Transition metal ion coordination in hydrophilic polymer membranes

The research described within this thesis is concerned with the investigation of transition metal ion complexation within hydrophilic copolymer membranes. The membranes are copolymers of 4-methyl-4'-vinyl-2,2'-bipyridine, the 2-hydroxyethyl ester of 4,4'- dicarboxy-2,2'-bipyridine & bis-(5-vinylsalicylidene)ethylenediamine with 2-hydroxyethyl methacrylate. The effect of the polymer matrix on the formation and properties of transition metal iron complexes has been studied, specifically Cr(III) & Fe(II) salts for the bipyridyl- based copolymer membranes and Co(II), Ni(II) & Cu(II) salts for the salenH2- based copolymer membranes. The concomitant effect of complex formation on the properties of the polymer matrix have also been studied, e.g. on mechanical strength. A detailed body of work into the kinetics and thermodynamics for the formation of Cu(II) complexes in the salenH2- based copolymer membranes has been performed. The rate of complex formation is found to be very slow while the value of K for the equilibrium of complex formation is found to be unexpectedly small and shows a slight anion dependence. These phenomena are explained in terms of the effects of the heterogeneous phase provided by the polymer matrix. The transport of Cr(III) ions across uncomplexed and Cr(III)-pre-complexed bipyridyl-based membranes has been studied. In both cases, no Cr(III) coordination occurs within the time-scale of an experiment. Pre-complexation of the membrane does not lead to a change in the rate of permeation of Cr(III) ions. The transport of Co(II), Ni(II) & Cu(II) ions across salenH2- based membranes shows that there is no detectable lag-time in transport of the ions, despite independent evidence that complex formation within the membranes does occur. Finally, the synthesis of a number of functionalised ligands is described. Although they were found to be non-polymerisable by the methods employed in this research, they remain interesting ligands which provide a startmg pomt for further functionalisation.

The structural and electrochemical consequences of hydrogenating Copper N2S2 Schiff base macrocycles

A series of cis and trans tetradentate copper macrocyclic complexes, of ring size fourteen - sixteen, which employ amine and thioether donor groups are reported. Apart from 5,6,15,16-bisbenzo-8,13-diaza-1,4-dithia-cyclohexadecane copper(I) (cis-[Cu(H4NbuSen)]+) all of the complexes are obtained in the copper(II) form. Crystallographic analysis shows that the copper(II) complexes all adopt a distorted planar geometry around the copper. In contrast, cis-[Cu(H4NbuSen)]+ is found to adopt a distorted tetrahedral geometry. The complexes were subjected to electrochemical analysis in water and acetonitrile. The effect of the solvent, positions of the donor atoms (cis/trans) on E1/2 is discussed as is the comparison of the electrochemical behaviour of these complexes with their parent Schiff base macrocycles.

Transition metal ion co-ordination in hydrophilic polymer membrane

This thesis is concerned with the investigation of transition metal (TM) ion complexation with hydrophilic membranes composed of copolymers of 4-vinyl pyridine & 4-methyl-4'vinyl- 2,2'-bipyridine with 2-hydroxyethyl methacrylate. The Cu(II), CoCII) & Fe(II) complexes with these coordinating membranes were characterised by a variety of techniques, in order to assess the effect of the polymer on the properties of the complex, and vice versa. A detailed programme of work was instigated into the kinetics of formation for the polymer-bound tris(bipyridyl) iron(II) complex; the rate and extent of complex formation was found to be anion-dependent. This is explained in terms of the influence of the anion on the transport properties and water content of the membrane, the controlling factor in the development of the tris-complex being the equilibrium concentration of Fe(II) in the gel matrix. A series of transport studies were performed with a view to the potential application of complexing hydrogel membranes for aqueous TM ion separations. A number of salts were studied individually and shown to possess a range of permeabilities; the degree of interaction between particular metal-ion:ligand combinations is given by the lag-time observed before steady-state permeation is achieved. However, when two TM salts that individually display different transport properties were studied in combination, they showed similar lag-times & permeabilities, characteristic of the more strongly coordinating metal ion. This 'anti-selective' nature thus renders the membrane systems unsuitable for TM ion separations. Finally, attempts were made to synthesise and immobilise a series of N ,0-donor macrocyclic ligands into hydrogel membranes. Although the functionalisation reactions failed, limited transport data was obtained from membranes in which the ligands were physically entrapped within the polymer matrix.

