Synthesis, characterisation and benzylation activity of vanadia impregnated iron pillared montmorillonite

Iron pillared Montmorillonite has been synthesised and it is then wet impregnated with vanadia with different vanadia composition. These catalysts are characterised using conventional techniques such as XRD analysis,FTIR analysis and surface area and pore volume measurements. Acidity is measured using spectrophotometric monitoring of adsorption of perylene, thermogravimetric desorption of 2.6 dimethylpyridine and temperature programmed desorption of ammonia. Activity studies are done in the liquid phase. It has been concluded that Lewis acidic sites are responsible for the benzylation of toluene when the benzylating agent is benzyl chloride while Bronsted acidic sites are responsible when the reagent is benzyl alcohol.

Liquid phase benzoylation of arenes over iron promoted sulphated zirconia

The present work undertakes the preparation and physico-chemical characterisation of iron promoted sulphated zirconia (SZ) with different amounts of iron loading and their application to Friedel-Crafts benzoylation of benzene, toluene and xylene under different experimental conditions, XRD and laser Raman techniques reveal the stabilisation of the tetragonal phase of zirconia and the existence of iron in highly dispersed form as Fe203 on the catalyst surface. The surface acidic properties were determined by ammonia temperature programmed desorption (TPD) and perylene adsorption, The results were supported by the TGA studies after adsorption of pyridine and 2,6-dimethylpyridine (2,6-DMP), Strong Lewis acid sites on the surface, which are evident from TPD and perylene adsorption studies. explain the high catalytic activity of the systems towards benzoylation. The experimental results provide evidence for the truly heterogeneous nature of the reaction. The studies also establish the resistance to deactivation in the metal incorporated sulphated systems.

Influence of sulphate content on the physico-chemical properties and catalytic activity of some sulphated zirconia systems

The present work attempts a systematic examination of the effect of sulphate content on the physico-chemical properties and catalytic activity of sulphated zirconia and iron promoted sulphated zirconia systems. Sulphate content is estimated by EDX analysis. The amount of sulphate incorporated has been found to influence the surface area, crystal structure and the acid strength distribution. Ammonia TPD and adsorption studies using perylene have enabled the determination of surface acidic properties. The results are supported by the thermodesorption studies using pyridine and 2,6-dimethylpyridine. The catalytic activity towards benzoylation reaction has been correlated with the surface acidity of the systems.

Synthesis, characterization and benzylation activity of nanocrystalline chromia loaded sulfated titania prepared via sol–gel route

Chromia loaded sulfated titania has been synthesized via sol–gel route with different chromia loadings. These catalysts are characterized using conventional techniques such as XRD analysis, FTIR analysis, surface area and pore volume measurements, EDX, SEM and UV–Vis diffuse reflectance spectral analysis. Acidity is measured using spectrophotometric monitoring of adsorption of perylene, thermogravimetric desorption of 2,6-dimethylpyridine and temperature programmed desorption of ammonia. Activity studies are done in the liquid phase. It has been concluded that Lewis acid sites are responsible for the benzylation of arenes with benzyl chloride.

Synthese und Charakterisierung neuartiger, ambipolarer organischer Halbleiter, basierend auf Perylencarboximid-Systemen kombiniert mit funktionalisierten Spirobifluoreneinheiten

