965 resultados para bifunctional catalyst
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High-performance and low-cost bifunctional electrocatalysts play crucial roles in oxygen reduction and evolution reactions. Herein, a novel three-dimensional (3D) bifunctional electrocatalyst was prepared by embedding CoO nanoparticles into nitrogen and sulfur co-doped carbon nanofiber networks (denoted as CoO@N/S-CNF) through a facile approach. The carbon nanofiber networks were derived from a nanostructured biological material which provided abundant functional groups to nucleate and anchor nanoparticles while retaining its interconnected 3D porous structure. The composite possesses a high specific surface area and graphitization degree, which favors both mass transport and charge transfer for electrochemical reaction. The CoO@N/S-CNF not only exhibits highly efficient catalytic activity towards oxygen reduction reaction (ORR) in alkaline media with an onset potential of about 0.84 V, but also shows better stability and stronger resistance to methanol than Pt/C. Furthermore, it only needs an overpotential of 1.55 V to achieve a current density of 10 mA cm-2, suggesting that it is an efficient electrocatalyst for oxygen evolution reaction (OER). The ΔE value (oxygen electrode activity parameter) of CoO@N/S-CNF is calculated to be 0.828 V, which demonstrates that the composite could be a promising bifunctional electrocatalyst for both ORR and OER.
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Cinchona alkaloids with a free 6'-OH functionality are being increasingly used within asymmetric organocatalysis. This fascinating class of bifunctional catalyst offers a genuine alternative to the more commonly used thiourea systems and because of the different spacing between the functional groups, can control enantioselectivity where other organocatalysts have failed. In the main, this review covers the highlights from the last five years and attempts to show the diversity of reactions that these systems can control. It is hoped that chemists developing asymmetric methodologies will see the value in adding these easily accessible, but underused organocatalysts to their screens.
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Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.
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Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.
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The bifunctional transformation of n-hexane was carried out over Pt/MCM-22 based catalysts. MCM-22 was synthesized and submitted to ion exchange with rare earth nitrate solutions of La, Nd and Yb, followed by Pt introduction. Three different methods were used to introduce about 1 wt% of Pt in the zeolite: ion exchange, incipient wetness impregnation and mechanical mixture with Pt/Al(2)O(3). The bifunctional catalysts were characterized by transmission electron microscopy and by the model reaction of toluene hydrogenation. These experiments showed that, in the ion exchanged sample, Pt is located both within the inner micropores and on the outer surface, whereas in the impregnated one, the metal is essentially located on the outer surface under the form of large particles. The presence of RE elements increases the hydrogenating activity of Pt/MCM-22 since the location of these species at the vicinity of metal particles causes modification on its electronic properties. Whatever the mode of Pt introduction, a fast initial decrease in conversion is observed for n-hexane transformation, followed by a plateau related to the occurrence of the catalytic transformations at the hemicages located at the outer surface of the crystals. The effect of rare earth elements on the hydrogenating function leads to a lower selectivity in dibranched isomers and increased amounts of light products.
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An organocatalytic asymmetric synthesis of a novel, highly functionalised cyclopropane system furnished with versatile substituents and containing a quaternary centre is described. The process utilises a new bifunctional catalyst based on the cinchona alkaloid framework and the products made using this catalyst were obtained as single diastereoisomers, with very high enantioselectivities (up to 96% ee). We have also demonstrated that these resulting cyclopropanes are very useful synthetic intermediates to interesting products, such as the difficult to access d3-amino acids.