Decreased efficiency of trypsinization of cells following photodynamic therapy:evaluation of a role for tissue transglutaminase

Identifying the cellular responses to photodynamic therapy (PDT) is important if the mechanisms of cellular damage are to be fully understood. The relationship between sensitizer, fluence rate and the removal of cells by trypsinization was studied using the RIF-1 cell line. Following treatment of RIF-1 cells with pyridinium zinc (II) phthalocyanine (PPC), or polyhaematoporphyrin at 10 mW cm−2 (3 J cm−2), there was a significant number of cells that were not removed by trypsin incubation compared to controls. Decreasing the fluence rate from 10 to 2.5 mW cm−2 resulted in a two-fold increase in the number of cells attached to the substratum when PPC used as sensitizer; however, with 5,10,15,20 meso-tetra(hydroxyphenyl) chlorin (m-THPC) there was no resistance to trypsinization following treatment at either fluence rate. The results indicate that resistance of cells to trypsinization following PDT is likely to be both sensitizer and fluence rate dependent. Increased activity of the enzyme tissue-transglutaminase (tTGase) was observed following PPC-PDT, but not following m-THPC-PDT. Similar results were obtained using HT29 human colonic carcinoma and ECV304 human umbilical vein endothelial cell lines. Hamster fibrosarcoma cell (Met B) clones transfected with human tTGase also exhibited resistance to trypsinization following PPC-mediated photosensitization; however, a similar degree of resistance was observed in PDT-treated control Met B cells suggesting that tTGase activity alone was not involved in this process.

Développement et caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque

Ce projet de recherche mené en collaboration industrielle avec St-Jean Photochimie Inc. / PCAS Canada vise le développement et la caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque. La quête du récoltage des photons se situant dans le proche-infrarouge a été au centre des modifications structurales explorées afin d’augmenter l’efficacité de conversion des cellules solaires de type organique et à pigments photosensibles. Trois familles de composés intégrant le motif dipyrrométhène ont été synthétisées et caractérisées du point de vue spectroscopique, électrochimique, structural ainsi que par modélisation moléculaire afin d’établir des relations structures-propriétés. La première famille comporte six azadipyrrométhènes au potentiel de coordination tétradentate sur des centres métalliques. Le développement d’une nouvelle voie synthétique asymétrique combinée à l’utilisation d’une voie symétrique classique ont permis d’obtenir l’ensemble des combinaisons de substituants possibles sur les aryles proximaux incluant les noyaux 2-hydroxyphényle, 2-méthoxyphényle et 2- pyridyle. La modulation du maximum d’absorption dans le rouge a pu être faite entre 598 et 619 nm. De même, la présence de groupements méthoxyle ou hydroxyle augmente l’absorption dans le violet (~410 nm) tel que démontré par modélisation. La caractérisation électrochimique a montré que les dérivés tétradentates étaient en général moins stables aux processus redox que leur contre-parti bidentate. La deuxième famille comporte dix dérivés BODIPY fusionnés de façon asymétrique en position [b]. L’aryle proximal a été modifié de façon systématique afin de mieux comprendre l’impact des substituents riches en électron et de la fusion de cycles aromatiques. De plus, ces dérivés ont été mis en relation avec une vaste série de composés analogues. Les résultats empiriques ont montré que les propriétés optoélectroniques de la plateforme sont régies par le degré de communication électronique entre l’aryle proximal, le pyrrole sur lequel il est attaché et le noyau indolique adjacent à ce dernier. Les maximums d’absorption dans le rouge sont modulables entre 547 et 628 nm et la fluorescence des composés se situe dans le proche- infrarouge. L’un des composé s’est révélé souhaitable pour une utilisation en photovoltaïque ainsi qu’à titre de sonde à pH. La troisième famille comporte cinq complexes neutres de RuII basés sur des polypyridines et portant un ligand azadipyrrométhène cyclométalé. Les composés ont montré une forte absorption de photons dans la région de 600 à 800 nm (rouge à proche- infrarouge) et qui a pu être étendue au-delà de 1100 nm dans le cas des dérivés portant un ligand terpyridine. L’analyse des propriétés optoélectroniques de façon empirique et théorique a montré un impact significatif de la cyclométalation et ouvert la voie pour leur étude en tant que photosensibilisateurs en OPV et en DSSC. La capacité d’un des complexes à photo-injecter un électron dans la bande de conduction du semi-conducteur TiO2 a été démontré en collaboration avec le groupe du Pr Gerald J. Meyer à University of North Carolina at Chapel Hill, premier pas vers une utilisation dans les cellules solaires à pigments photosensibles. La stabilité des complexes en solution s’est toutefois avérée problématique et des pistes de solutions sont suggérées basées sur les connaissances acquises dans le cadre de cette thèse.