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese und Charakterisierung von donor-funktionalisierten Spiro-Perylencarboximiden, welche für den Einsatz in optoelektronischen Bauelementen wie z.B. organischen Phototransistoren, Feldeffekttransistoren oder Solarzellen vorgesehen sind. Die donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide stellen kovalent gebundene Donor-Akzeptor-Verbindungen dar, die unter geeigneter Belichtung einen ladungsgetrennten Zustand bilden können. Die Verbindungen wurden aus unterschiedlichen Spiroamin- und Perylenanhydrid-Edukten synthetisiert, die im Baukastenprinzip zu den entsprechenden Zielverbindungen umgesetzt wurden. Mittels unterschiedlicher Charakterisierungsmethoden (z.B. DSC, TGA, CV, Absorptions- und Fluoreszenzmessungen) wurden die Eigenschaften der neuartigen Zielverbindungen untersucht. Im Rahmen der Arbeit wurden vier neue Spiroamin-Edukte erstmalig synthetisiert und charakterisiert. Sie wurden durch Reduktion aus den bisher noch nicht beschriebenen Nitroverbindungen bzw. mittels Pd-katalysierter Kreuzkupplung (Hartwig-Buchwald-Reaktion) aus einer halogenierten Spiroverbindung erhalten. Als Perylenanhydrid-Edukt wurde erstmals eine perfluorierte Perylenanhydrid-Imid-Verbindung hergestellt. Aus den Spiroamin- und Perylenanhydrid-Edukten wurden insgesamt neun neue, donorfunktionalisierte Spiro-Perylencarboximide synthetisiert. Zusätzlich wurden sechs neuartige Spiro-Perylencarboximide ohne Diphenylamin-Donor hergestellt, die als Vergleichsverbindungen dienten. Die donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide besitzen eine Absorption im UV- und sichtbaren Spektralbereich, wobei hohe Extinktionskoeffizienten erreicht werden. Die Verbindungen zeigen in verdünnter Lösung (sowohl in polaren als auch in unpolaren Lösungsmitteln) eine Fluoreszenzquantenausbeute unter 1 %, was auf einen effizienten Ladungstransfer zurückzuführen ist. Alle donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide zeigen in den CV-Messungen reversibles Verhalten. Mittels CV-Messungen und optischer Methode konnten die HOMO- und LUMO-Lagen der jeweiligen Molekülhälften berechnet und das Fluoreszenzverhalten der Verbindungen erklärt werden. Ebenso konnten die Auswirkungen von unterschiedlichen Substituenten auf die jeweiligen HOMO-/LUMO-Lagen näher untersucht werden. Die durchgeführten DSC- und TGA-Untersuchungen zeigen hohe morphologische und thermische Stabilität der Verbindungen, wobei Glasübergangstemperaturen > 211 °C, Schmelztemperaturen > 388 °C und Zersetzungstemperaturen > 453 °C gemessen wurden. Diese Werte sind höher als die bisher in der Literatur für ähnliche spiroverknüpfte Verbindungen berichteten. Als besonders interessant haben sich die unsymmetrischen donorfunktionalisierten Spiro-Perylencarboximide herausgestellt. Sie zeigen hohe Löslichkeit in gängigen Lösungsmitteln, sind bis zu einer Molmasse < 1227 g/mol aufdampfbar und bilden stabile, amorphe Schichten.

