Local and semilocal density functional computations for crystals of 1-alkyl-3-methyl-imidazolium salts

The accuracy and reliability of popular density functional approximations for the compounds giving origin to room temperature ionic liquids have been assessed by computing the T=0 K crystal structure of several 1-alkyl-3-methyl-imidazolium salts. Two prototypical exchange-correlation approximations have been considered, i.e., the local density approximation (LDA) and one gradient corrected scheme [PBE-GGA, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996)]. Comparison with low-temperature x-ray diffraction data shows that the equilibrium volume predicted by either approximations is affected by large errors, nearly equal in magnitude (~10%), and of opposite sign. In both cases the error can be traced to a poor description of the intermolecular interactions, while the intramolecular structure is fairly well reproduced by LDA and PBE-GGA. The PBE-GGA optimization of atomic positions within the experimental unit cell provides results in good agreement with the x-ray structure. The correct system volume can also be restored by supplementing PBE-GGA with empirical dispersion terms reproducing the r-6 attractive tail of the van der Waals interactions.

A highly efficient synthetic procedure for deuteriating imidazoles and imidazolium salts

Both substituted imidazoles and 1,3-dialkylimidazolium salts can be fully deuteriated on the heterocyclic ring using D2O over heterogeneous Pd catalysts: deuteriated 1-alkyl-3-methylimidazolium chloride and hexafluorophosphate ionic liquids can also be prepared in good yields utilising readily available and relatively low cost sources of deuterium.

Weak intermolecular interactions in sulfonamide salts : structure of 1-ethyl-2-methyl-3-benzyl imidazolium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]amide

The crystal structure of a 1,2,3-trisubstituted imidazolium salt of the bis[(trifluoromethyl)sulfonyl)]amide ion is presented; this salt is a prototype for similar, room temperature liquid, imidazolium salts; the structure shows that the anion and cation interact weakly, with little if any hydrogen bonding present.

Fluorescent Tris-Imidazolium Sensors for Picric Acid Explosive

Two new anthracene-functionalized fluorescent tris-imidazolium salts have been synthesized, characterized, and proven to be selective sensors for picric acid, which is a common constituent of many powerful explosives. Theoretical studies revealed an unusual ground-state electron transfer from picrate anion to the sensor molecules.

Imidazolium ionic liquid crystals with pendant mesogenic groups

Ionic liquid crystals were obtained by coupling one or two mesogenic units (cholesterol or cyanobiphenyl) to an imidazolium cation. Anions are bromide, bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, and tetrakis(2-thenoyltrifluoroacetonato)europate(III). The mesomorphism of the compounds depends on the type and number of mesogenic units and on the type of anion. In general, the most stable mesophases are observed for the bis(trifluoromethylsulfonyl)imide salts. Most of the compounds containing cholesterol moieties show enantiotropic SmA* phases over a broad temperature range, and some of them are room temperature liquid crystals. Modeling of the small-angle X-ray scattering patterns revealed the molecular arrangement in these mesophases. On the contrary, most of the compounds containing cyanobiphenyl groups exhibit monotropic lamellar or nematic mesophases, depending on the number of mesogenic units. The imidazolium salts containing the tetrakis(2-thenoyltrifluoroacetonato)europate(III) anion show an intense red photoluminescence.

Étude sur l'utilisation de liquides ioniques à base imidazolium pour l'extraction sélective de phosphopeptides