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The studies conducted during my Phd thesis were focused on two different directions: 1. In one case we tried to face some long standing problems of the asymmetric aminocatalysis as the activation of encumbered carbonyl compounds and the control of the diastereoisomeric ratio in the diastero- and enantioselective construction of all carbon substituted quaternary stereocenters adjacent a tertiary one. In this section (Challenges) was described the asymmetric aziridination of ,-unsaturated ketones, the activation of ,-unsaturated -branched aldehydes and the Michael addition of oxindoles to enals and enones. For the activation via iminium ion formation of sterically demanding substrates, as ,-unsaturated ketones and ,-unsaturated -branched aldehydes, we exploited a chiral primary amine in order to overcome the problem of the iminium ion formation between the catalyst and encumbered carbonylic componds. For the control of diastereoisomeric ratio in the diastero- and enantioselective construction of all carbon substituted quaternary stereocenters adjacent a tertiary one we envisaged that a suitable strategy was the Michael addition to 3 substituted oxindoles to enals activated via LUMO-lowering catalysis. In this synthetic protocol we designed a new bifunctional catalyst with an amine moiety for activate the aldehyde and a tioureidic fragment for direct the approach of the oxindole. This part of the thesis (Challenges) could be considered pure basic research, where the solution of the synthetic problem was the goal itself of the research. 2. In the other hand (Molecules) we applied our knowledge about the carbonylic compounds activation and about cascade reaction to the synthesis of three new classes of spirooxindole in enantiopure form. The construction of libraries of these bioactive compounds represented a scientific bridge between medicinal chemistry or biology and the asymmetric catalysis.
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The synthesis of constrained spirocycles is achieved effectively by means of 1,3-dipolar cyclodditions employing α-imino γ-lactones as azomethine ylide precursors and nitroalkenes as dipolarophiles. The complex formed by (R,R)-Me-DuPhos 18 and AgF is the most efficient bifunctional catalyst. Final spiro-nitroprolinates cycloadducts are obtained in good to moderate yields and both high diastereo- and enantioselectivities. Density functional theory (DFT) calculations supported the expected absolute configuration as well as other stereochemical parameters.
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This study presents a computational fluid dynamic (CFD) study of Dimethyl Ether steam reforming (DME-SR) in a large scale Circulating Fluidized Bed (CFB) reactor. The CFD model is based on Eulerian-Eulerian dispersed flow and solved using commercial software (ANSYS FLUENT). The DME-SR reactions scheme and kinetics in the presence of a bifunctional catalyst of CuO/ZnO/Al2O3+ZSM-5 were incorporated in the model using in-house developed user-defined function. The model was validated by comparing the predictions with experimental data from the literature. The results revealed for the first time detailed CFB reactor hydrodynamics, gas residence time, temperature distribution and product gas composition at a selected operating condition of 300 °C and steam to DME mass ratio of 3 (molar ratio of 7.62). The spatial variation in the gas species concentrations suggests the existence of three distinct reaction zones but limited temperature variations. The DME conversion and hydrogen yield were found to be 87% and 59% respectively, resulting in a product gas consisting of 72 mol% hydrogen. In part II of this study, the model presented here will be used to optimize the reactor design and study the effect of operating conditions on the reactor performance and products.
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A 20% Pt3Sn/C catalyst was prepared by reduction with formic acid and used in a direct ethanol fuel cell at low temperatures. The electro-catalytic activity of this bimetallic catalyst was compared to that of a commercial 20% Pt/C catalyst. The PtSn catalyst showed better results in the investigated temperature range (30 degrees-70 degrees C). Generally, Sn promotes ethanol oxidation by adsorption of OH species at considerably lower potentials compared to Pt, allowing the occurrence of a bifunctional mechanism. The bimetallic catalyst was physico-chemically characterized by X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses. The presence of SnO2 in the bulk and surface of the catalyst was observed. It appears that SnO2 can enhance the ethanol electro-oxidation activity at low potentials due to the supply of oxygen-containing species for the oxidative removal of CO and CH3CO species adsorbed on adjacent Pt active sites.
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Chiral L-prolinamides 2 containing the (R,R)- and (S,S)-trans-cyclohexane-1,2-diamine scaffold and a 2-pyrimidinyl unit are synthesized and used as general organocatalysts for intermolecular and intramolecular aldol reactions with 1,6-hexanedioic acid as a co-catalyst under solvent-free conditions. The intermolecular reaction between ketone–aldehyde and aldehyde–aldehyde must be performed under wet conditions with catalyst (S,S)-2b at 10 °C, which affords anti-aldols with high regio-, diastereo-, and enantioselectivities. For the Hajos–Parrish–Eder–Sauer–Wiechert reaction, both diastereomers of catalyst 2 give similar results at room temperature in the absence of water to give the corresponding Wieland–Miescher ketone and derivatives. Both types of reactions were scaled up to 1 g, and the organocatalysts were recovered by extractive workup and reused without any appreciable loss in activity. DFT calculations support the stereochemical results of the intermolecular process and the bifunctional role played by the organocatalyst by providing a computational comparison of the H-bonding networks occurring with catalysts 2a and 2b.