Organische Mikro- und Nanodrähte auf Basis von Perylendiimiden

Diese Arbeit thematisiert die optimierte Darstellung von organischen Mikro- und Nanodrähten, Untersuchungen bezüglich deren molekularen Aufbaus und die anwendungsorientierte Charakterisierung der Eigenschaften. Mikro- und Nanodrähte haben in den letzten Jahren im Zuge der Miniaturisierung von Technologien an weitreichendem Interesse gewonnen. Solche eindimensionalen Strukturen, deren Durchmesser im Bereich weniger zehn Nanometer bis zu einigen wenigen Mikrometern liegt, sind Gegenstand intensiver Forschung. Neben anorganischen Ausgangssubstanzen zur Erzeugung von Mikro- und Nanodrähten haben organische Funktionsmaterialien aufgrund ihrer einfachen und kostengünstigen Verarbeitbarkeit sowie ihrer interessanten elektrischen und optischen Eigenschaften an Bedeutung gewonnen. Eine wichtige Materialklasse ist in diesem Zusammenhang die Verbindungsklasse der n-halbleitenden Perylentetracarbonsäurediimide (kurz Perylendiimide). Dem erfolgreichen Einsatz von eindimensionalen Strukturen als miniaturisierte Bausteine geht die optimierte und kontrollierte Herstellung voraus. Im Rahmen der Doktorarbeit wurde die neue Methode der Drahterzeugung „Trocknen unter Lösungsmittelatmosphäre“ entwickelt, welche auf Selbstassemblierung der Substanzmoleküle aus Lösung basiert und unter dem Einfluss von Lösungsmitteldampf direkt auf einem vorgegebenen Substrat stattfindet. Im Gegensatz zu literaturbekannten Methoden ist kein Transfer der Drähte aus einem Reaktionsgefäß nötig und damit verbundene Beschädigungen der Strukturen werden vermieden. Während herkömmliche Methoden in einer unkontrolliert großen Menge von ineinander verwundenen Drähten resultieren, erlaubt die substratbasierte Technik die Bildung voneinander separierter Einzelfasern und somit beispielsweise den Einsatz in Einzelstrukturbauteilen. Die erhaltenen Fasern sind morphologisch sehr gleichmäßig und weisen bei Längen von bis zu 5 mm bemerkenswert hohe Aspektverhältnisse von über 10000 auf. Darüber hinaus kann durch das direkte Drahtwachstum auf dem Substrat über den Einsatz von vorstrukturierten Oberflächen und Wachstumsmasken gerichtetes, lokal beschränktes Drahtwachstum erzielt werden und damit aktive Kontrolle auf Richtung und Wachstumsbereich der makroskopisch nicht handhabbaren Objekte ausgeübt werden. Um das Drahtwachstum auch hinsichtlich der Materialauswahl, d. h. der eingesetzten Ausgangsmaterialien zur Drahterzeugung und somit der resultierenden Eigenschaften der gebildeten Strukturen aktiv kontrollieren zu können, wird der Einfluss unterschiedlicher Parameter auf die Morphologie der Selbstassemblierungsprodukte am Beispiel unterschiedlicher Derivate betrachtet. So stellt sich zum einen die Art der eingesetzten Lösungsmittel in flüssiger und gasförmiger Phase beim Trocknen unter Lösungsmittelatmosphäre als wichtiger Faktor heraus. Beide Lösungsmittel dienen als Interaktionspartner für die Moleküle des funktionellen Drahtmaterials im Selbstassemblierungsprozess. Spezifische Wechselwirkungen zwischen Perylendiimid-Molekülen untereinander und mit Lösungsmittel-Molekülen bestimmen dabei die äußere Form der erhaltenen Strukturen. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Molekülstruktur des verwendeten funktionellen Perylendiimids. Es wird der Einfluss einer Bay-Substitution bzw. einer unsymmetrischen Imid-Substitution auf die Morphologie der erhaltenen Strukturen herausgestellt. Für das detaillierte Verständnis des Zusammenhanges zwischen Molekülstruktur und nötigen Wachstumsbedingungen für die Bildung von eindimensionalen Strukturen zum einen, aber auch die resultierenden Eigenschaften der erhaltenen Aggregationsprodukte zum anderen, sind Informationen über den molekularen Aufbau von großer Bedeutung. Im Rahmen der Doktorarbeit konnte ein molekular hoch geordneter, kristalliner Aufbau der Drähte nachgewiesen werden. Durch Kombination unterschiedlicher Messmethoden ist es gelungen, die molekulare Anordnung in Strukturen aus einem Spirobifluoren-substituierten Derivat in Form einer verkippten Molekülstapelung entlang der Drahtlängsrichtung zu bestimmen. Um mögliche Anwendungsbereiche der erzeugten Drähte aufzuzeigen, wurden diese hinsichtlich ihrer elektrischen und optischen Eigenschaften analysiert. Neben dem potentiellen Einsatz im Bereich von Filteranwendungen und Sensoren, sind vor allem die halbleitenden und optisch wellenleitenden Eigenschaften hervorzuheben. Es konnten organische Transistoren auf der Basis von Einzeldrähten mit im Vergleich zu Dünnschichtbauteilen erhöhten Ladungsträgerbeweglichkeiten präpariert werden. Darüber hinaus wurden die erzeugten eindimensionalen Strukturen als aktive optische Wellenleiter charakterisiert. Die im Rahmen der Dissertation erarbeiteten Kenntnisse bezüglich der Bildung von eindimensionalen Strukturen durch Selbstassemblierung, des Drahtaufbaus und erster anwendungsorientierter Charakterisierung stellen eine Basis zur Weiterentwicklung solcher miniaturisierter Bausteine für unterschiedlichste Anwendungen dar. Die neu entwickelte Methode des Trocknens unter Lösungsmittelatmosphäre ist nicht auf den Einsatz von Perylendiimiden beschränkt, sondern kann auf andere Substanzklassen ausgeweitet werden. Dies eröffnet breite Möglichkeiten der Materialauswahl und somit der Einsatzmöglichkeiten der erhaltenen Strukturen.

Induced-fit binding of π-electron donor substrates to macrocyclic aromatic ether-imide-sulfones: a versatile approach to molecular assembly

Novel macrocyclic receptors which bind electron-donor aromatic substrates via π-stacking donor- acceptor interactions are obtained by cyclo-imidization of an amine-functionalized arylether-sulfone with pyromellitic- and 1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydrides. These macrocycles complex with a wide variety of π-donor substrates including tetrathiafulvalene, naphthalene, anthracene, pyrene, perylene, and functional derivatives of these polycyclic hydrocarbons. The resulting supramolecular assemblies range from simple 1:1 complexes, to [2]- and [3]-pseudorotaxanes, and even (as a result of crystallographic disorder) an apparent polyrotaxane. Direct, five-component self-assembly of a metal-centred [3]pseudorotaxane is also observed, on complexation of a macrocyclic ether-imide with 8-hydroxyquinoline in the presence of palladium(II) ions. Binding studies in solution were carried out by 1H NMR and UV-visible spectroscopy, and the stoichiometries of binding were confirmed by Job plots based on charge-transfer absorption bands. The highest association constants are found for strong π-donor guests with large surface-areas, notably perylene and 1-hydroxypyrene, for which Ka values of 1.4 x 103 and 2.3 x 103 M-1 respectively are found. Single crystal X-ray analyses of the receptors and their derived complexes reveal large, induced-fit distortions of the macrocyclic frameworks as a result of complexation. These structures provide compelling evidence for the existence of strong, attractive forces between the electronically-complementary aromatic π-systems of host and guest.