La phosphorylation des protéines constitue l’une des plus importantes modifications post-traductionnelles (PTMs) et intervient dans de multiples processus physiologiques tels, la croissance, la différenciation cellulaire, l’apoptose, etc. En dépit de son importance, l’analyse des phosphoprotéines demeure une tâche difficile en raison de leur nature dynamique (car la phosphorylation des protéines est un processus réversible) et de leur faible abondance relative. En effet, la détermination des sites de phosphorylation est souvent difficile car les phosphopeptides sont souvent difficiles à détecter par des méthodes d’analyse chromatographique classique et par spectrométrie de masse (MS). De récentes études ont démontré que les nombreuses méthodes d’enrichissement de phosphopeptides existantes ne sont pas complètes, et que le nombre total de phosphopeptides détectés ne chevauchent pas complètement ces méthodes. C’est pour cela qu’il existe une nécessité de combler les lacunes des méthodes d’enrichissement existantes afin d’avoir des analyses phosphoprotéomiques plus complètes. Dans cette étude, nous avons utilisé les liquides ioniques (LI), plus particulièrement les sels d’imidazolium, comme une technique d’enrichissement alternative, dans le but de favoriser une extraction sélective de phosphopeptides présents en solution. Les sels d’imidazolium ont donc été utilisés en raison de leurs propriétés physico-chimiques "facilement" ajustables selon la nature des substituants sur le noyau imidazolium et la nature de l’anion. Les sels de monoimidazolium et de bis-imidazolium possédant respectivement des chaînes linéaires à 4, 12 et 16 atomes de carbone et ayant différents anions ont été synthétisés et utilisés pour effectuer des extractions liquide-liquide et solide-liquide des phosphopeptides en solution. Dans un premier temps, des extractions liquide-liquide ont été réalisées en utilisant un liquide ionique (LI) ayant une chaine linéaire de 4 atomes de carbone. Ces extractions réalisées avec le bis(trifluoromethanesulfonyl) amide de 3-butyl-1-methylimidazolium (BMIM-NTf2) et l’hexafluorophosphate de 3-butyl-1-methylimidazolium (BMIM-PF6) n’ont pas montré une extraction notable du PPS comparativement au PN. Dans un deuxième temps, des extractions solide-liquide ont été réalisées en fonctionnalisant des particules solides avec des sels d’imidazolium possédant des chaines linéaires de 12 ou 16 atomes de carbone. Ces extractions ont été faites en utilisant un phosphopentapeptide Ac-Ile-pTyr-Gly-Glu-Phe-NH2 (PPS) en présence de 2 analogues acides non-phosphorylés. Il a été démontré que les sels d’imidazolium à chaine C12 étaient meilleurs pour extraire le PPS que les deux autres peptides PN (Ac-Ile-Tyr-Gly-Glu-Phe-NH2) et PE (Ac-Glu-Tyr-Gly-Glu-Phe-NH2) L’électrophorèse capillaire (CE) et la chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS) ont été utilisées pour quantifier le mélange des trois peptides avant et après extraction ; dans le but de mesurer la sélectivité et l’efficacité d’extraction de ces peptides par rapport à la composition chimique du liquide ionique utilisé.

Palladium within ionic liquid functionalized mesoporous silica SBA-15 and its catalytic application in room-temperature Suzuki coupling reaction

Initially, pore walls of mesoporous silica SBA-15 with template were modified with chlorotrimethylsilane. Then imidazolium salts were similarly incorporated covalently in the inner pore walls of mesoporous silica SBA-15 albeit without the template. Finally, palladium salts were introduced into the pore channels of the previously processed mesoporous silica via electrostatic interaction. The resulting palladium catalysts demonstrated exceptional activity for the room-temperature Suzuki Coupling reaction in aqueous-organic mixed solvents and good recycling ability for at least 4-6 times.

Methyleneimidazoline Complexes of Iridium, Rhodium, and Palladium from Selective C(sp(3))-H Bond Activation

Palladium, iridium, and rhodium complexes of 2-methyleneimidazolines have been synthesized by selective phosphine-assisted activation of the 2-methyl C-H bonds in 2-methylimidazolium compounds. Metallacycles of various sizes were obtained in the reaction of phosphine-tethered 2-methylimidazolium compounds and [{M(cod)X}(2)] (M = Rh or Ir cod = 1,5-cyclooctadiene: X = alkoxyl or Cl). representative complexes were characterized by X-ray crystallography. The selectivity for aliphatic C(sp(3))H versus aromatic C(sp(2))H activation could be adjusted by means of the steric bulk of the OR ligand, whereby a bulky, OR group favors activation of the 2-methyl C(sp(3))-H bond. Experimental results confirmed that a methyl C-H activation product (a seven-membered iridacycle) is the kinetic product, while the aryl C-H activation product (a six-membered iridacycle) is the thermodynamic product.