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Bifunctional chiral primary amine 8 containing an (S,S)-trans-cyclohexane-1,2-diamine scaffold and a 2-benzimidazole unit is used as a general organocatalyst for the Michael addition of α,α-branched aldehydes to nitroalkenes and maleimides. The reactions take place, with 20 mol % of catalyst in dichloromethane at rt for nitroalkenes and with 15 mol % catalyst loading in toluene at 10 °C for maleimides, in good yields and enantioselectivities. DFT calculations demonstrate the bifunctional character of this organocatalyst activating the aldehyde by enamine formation and the Michael acceptor by double hydrogen bonding.
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Robust, bifunctional catalysts comprising Rh(CO)(Xantphos) exchanged phosphotungstic acids of general formulas [Rh(CO)(Xantphos)]+n[H3–nPW12O40]n− have been synthesized over silica supports which exhibit tunable activity and selectivity toward direct vapor phase methanol carbonylation. The optimal Rh:acid ratio = 0.5, with higher rhodium concentrations increasing the selectivity to methyl acetate over dimethyl ether at the expense of lower acidity and poor activity. On-stream deactivation above 200 °C reflects Rh decomplexation and reduction to Rh metal, in conjunction with catalyst dehydration and loss of solid acidity because of undesired methyl acetate hydrolysis, but can be alleviated by water addition and lower temperature operation.
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The quest for sustainable resources to meet the demands of a rapidly rising global population while mitigating the risks of rising CO2 emissions and associated climate change, represents a grand challenge for humanity. Biomass offers the most readily implemented and low-cost solution for sustainable transportation fuels, and the only non-petroleum route to organic molecules for the manufacture of bulk, fine and speciality chemicals and polymers. To be considered truly sustainable, biomass must be derived fromresources which do not compete with agricultural land use for food production, or compromise the environment (e.g. via deforestation). Potential feedstocks include waste lignocellulosic or oil-based materials derived from plant or aquatic sources, with the so-called biorefinery concept offering the co-production of biofuels, platform chemicals and energy; analogous to today's petroleum refineries which deliver both high-volume/low-value (e.g. fuels and commodity chemicals) and lowvolume/ high-value (e.g. fine/speciality chemicals) products, thereby maximizing biomass valorization. This article addresses the challenges to catalytic biomass processing and highlights recent successes in the rational design of heterogeneous catalysts facilitated by advances in nanotechnology and the synthesis of templated porous materials, as well as the use of tailored catalyst surfaces to generate bifunctional solid acid/base materials or tune hydrophobicity.
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The metal catalyzed hydrogenolysis of the biomass-derived THF-dimethanol to 1,2,6-hexanetriol using heterogeneous catalysts was investigated. Bimetallic Rh-Re catalysts (4 wt% Rh and a Re/Rh (mol. ratio of 0.5) on a silica support gave the best performance and 1,2,6-hexanetriol was obtained in 84% selectivity at 31% conversion (120 C, 80 bar, 4 h); the selectivity reaches a maximum of 92% at 80 C. The product distribution at prolonged reaction times or higher temperatures or both shows the formation of diols and mono-alcohols, indicating that the 1,2,6-hexanetriol is prone to subsequent hydrodeoxygenation reactions. Different silica supports were investigated and optimal results were obtained with an amorphous silica featuring an intermediate surface area and an average mesopore size of about 6 nm. TPR and XPS surface analysis support the presence of mixed Rh and Re particles. The redox Reδ+/ReTotal surface ratio correlates with the conversion in a volcano type dependency. Both gas phase as well as Rh200Re1OH cluster DFT calculations support an acid-metal bifunctional mechanism and explain the products distribution. © 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.