Covalent attachment of 3,4,9,10-perylenediimides onto the walls of mesoporous molecular sieves MCM-41 and SBA-15

This work describes the covalent grafting of 3,4,9,10-perylenediimides (PDI), which are fluorescent dyes with very interesting optical properties, onto the walls of mesoporous molecular sieves MCM-41 and SBA-15. The mesoporous materials were first treated with 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES) in anhydrous toluene, generating amine-containing surfaces. The amine-containing materials were then reacted with 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCA), generating surface-grafted PDI. Infrared spectra of the materials showed that the reaction with amino groups took place at both anhydride ends of the PTCA molecule, resulting in surface attached diimides. No sign of unreacted anhydride groups were found. The new materials, designated as MCMN2PDI and SBAN(2)PDI, presented absorption and emission spectra corresponding to weakly coupled PDI chromophores, in contrast to the strongly coupled rings usually found in solid PDI samples. The materials showed a red fluorescence, which could be observed by the naked eye under UV irradiation or with a fluorescence microscope. The PDI-modified mesoporous materials showed electrical conductivity when pressed into a pellet. The results presented here show that the new materials are potentially useful in the design of nanowires. (C) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Sensor array made with nanostructured films to detect a phenothiazine compound

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Tratamento eletroquímico de água produzida sintética para remoção de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos

The aim of this work is the treatment of produced water from oil by using electrochemical technology. Produced water is a major waste generated during the process of exploration and production in the oil industry. Several approaches are being studied aiming at the treatment of this effluent; among them can be cited the biological process and chemical treatments such as advanced oxidation process and electrochemical treatments (electrooxidation, electroflotation, electrocoagulation, electrocoagulation). This work studies the application of electrochemical technology in the treatment of the synthetic produced water effluent through the action of the electron, in order to remove or transform the toxic and harmful substances from the environment by redox reactions in less toxic substances. For this reason, we used a synthetic wastewater, containing a mixture H2SO4 0,5M and 16 HPAs, which are: naphthalene, acenaphthylene, acenaphthene, fluorene, phenanthrene, anthracene, fluoranthene, pyrene, benzo (a) anthracene, chrysene, benzo(b)fluoranthene, benzo(k) fluoranthene, benzo(a)pyrene, indeno(1,2,3-cd)pyrene, dibenzo(a, h)anthracene, benzo(g, h, i)perylene. Bulk electrochemical oxidation experiments were performed using a batch electrochemical reactor containing a pair of parallel electrodes, coupled with a power supply using a magnetic stirrer for favoring the transfer mass control. As anodic material was used, a Dimensionally Stable Anode (DSA) of Ti/Pt, while as cathode was used a Ti electrode. Several samples were collected at specific times and after that, the analysis of these samples were carried out by using Gas Chromatography Coupled to Mass Spectrometry (GC - MS) in order to determine the percentage of removal. The results showed that it was possible to achieve the removal of HPAs about 80% (in some cases, more than 80%). In addition, as an indicator of the economic feasibility of electrochemical treatment the energy consumption was analyzed for each hour of electrolysis, and based on the value kWh charged by ANEEL, the costs were estimated. Thus, the treatment costs of this research were quite attractive

Polycyclic aromatic hydrocarbons from wood pyrolyis in charcoal production furnaces

