Réaction d’amination intramoléculaire de liens C-H à partir de N-mésyloxycarbamates catalysée par des complexes de rhodium et d’autres métaux de transition : s ynthèse verte d’oxazolidinones

La réaction d’amination de liens C-H, impliquant la transformation directe d’un lien C-H en lien C-N constitue une approche synthétique d’avenir pour la préparation de composés azotés. L’application de cette stratégie de manière intramoléculaire apparaît comme une approche puissante pour la synthèse de composés hétérocycliques. En particulier, les oxazolidinones, carbamates cycliques à cinq chaînons, constituant une nouvelle classe d’antibiotiques très prometteuse, pourraient être synthétisées par cette méthode. Il y a moins d’une dizaine d’années, notre groupe de recherche a travaillé sur le développement de méthodologies utilisant des espèces nitrènes métalliques pour l’amination intra et intermoléculaire. Les N-tosyloxycarbamates, en présence d’une base et d’un catalyseur dimère de rhodium (II) tétracarboxylate sont les précurseurs de ces espèces nitrènes métalliques, capables de faire l’insertion de liens C(sp3)-H. Dans ces travaux de thèse, nous avons travaillé sur le développement d’une méthode plus « verte » d’amination intramoléculaire. Les N-mésyloxycarbamates, plus légers que leurs homologues N-tosyloxycarbamates, ont été identifiés comme d’excellents précurseurs de nitrènes. La méthodologie développée ne nécessite que 3 mol % de dimère de rhodium Rh2(tpa)4 et de 1,5 équivalents de solution aqueuse saturée de K2CO3, le tout dans l’acétate d’éthyle et donne de bons rendements de cyclisation. Une étude de l’étendue réactionnelle a été effectuée, montrant la tolérance et les limitations de notre système catalytique : les hétéroatomes ne posent pas de problèmes hormis l’atome d’azote, qui doit être protégé afin de garantir la transformation. En outre, nous avons constaté que les liens C-H aliphatiques secondaires sont moins réactifs que les liens tertiaires. Après avoir tenté de développer des conditions réactionnelles spécifiques aux liens C-H non activés, nous avons montré la possibilité d’aminer des liens C-H propargyliques de manière chimiosélective ; la triple liaison C-C peut ensuite être dérivatisée efficacement, donnant accès à la formule saturée correspondante ainsi qu’à d’autres motifs. Dans un désir de substituer les complexes de rhodium par d’autres complexes de métaux plus abondants et moins dispendieux, nous nous sommes tournés, dans un premier temps, vers les complexes de fer et par la suite, vers les pinceurs de nickel. Les phtalocyanines de fer ont été identifiées comme étant de bons catalyseurs de l’amination intramoléculaire de N-mésyloxycarbamates. Le chlorure de phtalocyanine de fer (III), en présence d’un sel de AgBF4 et de K2CO3, dans le 1,1,2,2-tétrachloroéthane anhydre, permet l’obtention de la 4-phenyloxazolidin-2-one avec 63% de rendement. En outre, il est possible d’atteindre un rendement de 49% à partir du même substrat N-mésyloxycarbamate, par catalyse avec un pinceur de nickel de type POCN, en présence d’un sel de mésylate. Des indices sur le mécanisme des ces deux transformations ont pu être recueillis lors de la courte étude de ces systèmes.

Réaction d’amination intramoléculaire de liens C-H à partir de N-mésyloxycarbamates catalysée par des complexes de rhodium et d’autres métaux de transition : s ynthèse verte d’oxazolidinones

