Au cours des dernières années, nous avons développé, au laboratoire, un outil puissant permettant de former des liaisons carbone-carbone, basé sur la chimie radicalaire des xanthates. La fonction dithiocarbonate est transférée sur le produit d'arrivée en fin de réaction. Dans ces travaux, nous avons montré qu'au lieu d'être un inconvénient, ce transfert était un excellent point de départ pour réaliser des réactions d'allylation radicalaire. La première méthode est basée sur l'utilisation de sulfones allyliques substituées en α. Contrairement aux stannanes, les allyl isopropylsulfones sont de très bons agents d'allylation, ne montrant aucune trace d'oléfine isomérisée. Cette méthode a permis l'introduction aisée de diènes et énynes skipped. Le système d'initiation triéthylborane/oxygène a permis de réaliser l'addition de divers xanthates sur des époxydes vinyliques à température ambiante. Des alcools allyliques, ainsi que des amines allyliques et des allènes ont pu être préparés. Un équivalent radicalaire de la réaction de Wittig a été développé et repose sur l'utilisation d'éthers de fluoropyridine. L'addition du bromure de vinylmagnésium sur divers aldéhydes et cétones, suivie de la substitution de la 2,6-difluoropyridine par l'alcoolate correspondant a permis la formation d'agents d'allylation très puissants. Un acide aminé portant un sucre sur sa chaîne latérale a ainsi été préparé. Finalement, la synthèse de 5-aryl-pipéridin-2-ones s'est avérée possible par un processus radicalaire basé sur la cyclisation sur l'aromatique de dérivés d'aniline. Les pipéridinones formées ainsi que leurs précurseurs bicycliques pourraient avoir des propriétés biologiques intéressantes.

Orientador: Nelson Henrique Morgon / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-07T03:03:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sanvido_CibelledeSouza_M.pdf: 3049772 bytes, checksum: 93473c5a86f022408435d3d8d4bfadd4 (MD5) Previous issue date: 2006 / Mestrado / Físico-Química / Mestre em Química

Cette thèse décrit le développement de nouvelles réactions dans le cadre de la chimie radicalaire par transfert de xanthate développée au laboratoire. Nous nous sommes tout particulièrement intéressés à apporter des solutions à l’alkylation formelle de cétones par voie radicalaire. Dans ce cadre, une alkylation bidirectionnelle de cétones non symétriques a été développée à partir de dixanthates. Reposant sur les différences de stabilité des radicaux présents dans le milieu, cette réaction a permis la synthèse de nombreuses cétones formellement dialkylées à partir d’oléfines non activées. La puissance de cette technologie a également été éprouvée dans le cadre de l’alkylation formelle des gem˗α˗dichlorocétones, composés très sensibles aux conditions basiques. Les conditions douces et neutres de réaction ont permis de préparer de nombreux dérivés et d’étudier plus en détails leur réactivité vis-à-vis du réarrangement de Favorskii. Dans un troisième temps, une réaction de vinylation radicalaire a été appliquée à la synthèse de cétones trifluorométhylées. Enfin, le développement de nouvelles réactions à partir des adduits radicalaires est envisagé. / This manuscript is dedicated to the development of new reactions based on xanthate radical transfer reaction, which has been developed in our laboratory. In particular, we were particularly interested in its application to the formal alkylation of ketones. Within this project, we studied a bidirectional alkylation of non-symmetrical ketones from dixanthates derivatives. Based on the difference of stability of the radicals involved in the reaction, this strategy allowed the preparation of various formally dialkylated ketones from unactivated alkenes. This powerful strategy was also applied to the formal alkylation of the highly base˗sensitive gem˗α˗dichloroketones. The mild and neutral conditions employed for the radical addition allowed the preparation of various derivatives. Their reactivities towards a Favorskii rearrangement were as well studied. The scope of a radical vinylation reaction was also extended to the synthesis of various trifluoromethylated ketones and enones. Finally, the development of new reactions from the radical adduct was envisaged.

