Graphyne and graphdiyne : versatile catalysts for dehydrogenation of light metal complex hydrides

The interaction between new two-dimensional carbon allotropes, i.e. graphyne (GP) and graphdiyne (GD), and light metal complex hydrides LiAlH4, LiBH4, and NaAlH4 was studied using density functional theory (DFT) incorporating long range van der Waals dispersion correction. The light metal complex hydrides show much stronger interaction with GP and GP than that with fullerene due to the well defined pore structure. Such strong interactions greatly affect the degree of charge donation from the alkali metal atom to AlH4 or BH4, consequently destabilizing the Al-H or B-H bonds. Compared to the isolated light metal complex hydride, the presence of GP or GD can lead to a significant reduction of the hydrogen removal energy. Most interestingly, the hydrogen removal energies for LiBHx on GP and with GD are found to be lowered at all the stages (x from 4 to 1) whereas the H-removal energy in the third stage is increased for LiBH4 on fullerene. In addition, the presence of uniformly distributed pores on GP and GD is expected to facilitate the dehydrogenation of light metal complex hydrides. The present results highlight new interesting materials to catalyze light metal complex hydrides for potential application as media for hydrogen storage. Since GD has been successfully synthesized in a recent experiment, we hope the present work will stimulate further experimental investigations in this direction.

Oxidation Of 1-(2-Hydroxybenzyl)-2-Naphthols

Condensation of salicyl alcohol with 2-naphthols (9a-d) furnishes 1-(2-hydroxybenzyl)-2-napthols (6a-d). Methylation of 6a gives the dimethyl ether 11, which has also been prepared by Grignard reaction of 2-methoxyphenylmagnesium bromide with 2-methoxy-1-naphthaldehyde followed by reduction with AlCl3-LiAlH4. Compounds 6a-d undergo facile oxidation with either K3Fe(CN)6 or KOBr to give spironaphthalenones 12a-d. Surprisingly, no reaction occurs with either DDQ or o-chloranil.

取代环戊二烯基稀土有机氯化物的合成及其反应

本文通过无水LnCl_3(Ln = Pr.Nd.Gd)与两倍摩尔的叔丁基环戊二烯基碱金属盐在THF中60－80℃反应，分离到一类新的二（叔丁基环戊二烯基）稀土氯化物（T-DuCp）_2 2net.nTHF (Ln = Pr,Nd,n = 2 Ln = Gd,n = 1)，对它们进行了元素分析。红外光谱及水鲜色质谱的表征。对于配合物（t-BuCp）_2PrCl·2THF的单晶，测定了它的晶体结构，晶体层单斜晶系P21/C空间群，晶胞参数为：a = 15.080 b = 8.855 c = 21.196A, β = 110.34°V = 2653.9A~3 δ = 4，结构分析表明此配合物是一中性的单分子配合物。最后的R = Rw = 0.058平均Pr-C.2.81 Pr-Cent 2.53A, Pr-Cl及Rr-O键长分别为2.72与2.62A。本文通过Lnel_3(Ln = Nd.Pr.Ga)与等摩尔的叔丁基环戊二烯基碱金属盐在THF中60－80℃反应，分离到一类中性的单(叔丁基环戊二烯基)稀土二氯化物，并对它们进行了元素分析，红外光谱及水鲜色质谱的表征。本文通过轻稀土元素La,Pr的三氯化物与带基钠以1:2摩尔比在THF中70－80℃反应，分离到了二带基轻稀土氯化物（CaH_7）_2LaCl.2THF及[(CqH_7)_2PrCl.THF]_2。并且对此二配合物进行了元素分析。红外光谱及水鲜色质谱的表征。对于[(CuH_7)_2PrCl.TH]_2配合物，测定了它的晶体结构，这是第一个得到结构表征的茚基稀土氯化物，晶体层于单斜晶系，P_(21)/C空间群，晶胞参数为a = 7.808 b = 17.796 c = 14.070A β = 93.97°v = 1950.31A. E = 2最后的R = 0.045. Rw = 0.039结构分析表明此配合物以中性的二聚体形式存在。平均的Pr-C.2.81 Pr-Cent 2.53. Pr-Cl.2.84H Pr-O钻长2.54A。为了进一步研究不同配体对配合物结构的影响，我们还研究了Gael_3与Nae_5Mes以1:1摩尔比在THF中的反应，分离到了两种配合物[(NaTHF)(C_5MesGd.THF)_2Cl_5]_2.6THF(I)及L_5Me_5GdCl2.3THF(II)并且对配合物（I），测定了它的晶体结构，晶体层于三斜晶系。Pi空间群。晶胞参数a = 12.183 b = 13.638 c = 17.883A, α = 110.38 β = 94.04 γ = 99.44°, V = 2721.20A, E = 1。结构分析表明，此配合物是一种以两个Na原子通过THF中的O原子而桥联的金层有机配合物，在结构上有十分新颖的特点。在此配合物分子中含有四个Gd原子及二个Na原子，Na及Gd间以Cl桥键相联结，Gd-Gd_2 = 4.033 Gdll-Na = 2.818A。最后的R = 0.04M Rw = 0.042。本文还对（t-BuCp）_2P_2Cl.2THF与NaH及LiAlH4的反应进行了初步的研究，分离到（t-Bucp）_2PrH.2THF及(t-Bucp)_2P_2RIH_4.3THF两种新的氢化物，并且对它们进行了元素分析，红外光谱的表征，对于它们水鲜产物的气相分中的H_2，用气相色谱法进行了定性表征。