La réaction d’amination de liens C-H, impliquant la transformation directe d’un lien C-H en lien C-N constitue une approche synthétique d’avenir pour la préparation de composés azotés. L’application de cette stratégie de manière intramoléculaire apparaît comme une approche puissante pour la synthèse de composés hétérocycliques. En particulier, les oxazolidinones, carbamates cycliques à cinq chaînons, constituant une nouvelle classe d’antibiotiques très prometteuse, pourraient être synthétisées par cette méthode. Il y a moins d’une dizaine d’années, notre groupe de recherche a travaillé sur le développement de méthodologies utilisant des espèces nitrènes métalliques pour l’amination intra et intermoléculaire. Les N-tosyloxycarbamates, en présence d’une base et d’un catalyseur dimère de rhodium (II) tétracarboxylate sont les précurseurs de ces espèces nitrènes métalliques, capables de faire l’insertion de liens C(sp3)-H. Dans ces travaux de thèse, nous avons travaillé sur le développement d’une méthode plus « verte » d’amination intramoléculaire. Les N-mésyloxycarbamates, plus légers que leurs homologues N-tosyloxycarbamates, ont été identifiés comme d’excellents précurseurs de nitrènes. La méthodologie développée ne nécessite que 3 mol % de dimère de rhodium Rh2(tpa)4 et de 1,5 équivalents de solution aqueuse saturée de K2CO3, le tout dans l’acétate d’éthyle et donne de bons rendements de cyclisation. Une étude de l’étendue réactionnelle a été effectuée, montrant la tolérance et les limitations de notre système catalytique : les hétéroatomes ne posent pas de problèmes hormis l’atome d’azote, qui doit être protégé afin de garantir la transformation. En outre, nous avons constaté que les liens C-H aliphatiques secondaires sont moins réactifs que les liens tertiaires. Après avoir tenté de développer des conditions réactionnelles spécifiques aux liens C-H non activés, nous avons montré la possibilité d’aminer des liens C-H propargyliques de manière chimiosélective ; la triple liaison C-C peut ensuite être dérivatisée efficacement, donnant accès à la formule saturée correspondante ainsi qu’à d’autres motifs. Dans un désir de substituer les complexes de rhodium par d’autres complexes de métaux plus abondants et moins dispendieux, nous nous sommes tournés, dans un premier temps, vers les complexes de fer et par la suite, vers les pinceurs de nickel. Les phtalocyanines de fer ont été identifiées comme étant de bons catalyseurs de l’amination intramoléculaire de N-mésyloxycarbamates. Le chlorure de phtalocyanine de fer (III), en présence d’un sel de AgBF4 et de K2CO3, dans le 1,1,2,2-tétrachloroéthane anhydre, permet l’obtention de la 4-phenyloxazolidin-2-one avec 63% de rendement. En outre, il est possible d’atteindre un rendement de 49% à partir du même substrat N-mésyloxycarbamate, par catalyse avec un pinceur de nickel de type POCN, en présence d’un sel de mésylate. Des indices sur le mécanisme des ces deux transformations ont pu être recueillis lors de la courte étude de ces systèmes.

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.

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.

Geochemistry Of Acid Mine Drainage From A Coal Mining Area And Processes Controlling Metal Attenuation In Stream Waters, Southern Brazil.

Acid drainage influence on the water and sediment quality was investigated in a coal mining area (southern Brazil). Mine drainage showed pH between 3.2 and 4.6 and elevated concentrations of sulfate, As and metals, of which, Fe, Mn and Zn exceeded the limits for the emission of effluents stated in the Brazilian legislation. Arsenic also exceeded the limit, but only slightly. Groundwater monitoring wells from active mines and tailings piles showed pH interval and chemical concentrations similar to those of mine drainage. However, the river and ground water samples of municipal public water supplies revealed a pH range from 7.2 to 7.5 and low chemical concentrations, although Cd concentration slightly exceeded the limit adopted by Brazilian legislation for groundwater. In general, surface waters showed large pH range (6 to 10.8), and changes caused by acid drainage in the chemical composition of these waters were not very significant. Locally, acid drainage seemed to have dissolved carbonate rocks present in the local stratigraphic sequence, attenuating the dispersion of metals and As. Stream sediments presented anomalies of these elements, which were strongly dependent on the proximity of tailings piles and abandoned mines. We found that precipitation processes in sediments and the dilution of dissolved phases were responsible for the attenuation of the concentrations of the metals and As in the acid drainage and river water mixing zone. In general, a larger influence of mining activities on the chemical composition of the surface waters and sediments was observed when enrichment factors in relation to regional background levels were used.

Bipolar Tribocharging Signal During Friction Force Fluctuations At Metal-insulator Interfaces.

Friction and triboelectrification of materials show a strong correlation during sliding contacts. Friction force fluctuations are always accompanied by two tribocharging events at metal-insulator [e.g., polytetrafluoroethylene (PTFE)] interfaces: injection of charged species from the metal into PTFE followed by the flow of charges from PTFE to the metal surface. Adhesion maps that were obtained by atomic force microscopy (AFM) show that the region of contact increases the pull-off force from 10 to 150 nN, reflecting on a resilient electrostatic adhesion between PTFE and the metallic surface. The reported results suggest that friction and triboelectrification have a common origin that must be associated with the occurrence of strong electrostatic interactions at the interface.

Seven-membered Rings Through Metal-free Rearrangement Mediated By Hypervalent Iodine.

A versatile and metal-free approach for the synthesis of carbocycles and of heterocycles bearing seven- and eight-membered rings is described. The strategy is based on ring expansion of 1-vinylcycloalkanols (or the corresponding silyl or methyl ether) mediated by the hypervalent iodine reagent HTIB (PhI(OH)OTs). Reaction conditions can be easily adjusted to give ring expansion products bearing different functional groups. A route to medium-ring lactones was also developed.