Ionic liquids for the nuclear industry: A radiochemical, structural, and electrochemical investigation

The applicability of ionic liquids within the nuclear industry has been investigated. The radiation stability of ionic liquids containing dialkylimidazolium cations has been tested through with alpha, beta and gamma irradiation. The results of these tests suggest that imidazolium salts have stabilities similar to alkylbenzenes and greater than tetrabutylphosphate / odorless kerosene (TBP/OK) mixtures. The oxidative dissolution of uranium dioxide and the anodic dissolution of uranium metal and plutonium metal have been carried out in various ionic liquid media (C) 2002 American Chemical Society.

Ionic liquids via reaction of the zwitterionic 1,3-dimethylimidazolium-2-carboxylate with protic acids. Overcoming synthetic limitations and establishing new halide free protocols for the formation of ILs

The previously reported preparation of 1,3-dimethylimidazolium salts by the reaction of 1,3-dialkylimidazolium-2-carboxylate zwitterions with protic acids has been reinvestigated in detail, leading to the identification of two competing reactions: isomerisation and decarboxylation. The ability to control both pathways allows this methodology to be used as an effective, green, waste-free approach to readily prepare a wide range of ionic liquids in high yields. Additionally, this reaction protocol opens new possibilities in the formation of other imidazolium salts, whose syntheses were previously either very expensive (due to ion exchange protocols involving metals like Ag) or difficult to achieve (due to multiple extractions and large quantities of hard to remove inorganic by-products).

Ionic Liquids Containing Boron Cluster Anions

The combination of different boron cluster anions and some of the cations typically found in the composition of ionic liquids has been possible by straightforward metathetic reactions, producing new low melting point salts; the imidazolium cations have been systematically studied, [C(n)mim](+) (when [C(n)mim](+) = 1-alkyl-3-methylimidazolium; n = 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, or 18). Melting points increase in the anionic order [Co(C2B9H11)(2)](-) =-34 degrees C). The salts [C(n)mim](2)[X] ([X](2-) = [B10Cl10](2-) or [B12Cl12](2-), n = 16 or 18) show liquid crystal phases between the solid and liquid states. Tetraalkylphosphonium salts of [B10Cl10](2-) have also been prepared. Physical properties, such as thermal stability, density, or viscosity, have been measured for some selected samples. The presence of the perhalogenated dianion [B12Cl12](2-) in the composition of the imidazolium salts renders highly thermally stable compounds. For example, [C(2)mim](2)[B12Cl12] starts to decompose above 480 degrees C in a dynamic TGA analysis under a dinitrogen atmosphere. Crystal structures of [C(2)mim][Co(C2B9H11)(2)] and [C(2)mim](2)[B12Cl12] have been determined. H-1 NMR spectra of selected imidazolium-boron cluster anion salts have been recorded from solutions as a function of the concentration, showing trends related to the cation-anion interactions.

Structure of molten 1,3-dimethylimidazolium chloride using neutron diffraction

The model room temperature ionic liquid, 1,3-dimethylimidazolium chloride, has been studied by neutron diffraction for the first time. The diffraction data are used to derive a structural model of this liquid using Empirical Potential Structure Refinement. The model obtained indicates that significant charge ordering is present in the liquid salt and that the local order in this liquid closely resembles that found in the solid state. As in the crystal structure, hydrogen-bonding interactions between the ring hydrogens and the chloride dominate the structure. The model is compared with the data reported previously for both simple alkyl substituted imidazolium halides and binary mixtures with AlCl3. (C) 2003 American Institute of Physics.