Comparison of the gastroprotective effect of a diterpene lactone isolated from Croton cajucara with its synthetic derivatives

The effect of three new derivatives from dehydrocrotonin (DHC-compound I) on gastric damage indifferent animal models including gastric ulceration induced by a necrotic agent and hypothermic restrained-stress was studied: compound 11 (produced by reducing the cyclohexenone moiety of DHC with NaBH4): compound III (produced by reducing the carbonyls with LiAlH4); and compound IV (produced by transforming the lactone moiety into an amide). Their structures were confirmed on the basis of chemical and physicochemical evidence. When previously administered (p.o.) at a dose of 100 mg/kg, compound II significantly (P < 0.01) reduced gastric injury induced by HCl/ethanol (78%) and indomethacin (88%) better than did reference compound 1 (48 and 43%, respectively). But the anti-ulcerogenic activity of compound II was completely abolished by the stress-induced ulcer. Reduction of carbonyls with LiAlH4 (compound 111) caused decreased activity, markedly when no protective effect in any of the models was applied (P > 0.05). However, compound IV, in which the lactone moiety was changed into an amide. when administered at the same dose (100 mg/kg, p.o.), was more effective. The presence of a lactone moiety or Michael acceptor is probably essential for the anti-ulcerogenic effect of these compounds. (C) 2003 Elsevier B.V. Ireland Ltd. All rights reserved.

Silylsubstituierte Tetrylene in der Synthese niedervalenter Zinn- und Bleiverbindungen

Bei den schweren Tetrylenen [ERR’, E = Si—Pb; R, R’ = Organyl-, elementorganischer Rest] zeigt sich ein Lewis-amphoterer Charakter, der bei den silylsubstituierten besonders ausgeprägt ist, wodurch sie wertvolle Vorstufen für Folgereaktionen darstellen. Bis zur Fertigstellung der Arbeit waren von den schwersten Vertretern lediglich vier homoleptische silylsubstituierte Stannylene/Distannene und zwei Plumbylene bekannt und strukturell charakterisiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden nun zwei weitere homoleptische silylsubstituierte Stannylene und zwei Plumbylene charakterisiert [E{Si(SiMe3)2SiMe2t-Bu}2, E{Si(SiMe3)2Sii-Pr3}2, E =Sn, Pb]. Diese Stannylene und Sn[Si(SiMe3)3]2 reagieren mit AlH3NMe3 beziehungsweise LiAlH4 in einer α-Addition. Geht man zu dem sterisch weniger anspruchsvollen Silylsubstituenten Si(SiMe3)2Et über, so lassen sich ein neues Kaliumplumbanid und das bislang erste stabile einkernige Blei(III)-Radikal Pb[Si(SiMe3)2Et]3 synthetisieren. Analog lassen sich E[Si(SiMe3)3]3 [E = Sn, Pb] darstellen, von denen bislang nur die Zinnverbindung isoliert werden konnte. Pb[Si(SiMe3)3]2 reagiert mit Lewis-Basen [THF, NH3, KN(SiMe3)2, „KI"] zu den entsprechenden Addukten. Darüberhinaus wurden zwei Aluminiumsilylverbindungen [AlH2[Si(SiMe3)2SiMe2t-Bu]NMe3, LiAlH3[Si(SiMe3)3]] und die bislang ersten röntgenographisch charakterisierten tetrasilylsubstituierten Plumbane [Pb[Si(SiMe3)2Et]3R, R = SiMe3, Si(SiMe3)2Et] isoliert.

