis and then identified by electrospray ionization-tandem mass spectrometry (ESI MS MS). The metal ions were detected by flame atomic absorption spectrometry after acid mineralization of the spots. The results showed eight protein spots corresponding to the IgA heavy chain constant region. Another spot was identified as the transmembrane secretory component. Calcium was bound to both the transmembrane component and the heavy chain constant region, while zinc was bound to the heavy chain constant region and iron was not bound with the identified proteins. The association of a metal ion with a protein is important for a number of reasons, and therefore, the findings of the present study may lead to a better understanding of the mechanisms of action and of additional roles that sIgA and its components play in human milk.

Metal-free synthesis of indanes by iodine(III)-mediated ring contraction of 1, 2-dihydronaphthalenes

A metal-free protocol was developed to synthesize indanes by ring contraction of 1, 2-dihydronaphthalenes promoted by PhI(OH)OTs (HTIB or Koser's reagent). This oxidative rearrangement can be performed in several solvents (MeOH, CH3CN, 2 , 2, 2-trifluoroethanol (TFE), 1 , 1, 1, 3, 3, 3-hexafluoroisopropanol (HFIP), and a 1:4 mixture of TFE:CH2Cl2) under mild conditions. The ring contraction diastereoselectively gives functionalized trans-1, 3-disubstituted indanes, which are difficult to obtain in synthetic organic chemistry

Combined Monte Carlo and quantum mechanics study of the solvatochromism of phenol in water. The origin of the blue shift of the lowest pi-pi* transition

A combined and sequential use of Monte Carlo simulations and quantum mechanical calculations is made to analyze the spectral shift of the lowest pi-pi* transition of phenol in water. The solute polarization is included using electrostatic embedded calculations at the MP2/aug-cc-pVDZ level giving a dipole moment of 2.25 D, corresponding to an increase of 76% compared to the calculated gas-phase value. Using statistically uncorrelated configurations sampled from the MC simulation,first-principle size-extensive calculations are performed to obtain the solvatochromic shift. Analysis is then made of the origin of the blue shift. Results both at the optimized geometry and in room-temperature liquid water show that hydrogen bonds of water with phenol promote a red shift when phenol is the proton-donor and a blue shift when phenol is the proton-acceptor. In the case of the optimized clusters the calculated shifts are in very good agreement with results obtained from mass-selected free jet expansion experiments. In the liquid case the contribution of the solute-solvent hydrogen bonds partially cancels and the total shift obtained is dominated by the contribution of the outer solvent water molecules. Our best result, including both inner and outer water molecules, is 570 +/- 35 cm(-1), in very good agreement with the small experimental shift of 460 cm(-1) for the absorption maximum.

Density functional theory investigation of 3d, 4d, and 5d 13-atom metal clusters

The knowledge of the atomic structure of clusters composed by few atoms is a basic prerequisite to obtain insights into the mechanisms that determine their chemical and physical properties as a function of diameter, shape, surface termination, as well as to understand the mechanism of bulk formation. Due to the wide use of metal systems in our modern life, the accurate determination of the properties of 3d, 4d, and 5d metal clusters poses a huge problem for nanoscience. In this work, we report a density functional theory study of the atomic structure, binding energies, effective coordination numbers, average bond lengths, and magnetic properties of the 3d, 4d, and 5d metal (30 elements) clusters containing 13 atoms, M(13). First, a set of lowest-energy local minimum structures (as supported by vibrational analysis) were obtained by combining high-temperature first- principles molecular-dynamics simulation, structure crossover, and the selection of five well-known M(13) structures. Several new lower energy configurations were identified, e. g., Pd(13), W(13), Pt(13), etc., and previous known structures were confirmed by our calculations. Furthermore, the following trends were identified: (i) compact icosahedral-like forms at the beginning of each metal series, more opened structures such as hexagonal bilayerlike and double simple-cubic layers at the middle of each metal series, and structures with an increasing effective coordination number occur for large d states occupation. (ii) For Au(13), we found that spin-orbit coupling favors the three-dimensional (3D) structures, i.e., a 3D structure is about 0.10 eV lower in energy than the lowest energy known two-dimensional configuration. (iii) The magnetic exchange interactions play an important role for particular systems such as Fe, Cr, and Mn. (iv) The analysis of the binding energy and average bond lengths show a paraboliclike shape as a function of the occupation of the d states and hence, most of the properties can be explained by the chemistry picture of occupation of the bonding and antibonding states.