Novos materiais com polioxotungstatos substituídos com metais d e f

The present work reports studies on the new compounds obtained by the combination of polyoxoanions derived from the Keggin and Lindquist structures with several cations. The studies were first focused on the monolacunary Keggin polyoxoanions [PW11O39M(H2O)]n- (M = FeIII, MnIII and n = 4; M = CoII and n = 5) and its combination with the organic cation 1-butyl-3-methylimidazolium (Bmim+). The association of Bmim+ cation with the polyoxoanion [PW11O39Fe(H2O)]4- allowed to isolate for the first time both the monomeric and the dimeric [PW11O39Fe)2O]10- anions, with the same cation and using simple bench techniques by pH manipulation. Studies regarding the stability of these inorganic species in solution indicated that both species are present in solution in equilibrium. However, the inability to up until now isolate the dimeric unit through simple bench methods, lead to the hypothesis that the cation had a role to play in the selective precipitation of either the monomer or the dimer. Repetition of the same procedures with the polyoxoanions [SiW11O39Fe(H2O)]5- and [PW11O39M(H2O)]n- (M = FeIII, MnIII and n = 4; M = Co and n = 5), afforded only the corresponding monomeric compounds, (Bmim)5[SiW11O39FeIII(H2O)]· 4H2O (3), (Bmim)5[PW11O39CoII(H2O)]· 0.5 H2O, (4) and (Bmim)5[PW11O39MnIII(H2O)]· 0.5 H2O (5). Moreover, the combination of Bmim+ and the polyoxotungstate [PW11O39Co(H2O)]5- afforded two different crystal structures, depending on the synthetic conditions. Thus, a ratio Bmim+:POM of 5:1 and the presence of K+ cations (due to addition of KOH) led to a formula Na2K(Bmim)2[PW11.2O39Co0.8(H2O)]·7H2O (4a), whilst a ratio Bmim:POM of 7:1 led to the formation of a crystal with the chemical formula Na2(Bmim)8[PW11O39Co(H2O)]2·3H2O (4b). Electrochemical studies were performed with carbon paste electrodes modified with BmimCl to investigate the influence of the Bmim+ cation in the performance of the electrodes. The voltametric measurements obtained from solutions containing the anions [PW11O39]7- and [SiW11O39]8- are presented. Results pointed to an improvement of the acquired voltametric signal with a slight addition of BmimCl (up to 2.5% w/w), specially in the studies regarding pH variation. Additional synthesis were carried out with both the cations Omim+ and THTP+.

Propriétés supramoléculaires des cations diimidazolium disubstitués : des complexes d’inclusion en solution aux interactions à l’état cristallin et cristal liquide

Les sels d’imidazolium ont un rôle important dans certaines protéines et acides nucléiques et ont été utilisés à de nombreuses reprises dans des assemblages supramoléculaires en raison de leurs propriétés uniques. Les sels de diimidazolium dérivés sont toutefois moins connus. Ils ont pour l’instant uniquement été utilisés comme des précurseurs de carbènes N-hétérocycliques. Ils sont donc à la base de plusieurs catalyseurs utilisés pour des réactions de couplage croisés mais leurs propriétés sont toutefois méconnues dans le cadre de la chimie supramoléculaire. Cette classe de composés a nottament attiré notre attention en raison de la facilité de modification de leurs propriétés physico-chimiques par modification de leur structure chimique. L’objectif général des travaux présentés dans cette thèse est l’étude des propriétés supramoléculaires des sels de diimidazolium disubstitués en solution (aqueuse ou organique), ainsi qu’en phase solide ou cristal-liquide. L’influence de l’espaceur entre les deux noyaux imidazolium ainsi que l’influence des substituants latéraux et des contre-ions a été étudiée. Dans un premier temps, les propriétés de complexation des sels de diimidazolium à des macrocycles sont étudiées. Les sels bromure sont étudiés en solution aqueuse avec plusieurs cyclodextrines et le cucurbit[7]uril, et les sels hexafluorophosphate sont étudiés en solution organique pour leur complexation avec l’éther couronne DB24C8 et un calix[4]arène. Cette nouvelle classe de composés a montré de très bonnes propriétés de complexation à ces différents macrocycles en solution et a également permis de contrôler différents assemblages supramoléculaires à l’interface air-eau. Dans un deuxième temps, l’étude des sels de phénylènediimidazolium a permis de modifier les propriétés de complexation en solution pour obtenir la formation de complexes multiples avec le cucurbit[7]util en solution aqueuse. Cette même famille de composés a également permis la formation de cristaux liquides ioniques lorsque les substituants sont des chaînes alkyles plus longues. La résolution de plusieurs structures cristallines de différents sels de diimidazolium a finalement permis de comprendre la nature des interactions intermoléculaires à l’état cristallin. La recherche présentée dans cette thèse a donc permis une étude détaillée des propriétés supramoléculaires des sels de diimidazolium dans tous les états de la matière qui leur sont accessibles.

