No description available.

Based on the clinical success of cisplatin for example in the treatment of testicular cancer, there is an ongoing interest in exploring the potential of other transition metal complexes as drug candidates for anticancer chemotherapy. A key objective in this field is the improvement of the selectivity of drug candidates, which can be achieved by addressing novel target sites beyond the traditional DNA interaction mechanism. Another promising strategy to achieve a high spatiotemporal control over the biological activity and thus minimize off-target side-effects is the use of light-activated metallodrugs. In that context, this thesis focuses on metal complexes and their ability to undergo ligand exchange reactions with specific biological ligands and respond to external stimuli such as light to improve their selectivity towards cancer cells. Besides their impact in medicinal chemistry, metal complexes are also highly attractive as luminescent probes to study biological systems. To enhance their cellular uptake and address specific intracellular target structures, the iClick (inorganic click) reaction serves as a very promising synthetic tool to prepare biofunctional metal complexes in a modular way. / Die klinischen Erfolge von Cisplatin, zum Beispiel bei der Behandlung von Hodenkrebs, haben das Interesse an der Erforschung weiterer Übergangsmetallkomplexe als potenzielle Wirkstoffe für die Krebstherapie geweckt. Ein Hauptziel in diesem Bereich ist die Verbesserung der Selektivität von Arzneimittelkandidaten, die durch die Ansprache neuer Zielstellen jenseits des traditionellen DNA-Interaktionsmechanismus erreicht werden kann. Eine weitere vielversprechende Strategie, um eine hohe räumlich-zeitliche Kontrolle über die biologische Aktivität zu erreichen und so Nebenwirkungen zu minimieren, ist die Verwendung lichtaktivierter Metallkomplexe. In diesem Zusammenhang konzentriert sich diese Arbeit auf Metallkomplexe und ihre Fähigkeit, Ligandenaustauschreaktionen mit spezifischen biologischen Liganden einzugehen und auf externe Reize wie Licht zu reagieren, um ihre Selektivität zu verbessern. Neben ihrer Bedeutung in der medizinischen Chemie sind Metallkomplexe auch als lumineszierende Sonden zur Untersuchung biologischer Systeme äußerst attraktiv. Um ihre zelluläre Aufnahme zu verbessern und spezifische intrazelluläre Zielstrukturen anzusprechen, dient die iClick-Reaktion (anorganischer Click) als vielversprechendes synthetisches Werkzeug zur modularen Herstellung biofunktioneller Metallkomplexe.

Die Anwendung von körperfremden Materialien zur Behandlung verschiedenster Krankheitsbilder, wie zum Beispiel als Zahnersatz oder Knochenstabilisierung, ist seit Jahrtausenden fester Bestandteil in der Medizin. Während damals hauptsächlich stabile Materialien genutzt wurden, die möglichst wenig mit dem menschlichen Körper interagieren, wird heutzutage ein anderer Ansatz verfolgt. Intelligente Materialien können nicht nur passiv die Heilung unterstützen, sondern aktiv zu ihr beitragen. Ein berühmtes Beispiel hierfür ist das Formgedächtnismaterial Nitinol, das in Stents zur Behandlung verengter Arterien eingesetzt wird. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Eisen-Palladium, einem neuen Formgedächtnismaterial, bei dem der Effekt nicht wie bei Nitinol über eine Temperaturänderung sondern durch ein äußeres Magnetfeld induziert wird. Da man somit körpertemperaturbedingte Restriktionen in biomedizinischen Anwendungen umgehen kann, birgt Eisen-Palladium ein hohes Potential für Drug-Delivery Systeme oder mikromechanische Pumpen. Da eine optimale Verträglichkeit des Materials mit seiner biologischen Umgebung absolut unabdingbar ist, untersucht diese Arbeit verschiedene Möglichkeiten, die Oberfläche zu modifizieren und somit die Adhäsion biologischer Zellen zu unterstützen. Zu diesem Zweck wurden das Peptid RGD als spezifische Zelladhäsionssequenz, ein Plasmapolymer auf L-Lysin Basis als unspezifische Beschichtung und die Nanostrukturierung der Eisen-Palladium Oberfläche durch Glanzwinkeldeposition untersucht. Die verwendeten Methoden beinhalten Immunofluoreszenztests zur Quantifizierung der fokalen Kontakte zwischen Zellen und Material, theoretische Dichtefunktionaltheorie Rechnungen, sowie Kontraktilitätsmessungen mittels eines selbst entwickelten Biegebalkenaufbaus. Somit gelingt es in dieser Arbeit, die gegenseitigen Beziehungen des Materials mit der jeweiligen Oberflächenmodifikation mit den lebenden Zellen aus verschiedenen Blickwinkeln zu analysieren. Durch eine Kombination aus experimentellen und theoretischen Methoden werden die Stärken und Schwächen der einzelnen Funktionalisierungsmethoden beleuchtet und die Bildung fokaler Kontakte für eine verbesserte Zelladhäsion wird maßgeblich verbessert.

