Observation of a 331 K (58 °C) spin transition for bis[hydrotris(1,2,4-triazol-1-yl)borate]iron(II) by variable temperature infrared spectroscopy and magnetic susceptibility measurements

Fe{HB(CHN)} is observed by variable temperature infrared and magnetic studies to have a spin transition between the low spin S = 0 and high spin S = 2 states at 331 K (58 °C) with thermal hysteresis of ~1.5 K. Changes in the triazole ligand IR absorptions demonstrate that distant non-metal-ligand vibrations are altered upon the change in electronic structure associated with the spin-crossover can be used to monitor the the spin-crossover transition.

Organotellurium compounds for metal organic vapour phase epitaxy

The infra-red detector material cadmium mercury telluride can be grown by the technique of Metal Organic Vapour Phase Epitaxy using simple alkyl telluride compounds as the source of tellurium. New tellurium precursors are required in order to overcome handling and toxicity problems and to reduce the growth temperature in preparing the material. A range of diaryltellurium(IV) dicarboxylates and some 2-(2'-pyridyl)phenyl-tellurium(II) and tellurium(IV) monocarboxylates have been synthesised and characterised by infra-red, 13C N.M.R. and mass spectroscopy. Infra-red spectroscopy has been used to determine the mode of bonding of the carboxylate ligand to tellurium. Synthetic methods have been devised for the preparation of diorganotritellurides (R2Te3) and mixed diorganotetrachalcogenides (RTeSeSeTeR). A mechanism for the formation of the tritellurides based on aerobic conditions is proposed. The reaction of ArTe- with (ClCH2CH2)3N leads to tripod-like multidentate ligands (ArTeCH2CH2)3N which form complexes with the ions Hg(II), Cd(II), Cu(I), Pt(II) and Pd(II). Synthetic routes to aryltelluroalkylamines and arylselenoalkylamines are also reported. The crystal structure of 2-(2'-pyridyl)phenyltellurium(II) bromide has been solved in which there are six molecules present within the unit cell. There are no close intermolecular Te---Te interactions and the molecules are stabilised by short Te---N intramolecular contacts. The crystal structure of 2-(2'-pyridyl)phenylselenium(II)-tribromomercurate(II) is also presented. A study of the Raman vibrational spectra of some tellurated azobenzenes and 2-phenylpyridines shows spectra of remarkably far superior quality to those obtained using infra-red spectroscopy.

Layered graphitic carbon host formation during liquid-free solid state growth of metal pyrophosphates

We report a successful ligand- and liquid-free solid state route to form metal pyrophosphates within a layered graphitic carbon matrix through a single step approach involving pyrolysis of previously synthesized organometallic derivatives of a cyclotriphosphazene. In this case, we show how single crystal Mn2P2O7 can be formed on either the micro- or the nanoscale in the complete absence of solvents or solutions by an efficient combustion process using rationally designed macromolecular trimer precursors, and present evidence and a mechanism for layered graphite host formation. Using in situ Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, X-ray diffraction, high resolution electron microscopy, thermogravimetric and differential scanning calorimetric analysis, and near-edge X-ray absorption fine structure examination, we monitor the formation process of a layered, graphitic carbon in the matrix. The identification of thermally and electrically conductive graphitic carbon host formation is important for the further development of this general ligand-free synthetic approach for inorganic nanocrystal growth in the solid state, and can be extended to form a range of transition metals pyrophosphates. For important energy storage applications, the method gives the ability to form oxide and (pyro)phosphates within a conductive, intercalation possible, graphitic carbon as host–guest composites directly on substrates for high rate Li-ion battery and emerging alternative positive electrode materials

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.

Study of Co-based hydrotalcite-derived mixed metal oxides partially modified with silver as potential catalysts for N2O decomposition

Co-Al-Ox mixed metal oxides partially modified with Cu or Mg, as well as Ag were successfully prepared, characterized and evaluated as potential catalysts for the N2O decomposition. The materials were characterized by the following techniques: X-Ray Diffraction, Thermogravimetric Analysis (TGA), N2 Physisorption, Hydrogen Temperature-Programmed Reduction (H2-TPR), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Ag-modified HT-derived mixed oxides showed enhanced activity compared to the undoped materials, the optimum composition was found for (1 wt.% Ag)CHT-Co3Al. The catalyst characterization studies suggested that the improved catalytic activity of Ag-promoted catalysts were mainly because of the altered redox properties of the materials.

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.

Synthesis of Metal-Binding Ligand-Containing Copolymers, Nanoparticles and Blends

In this thesis we developed three copper-containing systems. Copper shows intriguing abilities in photocatalysis, however, one of the major limitations of many copper complexes is that photochemical properties might be quenched in solution caused by π-interactions between solvent and solute, due to Jahn-Teller distortion in the excited state. As such, we herein seek to synthesise copper heteroleptic complexes that will subsequently be nanoprecipitated with a polymer. This will allow the polymer to encase the complex and prevent the solvent-induced quenching. Subsequently, the preparation of blends of polymer with the aforementioned copper complexes, at different weight ratios is sought. The preparation of the blend is particularly interesting as the catalytic properties are anticipated to be inferior on account of the low surface area. However, owing to the polymer matrix better, mechanical properties are anticipated. The blends can combine the mechanical properties of the polymer and the luminescence of the complex, with the advantage that the polymer matrix can also prevent quenching from oxygen. As final task, we developed a copper-containing monomer. The synthesis of a monomer that contains copper and can be excited under ultraviolet (UV) light is particularly interesting.