Comprehensive thermodynamic calculations have been carried out on the chalcocite-KEX-water system based on complete mass balance equations which include both soluble and insoluble species. The calculations have yielded i) E_h-pH stability diagrams for different KEX additions, ii) equilibrium concentrations and amounts of all the dissolved and insoluble species including those of CuX and CuX₂, iii) two- and three-dimensional plots showing the effect of E_h and pH on the formation of selected species, and iv) minimum xanthate additions required to form CuX and CuX₂. These information can be used as a guide in predicting the optimum conditions for flotation and leaching of chalcocite. The upper limiting potentials predicted from the thermodynamic calculations are in excellent agreement with those determined from the microflotation tests. The lower flotation edges, on the other hand, are found to be dependent on the sequence of reagent additions. When xanthate is added after the addition of a reducing or oxidizing agent to control the potential, they are in reasonable agreement with predicted values. When the collector is added prior to the potential control, however, the lower flotation edges are significantly higher than the predictions. The flotation experiments carried out at several different concentrations show that the minimum amount of the collector is required between 0 to 200 mv, as predicted by the thermodynamic calculations. Voltammetry experiments carried out in the absence of a collector at pH 9.2 and 6.8 suggest that the anodic oxidation of chalcocite results in the formation of Cu₂O, Cu(OH)₂ and S^O. At potentials below -400 mv, Cu₂S is reduced to Cu^O and HS⁻. When xanthate is added, several adsorption peaks are observed. There are indications that the peaks appearing between -200 and -100 mv may involve the reaction between xanthate and Cu^O. However, at potentials above -40 mv, xanthate may adsorb directly on chalcocite without involving Cu^O. / M.S.

La chimie radicalaire connaît depuis une vingtaine d'années un succès grandissant et ses applications en synthèse organique sont devenues fréquentes. La désoxygénation de Barton et la réduction de dérivés halogénés par l'hydrure de tributylétain ont ouvert la voie à toute une classe de réactions de modification sélective de groupes fonctionnels. Depuis quelques années, les recherches menées au laboratoire sont centrées sur les applications possibles de la chimie radicalaire dans le domaine des réactions intermoléculaires, notamment grâce à la chimie radicalaire des xanthates. Ces composés donnent en effet des résultats particulièrement intéressants dans le cas des réactions d'addition intermoléculaire entre des radicaux carbonés et des oléfines de caractères variées. C'est dans ce cadre que se situent les travaux présentés dans ce manuscrit. L'objectif de ces études a été de développer une série de réactions applicables en synthèse organique. Toutes ces réactions ont pour particularité d'utiliser les xanthates comme source de radicaux. L'organisation du manuscrit est faite de la manière suivante : Dans une première partie, nous présenterons la chimie radicalaire des xanthates développée au laboratoire. Après une brève introduction sur la chimie radicalaire, nous nous attacherons à la particularité de la fonction xanthate, les synthèses possibles de ce type de composés, et les réalisations utilisant cette méthode. Mes travaux effectués sous la direction du Professeur Samir Zard, en collaboration avec Monsieur Jean-Marc Paris et Monsieur François Metz de la société Rhodia, sont centrés sur l'étude de nouveaux radicaux générés par des xanthates, chaque étude présentant un grand nombre d'applications variées. L'exposé de nos travaux portera en premier lieu sur l'étude de xanthates trifluorométhylés. Nous montrerons comment ils permettent d'offrir un accès facile à des composés fluorés particulièrement utiles, notamment dans l'industrie pharmaceutique (Partie 2). Par la suite, nous présenterons la formation de nouveaux radicaux issus d'aldéhydes. Cette méthode ouvre un nouvel accès aux cyanodiènes et δ-lactones insaturées, et offre des solutions inédites pour la synthèse organique (Partie 3). Enfin, nous ferons état de nos travaux sur les radicaux formés à partir de sels d'aryldiazoniums. Nous montrerons qu'il est possible de réaliser des réactions d'additions radicalaires intramoléculaires, permettant l'accès à des hétérocycles variés (Partie 4).