Biologisch aktive Sekundärmetabolite aus Pflanzen und Pilzen : Phenanthro-Alkaloide ; phytotoxische Dioxolanone

Als Phenanthro-Alkaloide wird eine kleine Gruppe von pentacyclischen, auf dem Phenanthren-Strukturmotiv basierenden Indolizidinen sowie Chinolizidinen bezeichnet. Von Letztgenannten sind bisher fünf, von den homologen Phenanthroindolizidinen mehr als sechzig natürliche Vertreter gefunden worden. Das wohl bekannteste Alkaloid in dieser Gruppe ist das Indolizidin-Alkaloid Tylophorin, das beispielsweise aus Tylophora indica (Apocynaceae, "Hundsgiftgewächse") gewonnen werden kann. Tylophorin und verwandte Derivate besitzen potente biologische und physiologische Wirkungen. So entfalten sie sowohl antiinflammatorische als auch antineoplastische Effekte (wirksam auch bei MDR-Tumorzelllinien, MDR = "multi drug resistant").rnrnDas Ziel der vorliegenden Arbeit war es, neue Methoden zur Herstellung von Phenanthro-Alkaloiden und deren Derivaten zu entwickeln. Ausgehend von (S)-Prolin konnten sowohl (S)-(+)-Tylophorin (>99% ee) als auch ein bisher noch nicht beschriebenes Derivat, das sich durch eine deutlich geringere Lichtempfindlichkeit im Vergleich zu Tylophorin aus¬zeichnet, in 33%-iger Gesamtausbeute über neun lineare Stufen, hergestellt werden. Die Synthese von (R)-(-)-Tylophorin gelang in analoger Weise aus (R)-Prolin in 21%-iger Ausbeute (93% ee). Der Einsatz von Schutzgruppen war nicht notwendig.rnDer Schlüsselschritt ist in beiden Fällen eine Cyclisierung an eine C=N-Doppelbindung über freie Radikale, die bei der Synthese des neuen Derivats hochstereoselektiv zur Bildung des (13aS,14S) Diastereomers führt. Die Synthese von 7-Methoxycryptopleurin gelang durch eine ähnliche Synthesestrategie. rnrnZur Herstellung von Cryptopleurin ist zunächst ein neuer Syntheseweg für 9-(Hydroxymethyl)-2,3,6-trimethoxyphenanthren entwickelt worden. Dieser führt über den Aufbau eines Biphenylsystems durch palladiumkatalysierte Kreuzkupplung, eine anschließende COREY-FUCHS-Transformation und als Schlüsselschritt über eine Gold-NHC-Komplex katalysierte 6-endo-dig-Cyclisierung zum entsprechenden Phenanthren. Diese Ringschlussreaktion verläuft in gewünschter Weise regioselektiv unter Bildung des 2,3,6-trimethoxysubstituierten Phenanthrens. Die Bil¬dung des regioisomeren 2,3,8-Trimethoxyphenanthrens wird nicht beobachtet. Der Alkohol wird dann in fünf linearen Stufen (34%) in das Xanthogenat überführt, aus dem sich durch eine zweistufige Reaktionssequenz, bestehend aus einer Radikal¬cyclisierung nach ZARD und einer Reduktion mit LiAlH4 das extrem lichtempfindliche und hochtoxische Alkaloid (R)-(-)-Cryptopleurin gewinnen ließ (50%).rnNachdem beide Enantiomere und das Racemat von Tylophorin synthetisiert worden waren und zum Vergleich bereit standen, wurde Tylophorin aus Tylophora indica extrahiert. rnDie Motivation rührte unter anderem daher, dass in der bisherigen Literatur Unstimmigkeiten über das in der Natur vorkommende Enantiomer des Tylophorins herrschten. Vor Beginn dieser Arbeit ging man davon aus, dass in T. indica nur (R)-(-)-Tylophorin vorkommt und für die Diskrepanzen zwischen den berichteten Drehwerten von, aus Pflanzenmaterial isolierten und des synthetisierten Naturstoffs, dessen Zersetzung vor oder während der Messung verantwortlich ist. Dieser Effekt kann zwar auch beobachtet werden, jedoch trägt er nur in geringem Maße zur Erniederigung des Drehwertes bei. Schließlich sind Proben von synthetisiertem Tylophorin in gleichem Maße von der schnell eintretenden Oxidation des Alkaloids betroffen. Aus dem Rohextrakt ist Tylophorin durch RP-HPLC isoliert worden. Anschließend wurde die Probe mittels chiraler HPLC/MS analysiert. Durch den Vergleich mit den bereit stehenden synthetischen Proben von (R)- und (S)-Tylophorin konnte in dieser Arbeit erstmals experimentell belegt werden, dass es sich bei (−)-Tylophorin aus T. indica um ein scalemisches Gemisch im Verhältnis von 56:44 (R:S) handelt.rnrnDas Ziel dieses Teilprojektes war die Entwicklung einer Synthese für den bisher noch nicht synthetisch hergestellten phytotoxischen Sekundärmetabolit (+)-Phenguignardiasäure. Isoliert wurde diese Verbindung aus Guignardia bidwellii, dem Erreger der Schwarzfäule der Weinrebe. Die absolute Konfiguration des quartären Stereozentrums war zu Beginn dieser Arbeit nicht bekannt. Ausgehend von (R)-Phenylmilchsäure und 3-Phenylprop-2-in-1-ol gelang die Synthese beider Enantiomere des Dioxolanons in acht linearen Stufen. Sie liefert den experimentellen Beweis (ECD, Polarimetrie) für die (S)-Konfiguration von natürlicher (+)-Phenguignardiasäure.rnrn