Doctor of Philosophy / Department of Chemistry / Kenneth J. Klabunde / First, a new tiara Pd(II) thiolate complex-[Pd(SC[subscript]12H[subscript]25)[subscript]2][subscript]6 has been synthesized and fully characterized. Then the complex was further used as a single-source precursor to prepare nearly monodisperse palladium sulfide (PdS) nanoparticles through the high-temperature-induced decomposition in diphenyl ether. Secondly, the influence of dodecanethiol on the product distribution upon heating a Pd(II)-octylamine system was investigated. The molar ratio of octylamine to Pd(II) was fixed at 20:1, and the concentration of dodecanethiol was changed systematically. Without thiol ligand, only aggregated Pd(0) particles were obtained due to the reduction of Pd(II) by octylamine. When the molar ratio of dodecanethiol to Pd(II) was increased to 0.5, highly monodisperse sulfurized palladium nanoparticles with diameter 7.55 [plus or minus] 0.73 nm were generated. When the molar ratio reached to 2, only a thiolate complex-[Pd(SC[subscript]12H[subscript]25)[subscript]2][subscript]6 was found as the final product. Thirdly, we report a facile method to prepare nearly monodisperse Pd nanoparticles by heating Pd(II) ions in 4-tert-butyltoluene solvent, in the presence of oleylamine and trioctylphosphine (TOP) ligands. It has been found the concentration of TOP ligand was highly pivotal for the formation of Pd nanoparticles. Without TOP, only aggregated Pd particles were obtained due to the reduction of Pd(II) by oleylamine. When the molar ratio of TOP to Pd(II) was less than two, well-protected Pd nanoparticles were obtained. However, when the molar ratio reached to two, only Pd(II)-TOP coordination complexes were obtained as the final product. Fourthly, we present a novel way to synthesize cadmium selenide (CdSe) nanoparticles from a heterogeneous system only containing cadmium oxide, trioctylphosphine, and trioctylphosphine selenide. Last, the formation of magnesium oxychloride (Mg[subscript]x(OH)[subscript]yCl[subscript]z•nH[subscript]2O) nanorods from the system MgO-MgCl[subscript]2-H[subscript]2O was investigated. By changing the amounts of the starting materials, short nanorods (< 1 micron) or long nanorods (up to 20 micron) could be obtained readily with the aspect ratio in the range of 10-70. The resulting magnesium oxychloride nanorods could be further transformed to magnesium hydroxide (Mg(OH)[subscript]2) nanorods by treating with NaOH.

Nous avons réalisé la synthèse de nouveaux ligands "phosphine-free " à base pipéridinyle trouvant une application dans les réactions de créations de liaisons C-C. Nous avons créé une grande variété de ligands afin d'étudier les paramètres pouvant influencer leur performance catalytique. L'utilisation des complexes de Palladium correspondants dans des réactions de catalyse homogène nous a amené à nous intéresser à la réaction de Suzuki-Myaura. Un criblage a permis de cibler les chélates les plus performants et l'étude du champ d'application a révélé leur grande performance catalytique. De plus, les paramètres de la réaction ont été optimisés dans l'esprit d'une chimie plus respectueuse de l'environnement. Ces résultats ont amené la réalisation de ligands de 2ème génération (plus simple d'accès et d'une grande potentialité en réaction de Suzuki-Myaura) et de ligands de 3ème génération capables d'av.oir d'autres applications notamment dans le cas de complexes de cuivre