Metal Ions Bound To The Human Milk Immunoglobulin A: Metalloproteomic Approach.

The presence of calcium, iron, and zinc bound to human milk secretory IgA (sIgA) was investigated. The sIgA components were first separated by two-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis and then identified by electrospray ionization-tandem mass spectrometry (ESI MS MS). The metal ions were detected by flame atomic absorption spectrometry after acid mineralization of the spots. The results showed eight protein spots corresponding to the IgA heavy chain constant region. Another spot was identified as the transmembrane secretory component. Calcium was bound to both the transmembrane component and the heavy chain constant region, while zinc was bound to the heavy chain constant region and iron was not bound with the identified proteins. The association of a metal ion with a protein is important for a number of reasons, and therefore, the findings of the present study may lead to a better understanding of the mechanisms of action and of additional roles that sIgA and its components play in human milk.

Modelos de transferência de metal pesado na cana-de-açúcar adubada com composto de lixo urbano

The research approaches recycling of urban waste compost (UWC) as an alternative fertilizer for sugarcane crop and as a social and environmental solution to the solids residuals growth in urban centers. A mathematical model was used in order to know the metal dynamics as decision support tool, aiming to establish of criteria and procedures for UWC's safe use, limited by the amount of heavy metal. A compartmental model was developed from experimental data in controlled conditions and partially checked with field data. This model described the heavy metal transference in the system soil-root-aerial portion of sugarcane plants and concluded that nickel was metal to be concern, since it takes approximately three years to be attenuated in the soil, reaching the aerial portions of the plant at high concentrations. Regarding factors such as clay content, oxide level and soil pH, it was observed that for soil with higher buffering capacity, the transfer of the majority of the metals was slower. This model may become an important tool for the attainment of laws regarding the UWC use, aiming to reduce environment contamination the waste accumulation and production costs.

Abrasion wear resistance of different artificial teeth opposed to metal and composite antagonists

One of the most important properties of artificial teeth is the abrasion wear resistance, which is determinant in the maintenance of the rehabilitation's occlusal pattern. OBJECTIVES: This in vitro study aims to evaluate the abrasion wear resistance of 7 brands of artificial teeth opposed to two types of antagonists. MATERIAL AND METHODS: Seven groups were prepared with 12 specimens each (BIOLUX & BL, TRILUX & TR, BLUE DENT & BD, BIOCLER & BC, POSTARIS & PO, ORTHOSIT & OR, GNATHOSTAR & GN), opposed to metallic (M & nickel-chromium alloy), and to composite antagonists (C & Solidex indirect composite). A mechanical loading device was used (240 cycles/min, 4 Hz speed, 10 mm antagonist course). Initial and final contours of each specimen were registered with aid of a profile projector (20x magnification). The linear difference between the two profiles was measured and the registered values were subjected to ANOVA and Tukey's test. RESULTS: Regarding the antagonists, only OR (M = 10.45 ± 1.42 µm and C = 2.77 ± 0.69 µm) and BC (M = 6.70 ± 1.37 µm and C = 4.48 ± 0.80 µm) presented statistically significant differences (p < 0.05). Best results were obtained with PO (C = 2.33 ± 0.91 µm and M = 1.78 ± 0.42 µm), followed by BL (C = 3.70 ± 1.32 µm and M = 3.70 ± 0.61 µm), statistically similar for both antagonists (p>0.05). Greater result variance was obtained with OR, which presented the worse results opposed to Ni-Cr (10.45 ± 1.42 µm), and results similar to the best ones against composite (2.77 ± 0.69 µm). CONCLUSIONS: Within the limitations of this study, it may be concluded that the antagonist material is a factor of major importance to be considered in the choice of the artificial teeth to be used in the prosthesis.