Développement et caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque

Ce projet de recherche mené en collaboration industrielle avec St-Jean Photochimie Inc. / PCAS Canada vise le développement et la caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque. La quête du récoltage des photons se situant dans le proche-infrarouge a été au centre des modifications structurales explorées afin d’augmenter l’efficacité de conversion des cellules solaires de type organique et à pigments photosensibles. Trois familles de composés intégrant le motif dipyrrométhène ont été synthétisées et caractérisées du point de vue spectroscopique, électrochimique, structural ainsi que par modélisation moléculaire afin d’établir des relations structures-propriétés. La première famille comporte six azadipyrrométhènes au potentiel de coordination tétradentate sur des centres métalliques. Le développement d’une nouvelle voie synthétique asymétrique combinée à l’utilisation d’une voie symétrique classique ont permis d’obtenir l’ensemble des combinaisons de substituants possibles sur les aryles proximaux incluant les noyaux 2-hydroxyphényle, 2-méthoxyphényle et 2- pyridyle. La modulation du maximum d’absorption dans le rouge a pu être faite entre 598 et 619 nm. De même, la présence de groupements méthoxyle ou hydroxyle augmente l’absorption dans le violet (~410 nm) tel que démontré par modélisation. La caractérisation électrochimique a montré que les dérivés tétradentates étaient en général moins stables aux processus redox que leur contre-parti bidentate. La deuxième famille comporte dix dérivés BODIPY fusionnés de façon asymétrique en position [b]. L’aryle proximal a été modifié de façon systématique afin de mieux comprendre l’impact des substituents riches en électron et de la fusion de cycles aromatiques. De plus, ces dérivés ont été mis en relation avec une vaste série de composés analogues. Les résultats empiriques ont montré que les propriétés optoélectroniques de la plateforme sont régies par le degré de communication électronique entre l’aryle proximal, le pyrrole sur lequel il est attaché et le noyau indolique adjacent à ce dernier. Les maximums d’absorption dans le rouge sont modulables entre 547 et 628 nm et la fluorescence des composés se situe dans le proche- infrarouge. L’un des composé s’est révélé souhaitable pour une utilisation en photovoltaïque ainsi qu’à titre de sonde à pH. La troisième famille comporte cinq complexes neutres de RuII basés sur des polypyridines et portant un ligand azadipyrrométhène cyclométalé. Les composés ont montré une forte absorption de photons dans la région de 600 à 800 nm (rouge à proche- infrarouge) et qui a pu être étendue au-delà de 1100 nm dans le cas des dérivés portant un ligand terpyridine. L’analyse des propriétés optoélectroniques de façon empirique et théorique a montré un impact significatif de la cyclométalation et ouvert la voie pour leur étude en tant que photosensibilisateurs en OPV et en DSSC. La capacité d’un des complexes à photo-injecter un électron dans la bande de conduction du semi-conducteur TiO2 a été démontré en collaboration avec le groupe du Pr Gerald J. Meyer à University of North Carolina at Chapel Hill, premier pas vers une utilisation dans les cellules solaires à pigments photosensibles. La stabilité des complexes en solution s’est toutefois avérée problématique et des pistes de solutions sont suggérées basées sur les connaissances acquises dans le cadre de cette thèse.