M. Tech. (Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering and Technology): Vaal University of Technology / The arylation and alkenylation of alkenes under the influence of a palladium catalyst, commonly referred to as the Heck reaction, has been extensively exploited by synthetic chemists since its debut in the late 1960’s. A traditional Heck coupling is based on an aryl iodide or bromide as the electrophilic partner and a terminal alkene as the nucleophilic partner. Academic and industrial interest in this reaction has increased in recent years, fueled by the development of more active catalyst systems, the discovery of waste-free versions, and the desire to put the vast empirical data on a sound mechanistic basis. In this study, we wish to report the use of commercially available substituted pyrazolones (1-(4-Sulfophenyl)-3-methyl-5-pyrazolone (L1), 1-(2,5-Dicloro-4-sulfophenyl)-3-methyl-5-pyrazolone (L2) and 5-oxo-1-phenyl-2-pyrazolin-3-carboxylic acid (L3)) and pyrazoles (α-[(2-Ethoxy-2-oxoethoxy)imino]-3-pyrazole acetic acid (L4) and 3.5 dimethyl pyrazole (L5)) as auxiliary ligands in the Heck coupling reaction. These ligands were used either with PdCl2 or Pd(OAc)2 to catalyze the Heck reaction of iodobenzene with ethyl acrylate or butyl acrylate. GC-MS was used to monitor the reaction, percentage (%) conversions were determined based on the consumption of iodobenzene. Different reaction parameters such as ligands, temperature, base, solvent and influence of time were investigated. It was observed that the lower conversion was obtained for ethyl acrylate and conversions above 80% were obtained for butyl acrylate. Ligand effect proved to be very crucial during the Heck coupling reactions of iodobenzene with butyl acrylate and ethyl acrylate. For instance in the absence of ligands with PdCl2, the conversions were 29 % and 44 % for butyl acrylate and ethyl acrylate, respectively. When Pd(OAc)2 was used in the absence of ligands the conversions were 25 % and 36 % for butyl acrylate and ethyl acrylate, respectively. In the study for the effect of temperature, 80 ◦C was observed as the best temperature since promising conversions were obtained with little or no sign of deactivation of the catalysts. On the other hand, increasing the temperature to 120 ◦C and above high percent conversions are observed; however deactivation of the catalysts occurs as observed from the precipitation of palladium black at the bottom of the vial. From the results obtained it is clear that pyrazolone and pyrazole ligands/palladium systems are important at very low catalyst loadings and mild temperatures. Based on the employed reaction conditions the influence of base suggested that the organic base triethylamine was the reagent of choice since better conversions were obtained compared to inorganic bases. The inhomogeneity of the inorganic base proved to be a disadvantage in the reaction of iodobenzene with butyl acrylate at employed reaction conditions. It was also found that parameters such as solvents and time effects were important in the Heck reaction. Polar aprotic solvents proved to be solvents of choice rather than non-polar solvents, from the investigated solvents DMF gave better conversions under the used reaction conditions giving average conversions of 78 % and 75 % for all the ligands in the presence of PdCl2 and Pd(OAc)2, respectively. During the investigation of time effect, it was noteworthy to observe that L4 had a slow initiation rate, for instance after 0.5 h conversions of 2 % and 10 % were obtained for catalytic systems, PdCl2 and Pd(OAc)2 respectively. Also it was observed that under the investigated parameters there was no need to run the reaction for 24 h because after 4 h not much of a difference in conversions was observed. In comparing the influence of these two different auxiliary ligands, pyrazolone based ligands were more efficient than pyrazole based ligands under the investigated parameters. The fully detailed information supporting this has been discussed in Chapter 4.

Le palladium est couramment utilisé pour le stockage du tritium, isotope radioactif de l’hydrogène, car il forme un tritiure réversible, à basse pression d’équilibre. La décroissance du tritium en hélium-3 provoque un vieillissement du tritiure, caractérisé notamment par l’apparition de bulles d’hélium-3, qui est étudié ici. De précédents travaux de modélisation du vieillissement avaient abouti à la création de deux modèles traitant, d’une part, de la germination des bulles d’hélium-3 (utilisation d’un automate cellulaire) et, d’autre part, de la croissance des bulles (mécanique des milieux continus). Ces modèles étaient fonctionnels, mais leur utilisation était limitée par le manque de données expérimentales d’entrée et de recalage. Ce travail de thèse a donc consisté à acquérir les données expérimentales les plus pertinentes pour améliorer la modélisation du vieillissement du tritiure de palladium. La première partie de ce travail a consisté à estimer les propriétés mécaniques du tritiure de palladium (limite d’élasticité, contrainte maximale, loi de comportement…), déduites de celles de l’hydrure et du deutérure de palladium, mesurées à l’aide d’essais de traction in situ. En seconde partie, la caractérisation du vieillissement a été entreprise, focalisée sur des observations de bulles dans le tritiure de palladium par microscopie électronique en transmission, des mesures de pression à l’intérieur des bulles par résonance magnétique nucléaire et des mesures de gonflement macroscopique du matériau par pycnométrie. Ces travaux ont conduit à des avancées significatives quant à la compréhension du vieillissement et ont permis d’améliorer considérablement sa modélisation. / Palladium is commonly used for the storage of tritium (the hydrogen radioactive isotope), since it forms a low-equilibrium-pressure and reversible tritide. Tritium decay into helium-3 is responsible for the ageing of the tritide, leading to the apparition of helium-3 bubbles for instance. Both experimental and theoretical aspects of this phenomenon are studied here.Previous works on ageing modelling led to two main models, dealing with:- Helium-3 bubbles nucleation (using a cellular automaton),- Bubbles growth (using continuum mechanics).These models were quite efficient, but their use was limited by the lack of input data and fitting experimental parameters.To get through these limitations, this work has consisted in studying the most relevant experimental data to improve the modelling of the palladium tritide ageing.The first part of this work was focused on the assessment of the mechanical properties of the palladium tritide (yield strength, ultimate strength, mechanical behaviour…). They were deduced from the in situ tensile tests performed on palladium hydride and deuteride.In the second part, ageing characterization was undertaken, mainly focusing on:- Bubbles observations in palladium tritide using transmission electron microscopy,- Internal bubble pressure measurements using nuclear magnetic resonance,- Macroscopic swelling measurements using pycnometry.The present work has led to significant progress in ageing understanding and has brought very valuable improvements to the modelling of such a phenomenon.