Correlation between metal-ceramic bond strength and coefficient of linear thermal expansion difference

The purpose of this study was to evaluate the metal-ceramic bond strength (MCBS) of 6 metal-ceramic pairs (2 Ni-Cr alloys and 1 Pd-Ag alloy with 2 dental ceramics) and correlate the MCBS values with the differences between the coefficients of linear thermal expansion (CTEs) of the metals and ceramics. Verabond (VB) Ni-Cr-Be alloy, Verabond II (VB2), Ni-Cr alloy, Pors-on 4 (P), Pd-Ag alloy, and IPS (I) and Duceram (D) ceramics were used for the MCBS test and dilatometric test. Forty-eight ceramic rings were built around metallic rods (3.0 mm in diameter and 70.0 mm in length) made from the evaluated alloys. The rods were subsequently embedded in gypsum cast in order to perform a tensile load test, which enabled calculating the CMBS. Five specimens (2.0 mm in diameter and 12.0 mm in length) of each material were made for the dilatometric test. The chromel-alumel thermocouple required for the test was welded into the metal test specimens and inserted into the ceramics. ANOVA and Tukey's test revealed significant differences (p=0.01) for the MCBS test results (MPa), with PI showing higher MCBS (67.72) than the other pairs, which did not present any significant differences. The CTE (10-6 oC-1) differences were: VBI (0.54), VBD (1.33), VB2I (-0.14), VB2D (0.63), PI (1.84) and PD (2.62). Pearson's correlation test (r=0.17) was performed to evaluate of correlation between MCBS and CTE differences. Within the limitations of this study and based on the obtained results, there was no correlation between MCBS and CTE differences for the evaluated metal-ceramic pairs.

Antimicrobial efficacy of chemical disinfectants on contaminated full metal crowns

Prosthetic restorations that have been tried in the patient's mouth are potential sources of infection. In order to avoid cross-infection, protocols for infection control should be established in dental office and laboratory. This study evaluated the antimicrobial efficacy of disinfectants on full metal crowns contaminated with microorganisms. Full crowns cast in a Ni-Cr alloy were assigned to one control group (n=6) and 5 experimental groups (n=18). The crowns were placed in flat-bottom glass balloons and were autoclaved. A microbial suspension of each type of strain - S. aureus, P. aeruginosa, S. mutans, E. faecalis and C. albicans- was aseptically added to each experimental group, the crowns being allowed for contamination during 30 min. The contaminated specimens were placed into recipients with the chemical disinfectants (1% and 2% sodium hypochlorite and 2% glutaraldehyde) for 5, 10 and 15 min. Thereafter, the crowns were placed into tubes containing different broths and incubated at 35ºC. The control specimens were contaminated, immersed in distilled water for 20 min and cultured in Thioglycollate broth at 35ºC. Microbial growth assay was performed by qualitative visual examination after 48 h, 7 and 12 days. Microbial growth was noticed only in the control group. In the experimental groups, turbidity of the broths was not observed, regardless of the strains and immersion intervals, thus indicating absence of microbial growth. In conclusion, all chemical disinfectants were effective in preventing microbial growth onto full metal crowns.

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.

Heavy metal concentrations in soils from a remote oceanic island, Fernando de Noronha, Brazil

This paper examines the role of parent rock, pedogenetic processes and airborne pollution in heavy metal accumulation in soils from a remote oceanic island, Fernando de Noronha, Brazil. We studied five soil profiles developed from different volcanic rocks. Mineralogical composition and total concentrations of major and trace elements were determined in 43 samples. The obtained concentrations range for heavy metals were: Co: 26-261 ppm; Cu: 35-97 ppm; Cr: 350-1446 ppm; Ni: 114-691 ppm; Zn: 101-374 ppm; Hg: 2-150 ppb. The composition of soils is strongly affected by the geochemical character of the parent rock. Pedogenesis appears to be responsible for the accumulation of Zn, Co, and, to a lesser extent, of Ni and Cu, in the upper, Mn- and organic carbon-enriched horizons of the soil profiles. Pedogenic influence may also explain the relationship observed between Cr and the Fe. Hg is likely to have been added to the soil profile by long-range atmospheric transport. Its accumulation in the topsoil was further favoured by the formation of stable complexes with organic matter. Clay minerals do not appear to play an important role in the fixation of heavy metals.

Electrocatalytic oxidation of methanol by the [Ru3O(OAc)6(py)2(CH3OH)]3+cluster: improving the metal-ligand electron transfer by accessing the higher oxidation states of a multicentered system

The [Ru3O(Ac)6(py)2(CH3OH)]+ cluster provides an effective electrocatalytic species for the oxidation of methanol under mild conditions. This complex exhibits characteristic electrochemical waves at -1.02, 0.15 and 1.18 V, associated with the Ru3III,II,II/Ru3III,III,II/Ru 3III,III,III /Ru3IV,III,III successive redox couples, respectively. Above 1.7 V, formation of two RuIV centers enhances the 2-electron oxidation of the methanol ligand yielding formaldehyde, in agreement with the theoretical evolution of the HOMO levels as a function of the oxidation states. This work illustrates an important strategy to improve the efficiency of the oxidation catalysis, by using a multicentered redox catalyst and accessing its multiple higher oxidation states.