Zinc xanthates polymerize propylene oxide into high polymer (PPO) with coordination mechanism. In order to identify structure and stereoisomerisms of this polymer, PPO was subjected to thermal and column fractionation. Obtained fractions were characterized by end-group analysis, cryoscopy, viscometry, IR and 13C-NMR spectroscopy, melting temperature. PPO is composed of a high molecular weight, stereoregular, crystallizable polymer (K-polymer) with low molecular weight (=500 g/mol) D-polymer. Presence of double bonds and hydroxyl terminals was interpreted as the product of an anionic mechanism. K-Polymers can be thermally fractionated on the basis of their melting temperature (Tm) rather than molecular weight (Mwt). It&amp / #8217 / s found that higher Tm fractions have lower Mwt, but they precipitate at higher temperatures than higher Mwt but lower Tm fractions. In column fractionation, K-polymers were deposited on glass beads from isooctane solution in a narrow temperature interval. Then the precipitated samples were split into a number of fractions by using again isooctane but at a higher temperature than the precipitation temperature by increasing residence time from 5 minutes to several hours. It&amp / #8217 / s found that rate of solubility is not controlled by molecular weight, but controlled by percentage crystallinity and Tm. Highest Tm polymers, with relatively higher Mwt showed faster rate of solution than that of lower Tm, lower Mwt but higher percent crystalline fractions. This discrepancy was accounted by suggesting a stereo-block structure where tactic blocks are bound each other with non-crystallizable atactic blocks. The mechanism of polymerization was also discussed in some detail.

Dans un premier temps, nous avons développé un synthon original équipé à la fois d'une fonction phosphonate et d'une fonction xanthate qui a permis la création de deux liaisons carbone–carbone à la suite, dans une séquence efficace d'addition radicalaire–oléfination de Horner–Wadsworth–Emmons. L'intérêt de ce nouveau xanthate a été par ailleurs illustré en réalisant la synthèse d'alcaloïdes présentant un noyau pyridine, les xestamines C, E, et H. Ce synthon s'est montré aussi très utile dans la synthèse d'hétérocycles soufrés peu décrits dans la littérature, les thiéno[2,3-b]thiopyranones. Une séquence réalisée dans le même pot a permis l'obtention de divers composés très fonctionnalisés. La chimie radicalaire a servi pour la fonctionnalisation de la position 2 alors que la chimie ionique a servi pour la fonctionnalisation de la position 6. Nous avons aussi développé une nouvelle réaction radicalaire qui permet de transformer la fonction xanthate en thioéther arylique. Dans certains cas, une oxydation suivie d'une élimination du sulfoxyde résultant a conduit à des vinylsilanes intéressants. Enfin, nous avons mis au point une nouvelle méthodologie qui permet d'accéder rapidement et efficacement à des motifs bicyclo[3.2.1]octanes fonctionnalisés. Ceci nous a permis par la suite de réaliser une synthèse relativement courte du précurseur insaturé d'un modèle du maritimol, un diterpènoïde tétracyclique. La stratégie appliquée repose principalement sur une étape d'addition radicalaire par transfert de xanthate et de cyclisation radicalaire. La synthèse de l'énantiomère naturel du maritimol a ensuite été entreprise, et un intermédiaire relativement avancé a pu être obtenu.

L'objectif de mon premier projet était de synthétiser des α-céto vinyl carbinols. La séquence réactionnelle débute par l'addition d'un radical en α d'une cétone, généré du xanthate correspondant sur l'éthyl vinyl sulfure. Le xanthate adduit est engagé dans une élimination pyrolytique, conduisant à un mélange de sulfures vinyliques et allyliques. L'enchaînement se termine par un réarrangement irréversible de Mislow-Evans-Bravermann des sulfoxydes allyliques correspondants pour donner le motif α-céto vinyl carbinol, motif complexe et richement fonctionnalisé. Au cours de mes travaux de recherche, nous avons également développé une méthodologie efficace basée sur une addition/fragmentation radicalaire, permettant d'accéder à des oléfines fonctionnalisées. Cette étude nous a conduit à la découverte d'un nouveau mode de contrôle de la géométrie d'une double liaison. Mon second projet a consisté à développer une nouvelle méthodologie permettant de réaliser un transfert de chiralité par l'emploi d'un pont carboné. L'utilisation de la chimie des xanthates a ainsi permis de créer de nouveaux centres asymétriques de manière parfaitement contrôlée, dont l'un peut être quaternaire. Une autre partie de ma thèse a été consacrée à la synthèse totale de différents produits d'origine naturelle. L'efficacité de la chimie des xanthates a ainsi permis de construire et de fonctionnaliser des structures polycycliques variées. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la synthèse du squelette des sesquisterpènes de type eudesmane. Puis, nos recherches se sont portées sur l'approche à la synthèse asymétrique d'un diterpénoïde tétracyclique, le (+)-maritimol. Lors de ma première année de thèse, j'ai travaillé sous la direction du Dr. Joëlle Prunet. Différentes stratégies de synthèse ont été envisagées pour accéder au fragment C16-C30 du dolabélide C.