Exploring coordination-driven self-assembly with autonomous chemical robots

The work presented herein focused on the automation of coordination-driven self assembly, exploring methods that allow syntheses to be followed more closely while forming new ligands, as part of the fundamental study of the digitization of chemical synthesis and discovery. Whilst the control and understanding of the principle of pre-organization and self-sorting under non-equilibrium conditions remains a key goal, a clear gap has been identified in the absence of approaches that can permit fast screening and real-time observation of the reaction process under different conditions. A firm emphasis was thus placed on the realization of an autonomous chemical robot, which can not only monitor and manipulate coordination chemistry in real-time, but can also allow the exploration of a large chemical parameter space defined by the ligand building blocks and the metal to coordinate. The self-assembly of imine ligands with copper and nickel cations has been studied in a multi-step approach using a self-built flow system capable of automatically controlling the liquid-handling and collecting data in real-time using a benchtop MS and NMR spectrometer. This study led to the identification of a transient Cu(I) species in situ which allows for the formation of dimeric and trimeric carbonato bridged Cu(II) assemblies. Furthermore, new Ni(II) complexes and more remarkably also a new binuclear Cu(I) complex, which usually requires long and laborious inert conditions, could be isolated. The study was then expanded to the autonomous optimization of the ligand synthesis by enabling feedback control on the chemical system via benchtop NMR. The synthesis of new polydentate ligands has emerged as a result of the study aiming to enhance the complexity of the chemical system to accelerate the discovery of new complexes. This type of ligand consists of 1-pyridinyl-4-imino-1,2,3-triazole units, which can coordinate with different metal salts. The studies to test for the CuAAC synthesis via microwave lead to the discovery of four new Cu complexes, one of them being a coordination polymer obtained from a solvent dependent crystallization technique. With the goal of easier integration into an automated system, copper tubing has been exploited as the chemical reactor for the synthesis of this ligand, as it efficiently enhances the rate of the triazole formation and consequently promotes the formation of the full ligand in high yields within two hours. Lastly, the digitization of coordination-driven self-assembly has been realized for the first time using an in-house autonomous chemical robot, herein named the ‘Finder’. The chemical parameter space to explore was defined by the selection of six variables, which consist of the ligand precursors necessary to form complex ligands (aldehydes, alkineamines and azides), of the metal salt solutions and of other reaction parameters – duration, temperature and reagent volumes. The platform was assembled using rounded bottom flasks, flow syringe pumps, copper tubing, as an active reactor, and in-line analytics – a pH meter probe, a UV-vis flow cell and a benchtop MS. The control over the system was then obtained with an algorithm capable of autonomously focusing the experiments on the most reactive region (by avoiding areas of low interest) of the chemical parameter space to explore. This study led to interesting observations, such as metal exchange phenomena, and also to the autonomous discovery of self assembled structures in solution and solid state – such as 1-pyridinyl-4-imino-1,2,3-triazole based Fe complexes and two helicates based on the same ligand coordination motif.

Estudo da polimerização térmica de óleos e gorduras

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2011.

Modern Computational Chemistry Methods for Prediction of Ground- and Excited-State Properties in Open-Shell Systems

The main goal of the research presented in this work is to provide some important insights about computational modeling of open-shell species. Such projects are: the investigation of the size-extensivity error in Equation-of-Motion Coupled Cluster methods, the analysis of the Long-Range corrected scheme in predicting UV-Vis spectra of Cu(II) complexes with the 4-imidazole acetate and its ethylated derivative, and the exploration of the importance of choosing a proper basis set for the description of systems such as the lithium monoxide anion. The most significant findings of this research are: (i) The contribution of the left operator to the size-extensivity error of the CR-EOMCC(2,3) approach, (ii) The cause of d-d shifts when varying the range-separation parameter and the amount of the exact exchange arising from the imbalanced treatment of localized vs. delocalized orbitals via the "tuned" CAM-B3LYP* functional, (iii) The proper acidity trend of the first-row hydrides and their lithiated analogs that may be reversed if the basis sets are not correctly selected.

