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The objectives of this project were to determine the reaction schemes of formanilide and substituted formanilides in acidic and alkaline solutions, to quantiate the kinetics of hydrolysis, to propose reaction mechanisms, and to assess the role of ortho words substitution in formanilide hydrolysis kinetics. A set of thirty substituted formanilides were synthesized and characterized. Hydrolysis of the formanilides was carried out under first order conditions in hydrochloric acid (0.01-8 M, 40°C) and in hydroxide solutions (0.01-3 M, 25°C and 40°C). Hydrolysis kinetics were evaluated in terms of temperature (20°C- 60°C), solvent composition (0-50 % dimethyl sulfoxide, dioxane, ethanol and acetone) and ionic strength (0.1-1) effects. The degradation products were separated and identified using RP-HPLC, and the alkaline and acidic reaction schemes were proposed. For acidic hydrolysis of formanilides, the observed rate constants were proportional to the hydronium concentrations. Modified Hammett plots constructed using the second order rate constants for specific acid catalysis were linear. The ortho effect was analyzed using the Fujita-Nishioka method. In alkaline solutions the observed rate constants showed mixed first and second order dependences with respect to hydroxide concentration. A complex degradation scheme was used to estimate individual rate constants and to construct Hammett plots. Ortho effects were examined for the first order hydroxide concentration dependent pathway. Arrhenius plots for substituted formanilides were linear in both acidic and alkaline media. Ionic strength did not show any effect on the acidic and alkaline hydrolysis rates. In both acidic and alkaline media the rate of hydrolysis decreased with increase in organic solvent content. Formanilide hydrolyzes in acidic solutions by specific acid catalysis and the kinetic study results were consistent with AAC2 mechanism. Ortho substitution led to reduction in rates. The orthoeffect could be split in steric inhibition of resonance, retardation due to steric bulk and through space interactions. In alkaline solutions a complicated kinetic scheme was used to describe the multiple pathways of degradation. The results from the kinetic studies could be explained using a modified BAC2 mechanism. The hydrolysis of meta and parasubstituted formanilides in alkaline conditions did not show substituent effects however ortho substitution led to an decrease in rate constants proportional to the steric bulk of the substituent.

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<p> The partial, catalytic oxidation of ortho-xylene was investigated in a transported-bed reactor in which the vanadium pentoxide catalyst in the form of extremely small particles (average particle size of 45 microns) was conveyed upward by the reacting gases.</p> <p> The reaction was studied at a contact time of about 0.2 seconds, at air-to-o-xylene molar ratios of 42 to 86, at catalyst-to-gas ratios of 8 to 23, and at a reaction temperature of 750°F (400°C).</p> <p> Reaction products were analyzed by Gas Chromatography and Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy.</p> <p> Product analysis indicated a high yield of o-tolualdehyde, small yields of other oxidation products, but only trace amounts of phthalic anhydride. These results are consistent with proposed mechanisms for this reaction.</p> / Thesis / Master of Engineering (MEngr)