Biological activity of metal-edds (ethylenediaminedisuccinate) complexes in K562 and PBMC cells

The effect of S,S-ethylenediaminedisuccinic acid (edds) on the quenching of metal-catalyzed (metal = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) oxidation of ascorbic acid was tested in vitro via oxidation of the fluorescent probe 1,2,3-dihydrorhodamine dihydrochloride. The pro-oxidant activity of iron was not fully suppressed, even at a four-fold molar excess of the ligand. The effect of serum on the toxicity to peripheral blood mononuclear cells (PBMC) and K562 cells was investigated. The cytotoxic effect of Fe-edds was abrogated in the presence of Trolox or serum proteins. The probable pathways of cell toxicity were investigated through blocking of the monocarboxylate transporters (MCT) in association with cell cycle studies by flow cytometry. Cells treated with metal complexes and alpha-cyano-4-hydroxycinnamic acid, a known MCT inhibitor, showed recovery of viability, suggesting that MCT proteins may be involved in the internalization of metal-edds complexes. The free acid induced cell cycle arrest in G0/G1 (PBMC) and S (K562) phases, suggesting direct DNA damage or interference in DNA replication.

High-temperature X-ray powder diffraction study of the tetragonal-cubic phase transition in nanocrystalline, compositionally homogeneous ZrO2-CeO2 solid solutions

Crystal structure of compositionally homogeneous, nanocrystalline ZrO2-CeO2 solutions was investigated by X-ray powder diffraction as a function of temperature for compositions between 50 and 65 mol % CeO2 center dot ZrO2-50 and 60 mol % CeO2 solid solutions, which exhibit the t'-form of the tetragonal phase at room temperature, transform into the cubic phase in two steps: t'-to-t '' followed by t ''-to-cubic. But the ZrO2-65 mol % CeO2, which exhibits the t ''-form, transforms directly to the cubic phase. The results suggest that t'-to-t '' transition is of first order, but t ''-to-cubic seems to be of second order. (C) 2008 International Centre for Diffraction Data.

Suitability of Daphnia similis as an alternative organism in ecotoxicological tests: implications for metal toxicity

The acute toxicity of metals to Daphnia similis was determined and compared to other daphnid species to evaluate the suitability of this organism in ecotoxicology bioassays. To verify the performance D. similis in toxicity tests, we also investigated the effect of Pseudokirchneriella subcapitata at 1 x 10(5) and 1 x 10(6) cells ml(-1) on Cd and Cr acute toxicity to the cladoceran. Daphnid neonates were exposed to a range of chromium and cadmium concentrations in the absence and presence of the algal cells. Metal speciation calculations using MINEQL(+) showed that total dissolved metal concentrations in zooplankton culture corresponded to 96.2% free Cd and 100% free Cr concentrations. Initial total dissolved metal concentrations were used for 48 h-LC(50) determination. LC(50) for D. similis was 5.15 x 10(-7) mol l(-1) dissolved Cd without algal cells, whereas with 1 x 10(5) cells ml(-1), it was significantly higher (7.15 x 10(-7) mol l(-1) dissolved Cd). For Cr, the 48 h-LC(50) value of 9.17 x 10(-7) mol l(-1) obtained for the cladoceran in tests with 1 x 10(6) cells ml(-1) of P. subcapitata was also significantly higher than that obtained in tests without algal cells (5.28 x 10(-7) mol l(-1) dissolved Cr). The presence of algal cells reduced the toxicity of metals to D. similis, as observed in other studies that investigated the effects of food on metal toxicity to standard cladocerans. Comparing our results to those of literature, we observed that D. similis is as sensitive to metals as other standardized Daphnia species and may serve as a potential test species in ecotoxicological evaluations.

Impact of transition oxides on growth stresses and texture of alumina scales formed during oxidation of iron aluminides

The internal stresses and crystallographic texture in alpha-Al(2)O(3) scales grown on iron aluminides at 1100 degrees C were determined in situ using synchrotron X-ray diffraction. In the first hour of oxidation, alpha-Al(2)O(3) was formed by direct nucleation and by conversion from transition oxides (either theta-Al(2)O(3) or a mixed Fe-Al oxide). A sharp texture develops connected with the direct nucleation of alpha-Al(2)O(3), in contrast to the weaker texture observed in alpha-Al(2)O(3) originated by previous transformations, which also yielded tensile stresses in early oxidation stages. (C) 2011 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Calcium is essential for the structural integrity of the cysteine-rich, ligand-binding repeat of the low-density lipoprotein receptor

Seven cysteine-rich repeats form the ligand-binding region of the low-density lipoprotein (LDL) receptor. Each of these repeats is assumed to bind a calcium ion, which is needed for association of the receptor with its ligands, LDL and beta-VLDL. The effects of metal ions on the folding of the reduced N-terminal cysteine-rich repeat have been examined by using reverse-phase high-performance liquid chromatography to follow the formation of fully oxidized isomers with different disulfide connectivities. in the absence of calcium many of the 15 possible isomers formed on oxidation, whereas in its presence the predominant product at equilibrium had the native disulfide bond connectivities. Other metals were far less effective at directing disulfide bond formation: Mn2+ partly mimicked the action of Ca2+, but Ba2+, Sr2+, and Mg2+ had little effect. This metal-ion specificity was also observed in two-dimensional H-1 NMR spectral studies: only Ca2+ induced the native three-dimensional fold. The two paramagnetic ions, Gd3+ and Mn2+, and Cd2+ did not promote adoption of a well-defined structure, and the two paramagnetic ions did not displace calcium ions. The location of calcium ion binding sites in the repeat was also explored by NMR spectroscopy. The absence of chemical shift changes for the side chain proton resonances of Asp26, Asp36, and Glu37 from pH 3.9 to 6.8 in the presence of calcium ions and their proximal location in the NMR structures implicated these side chains as calcium ligands. Deuterium exchange NMR experiments also revealed a network of hydrogen bonds that stabilizes the putative calcium-binding loop.