Transfert ultrarapide d’électron et transfert modéré d’énergie au sein d’assemblages supramoléculaires de colorants et d’un cluster de palladium

Résumé : Les transferts d’électrons photo-induits et d’énergie jouent un rôle primordial dans un grand nombre de processus photochimiques et photobiologiques, comme la respiration ou la photosynthèse. Une très grande quantité de systèmes à liaisons covalentes ont été conçus pour copier ces processus de transferts. Cependant, les progrès sont, en grande partie, limités par les difficultés rencontrées dans la synthèse de nouveaux couples de types donneurs-accepteurs. Récemment, des espèces utilisant des liaisons non-covalentes, comme les liaisons hydrogènes, les interactions [pi]-[pi], les liaisons de coordination métal-ligands ou encore les interactions électrostatiques sont le centre d’un nouvel intérêt du fait qu’ils soient plus faciles à synthétiser et à gérer pour obtenir des comportements de transferts d’électrons ou d’énergie plus flexibles et sélectifs. C’est dans cette optique que le travail de cette thèse a été mené, i.e. de concevoir des composés auto-assemblés avec des porphyrines et un cluster de palladium pour l’étude des transferts d’électrons photo-induits et d’énergie. Cette thèse se divise en quatre parties principales. Dans la première section, le chapitre 3, deux colorants porphyriniques, soit le 5-(4-carboxylphényl)-10, 15, 20-tristolyl(porphyrinato)zinc(II) (MCP, avec Na+ comme contre-ion) et 5, 15-bis(4-carboxylphényl)-15, 20-bistolyl(porphyrinato)zinc(II) (DCP, avec Na+ comme contre-ion) ont été utilisés comme donneurs d’électrons, et le [Pd3(dppm)3(CO)]2+ ([Pd32+], dppm = (Ph2P)2CH2, PF6‾ est le contre-ion) a été choisi comme accepteur d’électrons. La structure de l’assemblage [Pd32+]•••porphyrine a été élucidée par l’optimisation des géométries à l’aide de calculs DFT. La spectroscopie d’absorption transitoire (TAS) montre la vitesse de transferts d’électrons la plus rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection) jamais enregistrée pour ce type de système (porphyrine-accepteur auto-assemblés). Généralement, ces processus sont de l’ordre de l’échelle de la ps-ns. Cette vitesse est comparable aux plus rapides transferts d’électrons rapportés dans le cas de systèmes covalents de type porphyrine-accepteur rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection). Ce transfert d’électrons ultra-rapide (ket > 1.2 × 1013 s-1) se produit à l’état énergétique S1 des colorants dans une structure liée directement par des interactions ioniques, ce qui indique qu’il n’est pas nécessaire d’avoir de forts liens ou une géométrie courbée entre le donneur et l’accepteur. Dans une deuxième section, au chapitre 4, nous avons étudié en profondeur l’effet de l’utilisation de porphyrines à systèmes π-étendus sur le comportement des transferts d’électrons. Le colorant 9, 18, 27, 36-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPBP, avec Na+ comme contre-ion) a été sélectionné comme candidat, et le 5, 10, 15, 20-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)porphyrineatozinc(II) (TCPP, avec Na+ comme contre-ion) a aussi été utilisé à des fins de comparaisons. TCPBP et TCPP ont, tous deux, été utilisés comme donneurs d’électrons pour fabriquer des assemblages supramoléculaires avec le cluster [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Les calculs DFT ont été réalisés pour expliquer les structures de ces assemblages. Dans les conditions expérimentales, ces assemblages sont composés principalement d’une porphyrine avec 4 équivalents de clusters. Ces systèmes ont aussi été investigués par des mesures de quenching (perte de luminescence), par électrochimie et par d’autres techniques. Les transferts d’électrons (< 85 fs; temps inférieurs à la limite de détection) étaient aussi observés, de