Structural Characterization of Metal Hydrides for Energy Applications

Hydrogen can be an unlimited source of clean energy for future because of its very high energy density compared to the conventional fuels like gasoline. An efficient and safer way of storing hydrogen is in metals and alloys as hydrides. Light metal hydrides, alanates and borohydrides have very good hydrogen storage capacity, but high operation temperatures hinder their application. Improvement of thermodynamic properties of these hydrides is important for their commercial use as a source of energy. Application of pressure on materials can have influence on their properties favoring hydrogen storage. Hydrogen desorption in many complex hydrides occurs above the transition temperature. Therefore, it is important to study the physical properties of the hydride compounds at ambient and high pressure and/or high temperature conditions, which can assist in the design of suitable storage materials with desired thermodynamic properties. ^ The high pressure-temperature phase diagram, thermal expansion and compressibility have only been evaluated for a limited number of hydrides so far. This situation serves as a main motivation for studying such properties of a number of technologically important hydrides. Focus of this dissertation was on X-ray diffraction and Raman spectroscopy studies of Mg2FeH6, Ca(BH4) 2, Mg(BH4)2, NaBH4, NaAlH4, LiAlH4, LiNH2BH3 and mixture of MgH 2 with AlH3 or Si, at different conditions of pressure and temperature, to obtain their bulk modulus and thermal expansion coefficient. These data are potential source of information regarding inter-atomic forces and also serve as a basis for developing theoretical models. Some high pressure phases were identified for the complex hydrides in this study which may have better hydrogen storage properties than the ambient phase. The results showed that the highly compressible B-H or Al-H bonds and the associated bond disordering under pressure is responsible for phase transitions observed in brorohydrides or alanates. Complex hydrides exhibited very high compressibility suggesting possibility to destabilize them with pressure. With high capacity and favorable thermodynamics, complex hydrides are suitable for reversible storage. Further studies are required to overcome the kinetic barriers in complex hydrides by catalytic addition. A comparative study of the hydride properties with that of the constituting metal, and their inter relationships were carried out with many interesting features.^

Integrated micro fuel cells with on-board hydride reactors and autonomous control schemes

Miniaturization of power generators to the MEMS scale, based on the hydrogen-air fuel cell, is the object of this research. The micro fuel cell approach has been adopted for advantages of both high power and energy densities. On-board hydrogen production/storage and an efficient control scheme that facilitates integration with a fuel cell membrane electrode assembly (MEA) are key elements for micro energy conversion. Millimeter-scale reactors (ca. 10 µL) have been developed, for hydrogen production through hydrolysis of CaH2 and LiAlH4, to yield volumetric energy densities of the order of 200 Whr/L. Passive microfluidic control schemes have been implemented in order to facilitate delivery, self-regulation, and at the same time eliminate bulky auxiliaries that run on parasitic power. One technique uses surface tension to pump water in a microchannel for hydrolysis and is self-regulated, based on load, by back pressure from accumulated hydrogen acting on a gas-liquid microvalve. This control scheme improves uniformity of power delivery during long periods of lower power demand, with fast switching to mass transport regime on the order of seconds, thus providing peak power density of up to 391.85 W/L. Another method takes advantage of water recovery by backward transport through the MEA, of water vapor that is generated at the cathode half-cell reaction. This regulation-free scheme increases available reactor volume to yield energy density of 313 Whr/L, and provides peak power density of 104 W/L. Prototype devices have been tested for a range of duty periods from 2-24 hours, with multiple switching of power demand in order to establish operation across multiple regimes. Issues identified as critical to the realization of the integrated power MEMS include effects of water transport and byproduct hydrate swelling on hydrogen production in the micro reactor, and ambient relative humidity on fuel cell performance.