Les hétérocycles aromatiques sont des motifs structuraux rencontrés dans un grand nombre de substances d'intérêts biologiques ou pharmacologiques. Plus particulièrement, les pyridazines substituées font l'objet d'un intérêt grandissant pour leurs propriétés pharmaceutiques (antibactériens, anti-inflammatoires, médicaments cardiovasculaires…). De plus, les structures comportant des pyridazines peuvent également être utilisées en tant qu'agents chélatants de cations métalliques et s'ordonner en édifices utilisés en chimie supramoléculaire.Nous nous sommes donc intéressés à l'élaboration d'éléments de base comportant des cycles pyridaziniques de type aryl ou hétéroarylpyridazines. La mise au point de méthodes impliquant des espèces organométalliques a été l'un de nos objectifs primordial. L'élaboration de ces composés a été réalisée par formation de liaisons C-C. Une approche électrochimique d'hétérocouplage associé à une catalyse au nickel a été utilisée. Quelques limites à cette méthode ont cependant été observées dans le cas des couplages mettant en jeu des 3,6-dihalogénopyridazines. Une étude par électrochimie analytique a permis d'en comprendre les raisons. La seconde partie de notre travail a consisté en l'étude de la réactivité d'arylzinciques ou de triarylbismuths vis-à-vis de 3,6-dihalogénopyridazines / Heteroaromatic rings are present in various biological and pharmacological active molecules. Substituted aryl-pyridazines have given rise to considerable interest because of their diverse pharmacological properties (antibacterial, anti-inflammatory, cardiovascular drugs…). Moreover, structures which contain pyridazines are used in supramolecular chemistry for their applications through self-assembly processes in the presence of metal ions.In order to elaborate building blocks containing pyridazine rings such as aryl or heteroaryl-pyridazines, we turned our intention on the development of complementary methods involving organometallic reagents. Transition metal-catalyzed cross-coupling reaction of organometallic compounds with organic halides is one of the most powerful methods for the generation of C-C bonds.We chose to develop the most straightforward method involves heterocoupling reaction of aryl/heteroaryl compounds under electrochemical conditions (sacrificial anode process) associated to a nickel catalysis. However some limitations have been pointed out when 3,6-dihalogenopyridazines are involved in the cross-coupling reaction. An electrochemical study was investigated in order to propose some mechanistic considerations. A second part of this work consisted in the study of arylzinc and triarylbismuths reagents toward 3,6-dihalogenopyridazines

Les dérivés hétérocycliques sont incorporés dans la structure de nombreuses molécules biologiquement actives, naturelles ou de synthèse. Ce travail de thèse décrit les efforts réalisés pour développer de nouvelles voies d'accès à deux familles de ces composés hétérocycliques : les hétérocycles phosphorés et les pyrimidines. Le premier chapitre est dédié à une étude bibliographique de l'ensemble des méthodologies d'hydrophosphonylation et d'hydrophosphinylation connues à ce jour. Le second chapitre décrit nos efforts pour développer des réactions de formation de liaisons carbone-phosphore pallado-catalysées. Le dernier chapitre est consacré à la mise au point d'une synthèse originales de β-enaminones protégées et de leur utilisation pour la synthèse de pyrimidines diversement substituées. / Compounds classified as heterocyclic are found in numerous natural products and molecules biogically active. The work described herein will focus on the synthesis of two families of heterocyclic compounds through two distincts synthetic pathways. The first one lays in the organophosphorus chemistry. In Chapter I, numerous methodologies known in the literature will be explained. The significance of metal-catalyzed hydrophosphonylation / hydrophosphinylation reactions will be described. Chapter II stands for the experimental exploration of metal-catalyzed intramolecular and intermolecular P-C bond formation. In Chapter III the attention will be turned to the development of a base-catalyzed synthesis of Cbz-protected β-enaminones and their subsequent implementation in the cyclization reaction towards 2,4,6-trisubstituted pyrimidines.