L’objectif de cette étude est de concevoir et caractériser une plate-forme micro-fluidique permettant la concentration et la séparation d’un produit de dégradation du trinitrotoluène :l’ortho-nitrotoluène (ONT) considéré comme un traceur de composés explosifs. Les capteurs àbase de dioxyde d’étain (SnO2) utilisés ici comme détecteurs présentent un réel manque desélectivité et leur sensibilité peut s’avérer insuffisante pour la détection de traces de polluantsdans l’atmosphère. L’approche originale envisagée dans cette étude consiste à travailler en amontdu capteur chimique (SnO2), en particulier, en développant d’une part un micro-préconcentrateurde gaz afin d’améliorer l’aspect sensibilité et d’autre part une micro-colonne chromatographiquepour s’affranchir du manque de sélectivité.Dans un premier temps, une série d’adsorbants ont été étudiés et caractérisés pour laconcentration de l’ONT. Les résultats obtenus ont permis de sélectionner trois types de charbonsactifs (N, KL2 et KL3) et une zéolithe hydrophobe DAY.Ensuite, les micro-systèmes fluidiques ont été réalisés sur un substrat de silicium et élaborés enutilisant la technologie silicium/verre.La dernière partie de ce travail est consacrée à l’évaluation des performances d’analyse de cetteplate-forme en termes de concentration et de séparation de l’ONT. En particulier, après avoirévalué les conditions optimales de concentration et d’élution de l’ortho-nitrotoluène, le couplageentre la plate-forme micro-fluidique et le capteur à base de dioxyde d’étain a permis d’une part demontrer que la limite de détection de l’ortho-nitrotoluène est inférieure à 365 ppb. Dans ce cas,une désorption totale de la molécule cible et un facteur de concentration constant ont été obtenusavec la zéolithe DAY. D’autre part, l’utilisation de ce type de plate-forme a permis d’obtenir unebonne performance de détection et de séparation de l’ONT en présence d’un interférent (toluène)et d’un taux d’hygrométrie élevé. / The objective of this study is to develop and characterize a micro-fluidic platform allowing theconcentration and the separation of a degradation compound of trinitrotoluene: the orthonitrotoluenerecognized as an explosive taggants. Tin dioxide gas sensors (SnO2) used here asdetectors suffer from a luck of selectivity and have an insufficient sensitivity toward most ofpollutants. For that, our original approach consists to work in front of a chemical gas sensor(SnO2), in particular, by developing on the one hand a gas micro-preconcentrator to improve thesensitivity and on the other hand, a chromatographic micro-column in order to overcome the luckof selectivity.First, various adsorbents have been studied and characterized for the ONT concentration. Theobtained results allowed to select three types of activated carbons (N, KL2 and KL3) and ahydrophobic zeolite DAY. Then, the micro-system devices have been realized on a siliconsubstrate and manufactured using the silicon/glass technology.The last part of this work is devoted to the evaluation of the platform performances in terms ofconcentration and separation of ONT. In particular, after the optimization of the experimentalconditions concerning the concentration and the elution of ortho-nitrotoluene, the couplingbetween the micro-fluidic platform and a tin dioxide gas sensor allowed on the one hand to showthat the detection limit of the ONT pollutant is lower than 365 ppb. In this case, a total desorptionof the analyte and a constant concentration factor were obtained with the zeolite DAY. On theother hand, the use of this type of platform allowed to obtain a good separation and detectionperformance of ONT in presence of interferent (toluene) and at high humidity rate

La mesure récente de l'angle de mélange theta-13, à laquelle l'expérience Double Chooz contribue, a ouvert la voie aux futures expériences de la physique des neutrinos. Dans ce manuscrit, la caractérisation de certains bruits de l'expérience sont décrits. Les muons cosmiques qui s'arrêtent et se désintègrent dans le détecteur sont mal reconstruits, résultant en distorsion de la distribution temporelle des signaux laquelle peut être utilisée pour identifier ce type de fond. Les neutrons rapides créés par spallation par les muons cosmiques produisent de nombreux protons de recul qui peuvent entraîner un décalage dans la distribution temporelle des signaux et ainsi être identifiés. Ces distributions temporelles ont aussi été utilisées pour identifier la formation de l'état d'orthopositronium en observant et en mesurant un délai entre l'ionisation du positron et l'annihilation de celui-ci, pouvant permettre une séparation positron-électron. / The measurement of the theta-13 mixing angle, to which the Double Chooz experiment contributed, paves the way to future findings in neutrino physics. In this manuscript, we describe the characterization of some Double Chooz backgrounds. Cosmic muons that stop and decay in the detector are characterized by anisotropic emission of the scintillation light, causing the vertex to be poorly reconstructed. The resulting pulse shape distortion can be used to tag and remove such background. Fast spallation neutrons producing multiple recoil protons may produce a similar distortion in the pulse shape and can also be tagged. Pulse shapes are also used to identify the formation of ortho-positronium. The tagging of such electron-positron bound state is made possible by the induced distortion in the pulse shape due to the delay in the positron annihilation, and can be used for an electron-positron separation.