Sels d’imidazolium avec des anions catalytiques : vers le développement de nouveaux catalyseurs bio-hybrides actifs en milieu liquide ionique

Les liquides ioniques connaissent depuis quelques décennies un essor particulier en raison de leurs nombreuses propriétés physico-chimiques intéressantes, telles qu’une faible pression de vapeur saturante, une viscosité limitée, une faible miscibilité avec la plupart des solvants communs, ou encore des propriétés d’agencement supramoléculaire, qui en font des outils puissants dans de nombreux domaines de la chimie. Les sels d’imidazolium représentent la plus grande famille de liquides ioniques à ce jour. Leur modulabilité leur permet d’être dérivés pour de nombreuses applications spécifiques, notamment en synthèse organique, où ils sont utilisés majoritairement comme solvants, et plus récemment comme catalyseurs. Les travaux présentés dans cette thèse se concentrent sur leur utilisation en synthèse organique, à la fois comme solvants et principalement comme catalyseurs chiraux, catalyseurs pour lesquels l’anion du sel est l’espèce catalytique, permettant d’ajouter de la flexibilité et de la mobilité au système. En tirant parti de la tolérance des liquides ioniques envers la majorité des macromolécules naturelles, l’objectif principal des travaux présentés dans cette thèse est le développement d’un nouveau type de catalyseur bio-hybride reposant sur l’encapsulation d’un sel d’imidazolium dans une protéine. Par le biais de la technologie biotine-avidine, l’inclusion supramoléculaire de sels d’imidazolium biotinylés portant des contre-anions catalytiques dans l’avidine a été réalisée et exploitée en catalyse. Dans un premier temps, le développement et l’étude de deux sels de 1-butyl-3-méthylimidazolium possédant des anions chiraux dérivés de la trans-4-hydroxy-L-proline sont rapportés, ainsi que leur comportement dans des réactions énantiosélectives d’aldol et d’addition de Michael. Ces types de composés se sont révélés actifs et performants en milieu liquide ionique. Dans un second temps, la préparation de sels d’imidazolium dont le cation est biotinylé et portant un contre-anion achiral, a été réalisée. Le comportement de l’avidine en milieu liquide ionique et son apport en termes de chiralité sur le système bio-hybride ont été étudiés. Les résultats montrent le rôle crucial des liquides ioniques sur la conformation de la protéine et l’efficacité du catalyseur pour des réactions d’aldol. Dans un dernier temps, l’influence de la structure du cation et de l’anion sur le système a été étudiée. Différents espaceurs ont été introduits successivement dans les squelettes cationiques et anioniques des sels d’imidazolium biotinylés. Dans le cas du cation, les résultats ne révèlent aucune influence majeure sur l’efficacité du catalyseur. La structure de l’anion se montre cependant beaucoup plus importante : la préparation de différents catalyseurs bio-hybrides possédant des anions aux propriétés physico-chimiques différentes a permis d’obtenir de plus amples informations sur le mode de fonctionnement du système bio-hybride et de la coopérativité entre l’avidine et l’anion du sel d’imidazolium.La nature ionique de la liaison cation-anion offrant une liberté de mouvement accrue à l’anion dans la protéine, la tolérance à différents substrats a également été abordée après optimisation du système.