L’ouverture sélective de cycles aromatiques sur catalyseurs bifonctionnels peut en principe aboutir à une augmentation de l’indice de cétane des gazoles. Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur l’iridium supporté sur silice-alumine amorphe (ASA) comme catalyseur d’hydroconversion de la tétraline en présence de H2S à 250-350 °C dans un microréacteur continu sous pression (4 MPa). Une étude détaillée par analyse thermique et diffraction X in situ du processus de décomposition du précurseur acétylacétonate d’iridium a permis d’optimiser l’étape d’activation. Unesimple réduction sous H2 à 350 °C aboutit à des nanoparticules Ir finement dispersées (taille 1.4 ± 0.2nm). Le catalyseur Ir/ASA est stable et résiste à l’empoisonnement par le soufre, contrairement à Ir/SiO2 et Ir/Al2O3. Les principaux produits d’hydroconversion de la tétraline sont les produits d’hydrogénation (décalines) et les produits d’ouverture et de contraction de cycle (POCC). L’analyse par chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle (GC��GC-MS) montre que les POCC se répartissent en produits d’ouverture saturés et aromatiques, minoritaires, et en produits de contraction saturés et aromatiques, majoritaires. Les performances catalytiques de Ir/ASA ont pu être modifiéesvia des effets de support, d’alliage et de taille. Pour une composition Si:Al d’environ 0,5, l’acidité de Brönsted du support est maximale, ce qui conduit à une activité totale et une sélectivité en POCC maximales. D’autre part, l’activité augmente par ajout de palladium, et la sélectivité en POCC est maximale pour la composition Ir-Pd intermédiaire. Les analyses par TEM-EDX montrent que la teneur en Pd des nanoparticules augmente avec leur taille. Enfin, la sélectivité en POCC croîtconsidérablement avec la taille des particules, qui a été ajustée entre 2 et 8 nm par frittage thermiqueen atmosphère humide. Cela s’explique par une diminution du rapport entre les quantités de sitesmétalliques et de sites acides de Brönsted dans le cadre d’un mécanisme bifonctionnel. / Selective ring opening of aromatics over bifunctional catalysts is expected to increase gas oil cetane number. In this work, we have focused on iridium supported on amorphous silicaalumina (ASA) for catalytic hydroconversion of tetralin in the presence of H2S at 250-350 °C, using a continuous high-pressure (4 MPa) microreactor. A detailed study of the decomposition of the Ir acetylacetonate precursor by thermal analysis and in situ X-ray diffraction has allowed us to optimize the activation treatment. A simple reduction in H2 at 350 °C leads to well-dispersed nanoparticles (size 1.4 ± 0.2 nm). Unlike Ir/SiO2 and Ir/Al2O3 catalysts, Ir/ASA is stable and resists to poisoning by sulphur. The main tetralin hydroconversion products are hydrogenation products (decalins) and ringopening/contraction products (ROCP). Advanced analysis by tow-dimensional gas chromatography(GC��GC-MS) shows that ROCP are composed mostly of saturated and aromatic ring-contractionproducts, and to a lower extent of saturated and aromatic ring-opening products. The catalyticperformances of Ir/ASA could be modified through support, alloy and size effects. For a Si:Alcomposition of ca. 0.5, the Brönsted acidity of the support is maximal, which leads to the highest totalactivity and ROCP selectivity. Besides, the activity increases with palladium addition, and the ROCPselectivity is maximum at intermediate Ir-Pd composition. TEM-EDX analyses show that the Pdcontent of nanoparticles increases with their size. Finally, the ROCP selectivity increases dramaticallywith particle size, which was tuned in the 2-8 nm range by thermal sintering in a wet atmosphere. Thisis explained by a decrease of the amount of metallic sites with respect to Brönsted acid sites within abifunctional mechanism.