Ce travail présente les résultats dune étude menée sur la dépollution des tailings de Kipushi (RD Congo) par la valorisation des métaux contenus. Ce sont les rejets anciens dun concentrateur. Ils contiennent de la pyrite et des sulfures résiduels de cuivre et de zinc. Du fait du stockage à lair libre pendant plus de 40 ans, ces sulfures sont partiellement oxydés. Ces tailings présentent une certaine instabilité physique et chimique qui est à la base de la dégradation des milieux environnants les plus proches (rivières naturelles, sols sous-jacents, nappes souterraines, etc.) suite à la migration et à la dispersion dETM (éléments traces métalliques) tels que larsenic, le cadmium, le cobalt, le cuivre, le plomb, le zinc, Linstabilité physique se manifeste par des phénomènes dérosion par les eaux de ruissellement pendant la saison des pluies et par des phénomènes dérosion éolienne pendant la saison sèche. Leur stockage en surface saccompagne dune lente oxydation des sulfures avec production deaux acides qui dans leur neutralisation par la dolomie présente dans les rejets et celle des formations géologiques sur lesquelles ils reposent, contribuent à laccroissement des réseaux karstiques, au durcissement des eaux des nappes et parfois provoquent des phénomènes daffaissements, voire même deffondrements de terrains. Pour réduire les impacts environnementaux majeurs de ces tailings, nous avons effectué ce travail en recherchant un traitement qui combinerait dune part la dépollution par la réduction des ETM et du soufre sulfure et dautre part la valorisation du cuivre et du zinc contenus. Les deux voies qui ont été testées commencent par une flottation globale de tous les sulfures (désulfuration environnementale). Les résultats de nos expérimentations montrent quon peut obtenir un nouveau rejet de flottation dans lequel une majeure partie des ETM facilement mobilisables dans lenvironnement est éliminée ainsi que presque tout le soufre (95 %), ce qui écarte donc tout risque de DMA. Nous avons démontré que pour atteindre ces résultats, il suffit de ne broyer que la fraction la moins libérée de dimension supérieure à 75 μm et dactiver par un prétraitement à pH 6 les sulfures dont la collection par le xanthate est sinon inhibée par laltération superficielle avec formation doxydes ou par les complexes cyanométalliques formés lors de la flottation avec dépression de la pyrite par les ions cyanures ayant produit les tailings étudiés. Nous avons tenté denrichir le concentré global de la désulfuration environnementale par une flottation différentielle avec dépression de la pyrite à pH 11. Cet enrichissement est difficile à réaliser à cause de la finesse des grains et des caractéristiques minéralogiques du concentré global qui contient beaucoup de grains mixtes. Les essais ont alors porté sur la lixiviation chimique acide oxydante (avec Fe3+) et la lixiviation bactérienne du concentré global après son enrichissement en cuivre et en zinc dans un circuit de flottation avec deux finissages. Une étude approfondie des paramètres qui influencent le mécanisme des biolixiviations a été effectuée et les conditions de leur mise en pratique industrielle ont été déterminées. La lixiviation chimique doit être réalisée à des températures élevées (98°C) pour fragiliser la couche de passivation de soufre élémentaire qui se forme à la surface des grains et qui tend à freiner la diffusion des réactifs et des produits de la réaction. Par contre, la biolixiviation donne de bons résultats à température modérée. Elle est techniquement applicable aux tailings de Kipushi. Nous proposons de réaliser la biolixiviation en deux étapes successives, la première avec des bactéries thermophiles modérées (55°C) à une densité de pulpe de 15 % (poids/volume) et la deuxième avec des bactéries mésophiles (33°C) sur des pulpes à 4 % de solides. Dans ces conditions, on réussit à produire deux solutions de lixiviation (PLS : pregnant leach solution), lune à 3 g/l de cuivre et 7 g/l de zinc et lautre à 0,2 g/l de cuivre et 7 g/l de zinc, quon purifie et concentre facilement dans un circuit dextraction par solvant. Lextraction par solvant du cuivre est réalisée avec le LIX984N directement sans modifier le pH des PLS (1,7-1,9) et le zinc est extrait par le D2EHPA après précipitation dions Fe3+ du raffinat cuivre à des pH entre 3 et 3,5. On obtient ainsi des solutions aqueuses de cuivre et de zinc convenant aux installations délectrolyse industrielle. Nous avons proposé un schéma de traitement des tailings de Kipushi qui pourrait fonctionner pendant 