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) were measured in smoke samples from wood carbonization during charcoal production, in both particulate matter (PM) and gaseous phases. Samples were acquired using a medium-volume air sampler at 1.5 m distance from the furnace. Particle-bound PAH were collected on Fluoropore polytetrafluoroethylene filters and gas-phase PAH were collected into sorbent tubes with XAD-2 resin. PAH were extracted with dichloromethane-methanol and analyzed using gas chromatography-mass spectrometry. The results showed total emission from the furnace of 26 mu g/m(3) for the 16 PAH and 2.8 mu g/m(3) for the 10 genotoxic PAH (from fluoranthene to benzo[g,h,i]perylene). High emission of 16 PAH in the first 8 h of wood carbonization was detected (64 mu g/m(3); 56% of the total emission). Associated with PM, 11% of the total emission of 16 PAH (in both phases) and 60% of 10 genotoxic PAH were found. Relative ratios (for example, [Phe]/[Phe] + [Ant]) for the PAH of the same molecular weight were obtained and compared with the published data. The concentrations of benzo[a]pyrene equivalent (BaPeq) were estimated using the list of toxic equivalent factors suggested by Nisbet and LaGoy, 1992. The values of 0.30 and 0.06 mg/m3 were obtained for the total concentrations of BaPeq in PM and gaseous phase, respectively. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Nanostructured films employed as sensing units in an electronic tongue system

Nanostructured films of lignin (macromolecule extracted from sugar cane bagasse), polypyrrole (conducting polymer) and bis butylimido perylene (organic dye) were used in the detection of trace levels of fluorine (from H2SiF6), chlorine (from NaCIO), Pb+2, Cu+2, and Cd+2 in aqueous solutions. Langmuir monolayers on ultrapure water were characterised by surface pressure-mean molecular area (II-A) isotherms. Langmuir-Blodgett (LB) films were transferred onto gold interdigitated electrodes and used as individual sensing units of an electronic tongue system. Impedance spectroscopy measurements were taken with the sensor immersed into aqueous solutions containing the ions described above in different molar concentrations. Fourier transform infrared absorption (FTIR) was employed to identify possible interactions between the LB films and the analytes in solution, and no significant changes could be observed in the FTIR spectra of BuPTCD and Ppy. Therefore, the results for lignin point to an interaction involving the electronic cloud of the phenyl groups with the metallic ions.

Surface-enhanced resonance Raman scattering as an analytical tool for single molecule detection

A perylene derivative, n-(n-butyl)-n'-(4-aminobutyl) perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic acid diimide (simplified as nBu-PTCD-(CH2)(4)-NH2) has been chosen as the target molecule for studies involving single molecule detection (SMD) using Raman scattering. The enhancement of the Raman signal is the result of the multiplicative effects of two phenomena, resonance Raman scattering (RRS) and surface-enhanced Raman scattering (SERS), which leads to the resulting surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) process. The SERRS spectra from a single molecule have been collected using both silver and gold colloids. The SMD detection of the fundamental vibrational frequencies characteristic of nBu-PTCD-(CH2)(4)-NH2 is complemented with the detection of some overtones and combinations from ring stretching modes at the single molecule level. The background characterization of the ensemble vibrational spectroscopy of the target perylene and its SERRS is also presented, which includes the UV-vis absorption, experimental and calculated Raman scattering and infrared absorption, and molecular organization using reflection-absorption infrared spectroscopy (RAIRS).

Metal-Organic Semiconductor Nanostructures for Surface-Enhanced Raman Scattering

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Toxicogenetic monitoring in urban cities exposed to different airborne contaminants

Microparticles found in the air may be associated with organic matter that contains several compounds, such as Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) and nitro-PAHs, and may pose a significant risk to human health, possibly leading to DNA mutations and cancers. This study associated genotoxicity assays for evaluating human exposure with the atmospheric air of two urban areas in southern Brazil, that received different atmospheric contributions. Site 1 was under urban-industrial influence and the other was a non-industrial reference, Site 2. Organic extracts from the airborne particulate matter were tested for mutagenicity via the Salmonella/microsome assay and analyzed for PAH composition. Cells samples of people residing in these two cities were evaluated using the comet and micronucleus assay (MN).Concentrations of the individual PAHs ranged from 0.01ng/m3 (benzo[a]anthracene) to 5.08ng/m3 (benzo[ghi]perylene). As to mutagenicity analysis of airborne, Site 1 presented all the mutagenic responses, which varied from 3.2±1.22rev/m3 (TA98 no S9) to 32.6±2.05rev/m3 (TA98, S9), while Site 2 ranged from negative to minimal responses. Site 1 presented a high quantity of nitro and amino derivatives of PAHs, and peaked at 56.0±3.68rev/μg (YG1024 strain). The two groups presented very low DNA damage levels without intergroup difference. Although Site 1 presented high mutagenic responses in the air samples, high PAH levels, healthy people exposed to this environment did not show significative damage in their genetic material. However, the evaluation of different environmental and genetic damage in such population is necessary to monitor possible damages. © 2013 Elsevier Inc.