Comparative analysis of the gas-phase reactions of cylindrospermopsin and the difference in the alkali metal cation mobility

Cylindrospermopsin (CYN) belongs to a group of toxins produced by several strains of freshwater cyanobacteria. It is a compact zwitterionic molecule composed of a uracil section and a tricyclic guanidinium portion with a primarily hepatotoxic effect. Using low multi-stage and high-resolution mass spectrometry, the gas-phase reactions of this toxin have been investigated. Our data show that collision-induced dissociation (CID) spectra of CYN are dominated by neutral losses, and three major initial fragmentation pathways are clearly distinguishable. Interestingly, comparative analysis of protonated and cationizated molecules showed a significant difference in the balance of the SO(3) and terminal ring elimination. These data indicate that the differential ion mobility of H(+), Li(+), Na(+) and K(+) leads to different fragmentation pathways, giving rise to mass spectra with different profiles. Copyright (C) 2008 John Wiley & Sons, Ltd.

Ca(2+) binding to c-state of adenine nucleotide translocase (ANT)-surrounding cardiolipins enhances (ANT)-Cys(56) relative mobility: A computational-based mitochondrial permeability transition study

The oxidation of critical cysteines/related thiols of adenine nucleotide translocase (ANT) is believed to be an important event of the Ca(2+)-induced mitochondrial permeability transition (MPT), a process mediated by a cyclosporine A/ADP-sensitive permeability transition pores (PTP) opening. We addressed the ANT-Cys(56) relative mobility status resulting from the interaction of ANT/surrounding cardiolipins with Ca(2+) and/or ADP by means of computational chemistry analysis (Molecular Interaction Fields and Molecular Dynamics studies), supported by classic mitochondrial swelling assays. The following events were predicted: (i) Ca(2+) interacts preferentially with the ANT surrounding cardiolipins bound to the H4 helix of translocase, (ii) weakens the cardiolipins/ANT interactions and (iii) destabilizes the initial ANT-Cys(56) residue increasing its relative mobility. The binding of ADP that stabilizes the conformation ""m"" of ANT and/or cardiolipin, respectively to H5 and H4 helices, could stabilize their contacts with the short helix h56 that includes Cys(56), accounting for reducing its relative mobility. The results suggest that Ca(2+) binding to adenine nucleotide translocase (ANT)-surrounding cardiolipins in c-state of the translocase enhances (ANT)-Cys(56) relative mobility and that this may constitute a potential critical step of Ca(2+)-induced PTP opening. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

XSophe-Sophe-XeprView (R). A computer simulation software suite (v. 1.1.3) for the analysis of continuous wave EPR spectra