20 ans avec les 36 684 600 tonnes sèches de rejets stockés à la digue 1 et 2. Le traitement produirait un nouveau rejet plus ou moins dépollué qui représente 66 % en poids des tailings traités, 80 950 tonnes de cuivre et 631 750 tonnes de zinc. The work present results from research study devoted to de-pollution of the stocked tailings in Kipushi (DR Congo) via valorization of the metals contained in the tailings. Pyrite and copper and zinc sulfides present the principal mineral composition of the laid down tailings from the concentrator. Due to the fact that the sulphides have been stocked during more than 40 years, they are partly oxidized. These tailings present a constant risk from physical instability and spillage, which reflects in the deterioration of the surrounding environment (rivers, soil, underground water table, etc). Moreover the migration and dispersion of TEM (trace metal elements) such as arsenic, cadmium, cobalt, copper, lead, zinc, is leading to erosion and mine run-off phenomena during wet season and generate air-borne particles during dry season. The stocking of the tailings is accompanied by slow oxidation of the sulfides with concomitant production of acidic waters which are neutralized by the dolomite present, which finally reflects in hardening of the underground waters and even provoke soil subsidence and ground collapses. In order to reduce the major environmental impacts from the tailings, we have performed a study for their post-treatment which encompasses the cleanup from one side and the reduction of TEMs and sulphur on the other side. Apart from this, the aim was to economically extract the remaining non-ferrous metals, notably Zn and Cu. The approach which has been chosen to accomplish this task has been to re-float by bulk flotation the majority of the sulphides and thus by elimination of the nearly total sulphur (95 %) to eliminate the risk of AMD generation and metals immobilization. We have shown that this is possible to be achieved via grinding the 75 μm oversize fraction in order to facilitate minerals liberation, following by subsequent activation at pH 6 before flotation. Without this pretreatment step, the flotation by use of xanthates is impossible, due to the surface coatings of the grains, which are either of oxide nature or are cyano-metallic complexes formed from the use of potassium cyanide as pyrite depressor in the flotation circuit practiced at the times when the concentrator was operational. The further attempts to produce monometallic flotation concentrates via selective flotation with depression of the pyrite at pH 11 have been unsuccessful due to reasons of complex mineralogy. Therefore chemical (Fe3+) and bacterial leaching of the bulk concentrate enriched in Cu and Zn via two cleaning flotation circuits have been envisaged. The technological parameters for the both leaching options have been studied and the mechanisms of the bioleaching taking place have been proposed in view industrial scale up of the process. It has been found that the chemical leaching should be conducted at very high temperatures (98°C) in order to breakdown the passivation coatings (sulphur). In contrast, the bioleaching has shown good results at moderate temperatures. It has been found that bioleaching is technically feasible to the tailings of Kipushi. We have suggested a bioleaching in two successive stages: the first one with moderate thermophilic microorganisms (55 °C) at pulp density 15 % (weight / volume) and the second one with mesophilic microorganisms (33 °C) at pulp density of 4 % (w/v). Under these conditions two principal PLSs (pregnant leach solution) can be obtained - a one with 3 g/l Cu and 7 g/ l Zn and other one in 0.2 g/l Cu and 7 g/l Zn. The both PLSs could be further processed via solvent extraction. The solvent extraction of Cu is accomplished with LIX984N without modifying the pH of the PLS (1.7 - 1.9), while Zn is extracted using a D2EHPA at pH between 3 and 3,5, after elimination of the iron from the copper raffinate. The aqueous solutions thus obtained are suitable for Cu and Zn electrowinning. Finally, a flow sheet for re-treatment of the Kipushi tailings which could operate during 20 years has been proposed. It could treat about 37 mln tones of dry tailings stocked in the tailing ponds 1 and 2. Preliminary calculations estimate that such treatment would produce new tailings with low environmental risk which will represent about 66 % in weight of the original treated tailings and will yield about 80 950 tons of Cu and 631 750 tons of Zn.