façon similaire aux assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les résultats nous indiquent que la modification de la structure de la porphyrine vers la tétrabenzoporphyrine ne semble pas influencer le comportement des cinétiques de transferts d’électrons (aller ou retour). Dans la troisième section, le chapitre 5, nous avons synthétisé la porphyrine hautement [pi]-conjuguée: 9, 18, 27, 36-tétra-(4-carboxyphényléthynyl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPEBP, avec Na+ comme contre-ion) par des fonctionnalisations en positions meso- et β, β-, qui présente un déplacement vers le rouge de la bande de Soret et des bandes Q. TCPEBP était utilisé comme donneur d’électrons pour fabriquer des motifs supramoléculaires avec le [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Des expériences en parallèle ont été menées en utilisant la 5, 10, 15, 20-tétra-(4-carboxyphényl)éthynylporphyrinatozinc(II) (TCPEP, avec Na+ comme contre-ion). Des calculs DFT et TDDFT ont été réalisés pour de nouveau déterminer de façon théorique les structures de ces systèmes. Les constantes d’association pour les assemblages TCPEBP•••[Pd32+]x sont les plus élevées parmi tous les assemblages entre des porphyrines et le cluster de palladium rencontrés dans la littérature. La TAS a montré, encore une fois, des processus de transferts d’électrons dans des échelles de l’ordre de 75-110 fs. Cependant, les transferts de retour d’électrons sont aussi très rapides (< 1 ps), ce qui est un obstacle potentiel pour des applications en cellules solaires à pigment photosensible (DSSCs). Dans la quatrième section, le chapitre 6, les transferts d’énergie triplets (TET) ont été étudiés pour les assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les analyses spectrales des états transitoires dans l’échelle de temps de la ns-[mu]s démontrent de façon évidente les TETs; ceux-ci présentent des transferts d’énergie lents et/ou des vitesses moyennes pour des transferts d’énergie T1-T1 (3dye*•••[Pd32+] → dye•••3[Pd32+]*) opérant à travers exclusivement le mécanisme de Förster avec des valeurs de kET autour de ~ 1 × 105 s-1 selon les mesures d’absorption transitoires à 298 K. Des forces motrices non-favorables rendent ces types de processus non-opérants ou très lents dans les états T1. L’état T1 de [Pd32+] (~8190 cm-1) a été qualitativement déterminé par DFT et par la mise en évidence de l’émission S0 ← Tn retardée à 680-700 nm provenant de l’annihilation T1-T1, ce qui fait que ce cluster peut potentiellement agir comme un donneur à partir de ses états Tn, et accepteur à partir de T1 à l’intérieur de ces assemblages. Des pertes d’intensités de types statiques pour la phosphorescence dans le proche-IR sont observées à 785 nm. Ce travail démontre une efficacité modérée des colorants à base de porphyrines pour être impliquée dans des TETs avec des fragments organométalliques, et ce, même attachées grâce à des interactions ioniques. En conclusion, les assemblages ioniques à base de porphyrines et de clusters de palladium présentent des propriétés de transferts d’électrons S1 ultra-rapides, et des transferts d’énergie T1 de vitesses modérées, ce qui est utile pour de possibles applications comme outils optoélectroniques. D’autres études, plus en profondeur, sont présentement en progrès.

Electric-polarization and structure of molecular complexes of the metallic halides of group II of the periodic table

Dielectric measurements have been made on a number of molecular complexes of beryllium, zinc, cadmium and mercuric halides. The polarizations observed have been interpreted in terms of a tetrahedral configuration for the undissociated beryllium, zinc and cadmium halide complexes. In other cases the observed polarization has been shown to be due to the dissociation of the complex in solution.