The XSophe-Sophe-XeprView((R)) computer simulation software suite enables scientists to easily determine spin Hamiltonian parameters from isotropic, randomly oriented and single crystal continuous wave electron paramagnetic resonance (CW EPR) spectra from radicals and isolated paramagnetic metal ion centers or clusters found in metalloproteins, chemical systems and materials science. XSophe provides an X-windows graphical user interface to the Sophe programme and allows: creation of multiple input files, local and remote execution of Sophe, the display of sophelog (output from Sophe) and input parameters/files. Sophe is a sophisticated computer simulation software programme employing a number of innovative technologies including; the Sydney OPera HousE (SOPHE) partition and interpolation schemes, a field segmentation algorithm, the mosaic misorientation linewidth model, parallelization and spectral optimisation. In conjunction with the SOPHE partition scheme and the field segmentation algorithm, the SOPHE interpolation scheme and the mosaic misorientation linewidth model greatly increase the speed of simulations for most spin systems. Employing brute force matrix diagonalization in the simulation of an EPR spectrum from a high spin Cr(III) complex with the spin Hamiltonian parameters g(e) = 2.00, D = 0.10 cm(-1), E/D = 0.25, A(x) = 120.0, A(y) = 120.0, A(z) = 240.0 x 10(-4) cm(-1) requires a SOPHE grid size of N = 400 (to produce a good signal to noise ratio) and takes 229.47 s. In contrast the use of either the SOPHE interpolation scheme or the mosaic misorientation linewidth model requires a SOPHE grid size of only N = 18 and takes 44.08 and 0.79 s, respectively. Results from Sophe are transferred via the Common Object Request Broker Architecture (CORBA) to XSophe and subsequently to XeprView((R)) where the simulated CW EPR spectra (1D and 2D) can be compared to the experimental spectra. Energy level diagrams, transition roadmaps and transition surfaces aid the interpretation of complicated randomly oriented CW EPR spectra and can be viewed with a web browser and an OpenInventor scene graph viewer.

Iron(III) and iron(II) complexes of 1-thia-4,7-diazacyclononane ([9]aneN(2)S) and 1,4-dithia-7-azacyclononane ([9]aneNS(2)). X-Ray structural analyses, magnetic susceptibility, Mossbauer, EPR and electronic spectroscopy

The complexes [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](2), [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](3) and [Fe([9]aneNS(2))(2)][ClO4](2) ([9]aneN(2)S = 1-thia-4. 7-diazacyclononane and [9]aneNS(2) = 1,4-dithia-7-azacyclononane) have been prepared and the latter two characterised by X-ray crystallography. The Mossbauer spectra (isomer shift/mm s(-1), quadrupole splitting/mm s(-1), 4.2 K) for [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](2) (0.52, 0.57), [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](3) (0.25, 2.72) and [Fe([9]aneNS(2))(2)][ClO4](2) (0.43, 0.28) are typical for iron(II) and iron(III) complexes. Variable-temperature susceptibility measurements for [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](2) (2-300 K) revealed temperature-dependent behaviour in both the solid state [2.95 mu(B) (300 K)-0.5 mu(B) (4.2 K)] and solution (Delta H degrees 20-22 kJ mol(-1), Delta S degrees 53-60 J mol(-1) K-1). For [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](3) in the solid state [2.3 mu(B) (300 K)-1.9 mu(B) (4.2 K)] the magnetic data were fit to a simple model (H = -lambda L . S + mu L-z) to give the spin-orbit coupling constant (lambda) of -260 +/- 10 cm(-1). The solid-state X-band EPR spectrum of [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](3) revealed axial symmetry (g(perpendicular to) = 2.607, g(parallel to) = 1.599). Resolution of g(perpendicular to) into two components at Q-band frequencies indicated a rhombic distortion. The low-temperature single-crystal absorption spectra of [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](2) and [Fe([9]aneNS(2))(2)][ClO4](2) exhibited additional bands which resembled pseudotetragonal low-symmetry splitting of the parent octahedral (1)A(1g) --> T-1(2g) and (1)A(1g) ---> T-1(1g) transitions. However, the magnitude of these splittings was too large, requiring 10Dq for the thioether donors to be significantly larger than for the amine donors. Instead, these bands were tentatively assigned to weak, low-energy S --> Fe-II charge-transfer transitions. Above 200 K, thermal occupation of the high-spin T-5(2g) ground state resulted in observation of the T-5(2g) --> E-5(g) transition in the crystal spectrum of [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](2). From a temperature-dependence study, the separation of the low-spin (1)A(1g) and high-spin T-5(2g) ground states was approximately 1700 cm(-1). The spectrum of the iron(III) complex [Fe([9]aneN(2)S)(2)][ClO4](3) is consistent with a low-spin d(5) configuration.