Novel M(II) beta-diketiminate complexes for the polymerization of lactide

Des ligands diketimines porteurs de substituants N-benzyl, N-9-anthrylmethyl et N-mesitylmethyl (nacnacBnH, nacnacAnH, and nacnacMesH) ont été synthétisés par condensation d’une amine et d’acétyl acétone ou son monoacétal d’éthylène glycol. La chlorination de la position 3 a été effectuée à l’aide de N-chlorosuccinimide conduisant à la formation des ligands ClnacnacBnH et ClnacnacAnH. Cette même position 3 a également été substituée par un groupement succinimide par lithiation du nacnacBnH, suivi de la réaction avec le N-chlorosuccinimide (3-succinimido-nacnacBnH). Les ligands N-aryl nacnacippH et nacnacNaphH (ipp = 2-isopropylphenyl, Naph = 1-naphthyl) ont été préparés selon les procédures reportées dans la littérature. La réaction de ces ligands avec Zn(TMSA)2 (TMSA = N(SiMe3)2) conduit à la formation des complexes nacnacAnZn(TMSA) et ClnacnacBnZn(TMSA). La protonation avec l’isopropanol permet l’obtention des complexes nacnacAnZnOiPr et ClnacnacBnZnOiPr. La réaction avec Mg(TMSA)2 permet quant à elle la formation des complexes nacnacAnMg(TMSA), nacnacMesMg(TMSA), ClnacnacBnMg(TMSA) et ClnacnacAnMg(TMSA). La protonation subséquente à l’aide du tert-butanol permet l’obtention du nacnacMesMgOtBu et du ClnacnacBnMgOtBu, alors que l’on observe uniquement une décomposition avec les ligands possédant des substituants N-anthrylmethyl. La réaction de ces diketimines avec Cu(OiPr)2 conduit aux dimères hétéroleptiques [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 et [3-Cl-nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 lors de l’usage des ligands stériquement peu encombrés. Lors de l’utilisation de ligands plus encombrés, la stabilisation du complexe hétéroleptique par dimérisation n’est plus possible, conduisant, par un échange de ligand, à la formation des complexes homoleptiques Cu(nacnacipp)2 et Cu(nacnacNaph)2. Les complexes homoleptiques Cu(nacnacBn)2 et Cu(3-succinimido-nacnacBn)2 ont été obtenus à partir des ligands N-benzyl. Les ligands encore plus encombrés tels que nacnacAnH, nacnacMesH ou ceux comportant des substituants N-methylbenzyl ne présentent alors plus de réactivité avec le Cu(OiPr)2. La plupart des complexes ont été caractérisés par Diffraction des Rayons X. Les complexes homoleptiques ainsi que ceux de TMSA sont monomériques, alors que ceux formés à partir d’alkoxides se présentent sous forme de dimères à l’état solide. Tous les complexes d’alkoxides ainsi que les nacnacAnMg(TMSA)/BnOH et ClnacnacAnMg(TMSA)/BnOH présentent une réactivité modérée à haute en matière de polymérisation du rac-lactide (90% de conversion en 30 secondes à 3 heures). Le nacnacAnZnOiPr permet la synthèse d’un polymère hautement hétérotactique (Pr = 0.90) quand le ClnacnacBnMgOtBu/BnOH génère un polymère isotactique à -30°C (Pr = 0.43). Tous les autres catalyseurs produisent des polymères atactiques avec une légère tendance hétérotactique (Pr = 0.48 – 0.55). Les complexes hétéroleptiques [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 et [3-Cl-nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 se révèlent être de très bons catalyseurs pour la polymérisation du rac-lactide présentant une conversion complète du monomère à température ambiante, en solution, en 0,5 à 5 minutes. Le [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 est actif en présence ou absence d’isopropanol, agissant comme agent de transfert de chaine à haute activité (k2 = 32 M–1•s–1) dans le dichlorométhane. Dans l’acétonitrile, le THF, le dichloromethane et le toluène, [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 conduit à une étroite polydispersité, possédant respectivement des kobs = 2.4(1), 5.3(5), 3.6-4.4 and 10(1) min–1. Aucune réaction parasite, telle qu’une trans-esterification, une épimerisation ou une décomposition du catalyseur, n’a été observée. Les complexes homoleptiques en présence d’alcool libre semblent présenter un équilibre avec une petite quantité de leurs équivalents hétéroleptiques, permettant une polymérisation complète, en moins de 60 min, à température ambiante. Tous les catalyseurs de cuivre présentent un haut contrôle de la polymérisation avec une polydispersité égale ou inférieure à 1.1. Les polymères obtenus sont essentiellement atactiques, avec une légère tendance à l’hétérotacticité à température ambiante et -17°C. Le [nacnacBnCu(μ-OiPr)]2 polymérise également la -butyrolactone (BL), l’-caprolactone (CL) et la -valerolactone (VL) avec des constantes respectivement égales à kobs = 3.0(1)•10–2, 1.2–2.7•10–2, et 0.11(1) min–1. Les homopolymères présentent une étroite polydispersité d’approximativement 1.1. Les polymérisations par addition séquentielle ont mis en évidence une trans-estérification (non observée dans les homopolymérisations) si BL ou CL sont introduits après un bloc lactide.

Dinuclear copper and zinc complexes of a hexaazamacrocycle containing p-xylyl spacers and bridging anions: theoretical and spectroscopic studies

The hexaazamacrocycle 7,22-dimethyl-3,7,11,18,22,26-hexaazatricyclo[26.2.2.2(13,16)] tetratriaconta-1(30), 13,15,28,31,33- hexaene (Me-2[30] pbz(2)N(6)) was synthesized and characterised by single crystal X-ray diffraction. The macrocycle adopts a conformation with the two aromatic rings almost parallel at a distance of ca. 4.24 Angstrom, but displaced relative to each other by ca. 1.51 Angstrom. The protonation constants of this compound and the stability constants of its complexes with Cu2+ and Zn2+, were determined in water - methanol (9 : 1 v/v) at 25 degreesC with ionic strength 0.10 mol dm(-3) in KCl. The potentiometric and spectroscopic studies (NMR of zinc, cadmium and lead complexes, and EPR of the copper complexes) indicate the formation of only dinuclear complexes. The association constants of the dinuclear copper complex with anions ( thiocyanate, terephthalate and glyphosate) and neutral molecules (1,4-benzenedimethanol, p-xylylenediamine and terephthalic acid) were determined at 20 degreesC in methanol. The structural preferences of this ligand and of its dinuclear copper(II) complex with a variety of bridging ligands were evaluated theoretically by molecular mechanics calculations (MM) and molecular dynamics (MD) using quenching techniques.

Syntheses and spectroscopy of diamine complexes of Zn(II) and Cd(II) ethylxanthates and the molecular structures of [M(S2COEt)(2)TMEDA]: formation of US nanoparticles from [Cd(S2COEt)(2)] and [Cd(S2COEt)(2)TMEDA]

The zinc and cadmium ethylxanthate complexes of N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine (TMEDA), [M(S2COEt)(2)TMEDA], were synthesized and characterized with infrared, H-1 and C-13 NMR spectroscopy, mass spectrometry and X-ray crystallography. Whereas the cadmium complex has a six-coordinate {CdS4N2} centre with bidentate xanthate ligands, the zinc complex contains four coordinate {ZnS2N2} zinc with two monodentate xanthate groups. The cadmium species [Cd(S2COEt)(2)(diamine)] (where diamine = N,N-dimethylethylenediamine or N,N'-diisopropylethylenediamine) were also synthesized. The surfactant-assisted formation of nanoparticles from [Cd(S2COEt)(2)] and [Cd(S2COEt)(2)TMEDA] was studied with TEM, XRD and XRF techniques. From [Cd(S2COEt)(2)], spherical nanoparticle aggregates 140-200 nm in diameter were obtained but from [Cd(S2COEt)(2)TMEDA], single nanoparticles were produced with estimated diameters in the range of 4-7 nm and almost no aggregation. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.