La quinone réductase 2 ou QR2 est une enzyme qui, comme son homologue QR1, joue un rôle de détoxification des quinones, molécules fortement réactives, en les réduisant en hydroquinones. Cependant, il a été observé au niveau cellulaire et tissulaire que l'activité de cette flavoprotéine pouvait avoir des effets délétères en déclenchant une surproduction d'espèces réactives de l'oxygène (ROS). D'autre part, on observe une surexpression ou une sous expression de QR2 dans certaines maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson et la maladie d'Alzheimer. Dans ce contexte, ce travail a porté sur l'étude des espèces oxygénées réactives produites lors du cycle redox quinone / QR2 et leurs variations en fonction de la nature de la quinone, sur protéine purifiée et sur modèles cellulaires comparativement à QR1. Les propriétés d'oxydo-réduction des substrats, co-substrats et inhibiteurs de QR2 étudiées par électrochimie ont permis de les classer en fonction de leur capacité à être réduits. L'activité enzymatique de la protéine, qu'elle soit purifiée ou intracellulaire, a été suivie par différentes méthodologies (résonance paramagnétique électronique, spectroscopie UV-visible et de fluorescence, U(H)PLC-MS, microscopie confocale de fluorescence). La production du radical superoxyde est observée en présence de lignées cellulaires surexprimant ou non QR1 et QR2. Les quinones sont réduites enzymatiquement pour donner des hydroquinones via l'activité des quinones réductases (QR1 et QR2) et des semiquinones via l'activité de réductases à un électron (CytP540 réductase par exemple). La réoxydation de ces produits est responsable d'une production plus ou moins forte de radicaux superoxydes selon la structure initiale de la quinone et l'affinité pour les différentes réductases. La ménadione provoque une production cellulaire de superoxyde plus importante en l'absence de QR1 et QR2. Ces analyses ont également démontré que, comme son homologue QR1, QR2 est capable de réduire les ortho-quinones dont certaines catécholquinones (aminochrome, dopachrome, adrénochrome) reconnues pour leur toxicité neuronale. / Quinone reductase 2 or QR2 is an enzyme that, like its counterpart QR1, plays a role in detoxification of the highly reactives quinones by reducing them into hydroquinones. On one hand, it has been observed at the cellular and tissue level that the activity of this flavoprotein could have deleterious effects by triggering an overproduction of reactive oxygen species (ROS). On the other hand, overexpression or under expression of QR2 has been observed in some neurodegenerative diseases such as Parkinson's disease and Alzheimer's disease. In this context, this work focused on the study of reactive oxygen species produced during the quinone / QR2 redox cycle and their variations depending on the nature of the quinone, on both purified protein and cell models, in comparison to QR1. The redox properties of the substrates, co-substrates and inhibitors ok QR2 studied by electrochemistry allowed to classify them according to their capacity to be reduced. The enzymatic activity of the protein, either purified or intracellular, was followed by various methodologies (electron paramagnetic resonance, UV-visible and fluorescence spectroscopy, U(H)PLC-MS, confocal fluorescence microscopy). Production of superoxide radical is observed in the presence of cell lines overexpressing or not QR1 and QR2. Quinones are reduced enzymatically to form hydroquinones via the activity of quinone reductase (QR1 and QR2) and semiquinone via the activity of one electron reductases (e.g. CytP540 reductase). Reoxidation of these products is responsible for a greater or lesser production of the superoxide radical, according to the initial structure of the quinone and the affinity for different reductases. Menadione causes a higher production of cellular superoxide in the absence of QR1 and QR2. These analyzes have also shown that, like its counterpart QR1, QR2 is capable of reducing ortho-quinones including catecholquinones (aminochrome, dopachrome, adrenochrome) known for their neuronal toxicity.

Im Zusammenhang mit auf Reize reagierenden Materialien ist Licht aufgrund seiner hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung von besonderer Bedeutung. Hierfür können molekulare Photoschalter, wie z.B. Azobenzole, in das Material eingebaut werden, um eine Reaktion auf Lichteinstrahlung von der molekularen auf die makroskopische Ebene zu übertragen. Fortschrittliche Moleküldesigns, wie z.B. Ortho-Fluorierung, führen dabei zu hervorragenden bistabilen Photoschaltern, die in Kombination mit Cyclodextrinen (CDs) als supramolekulare Bausteine eine Vielfalt an lichtempfindlichen Materialien ermöglichen. Um ein grundlegendes Verständnis der Wechselwirkungen von ortho-Fluorazobenzolen (FAzos) mit CDs zu erlangen, wurde in Kapitel II deren supramolekulare Wirt-Gast-Komplexierung untersucht. Hierbei konnte eine veränderte Barriere des Auffädelns der CDs beobachtet werden. Durch detaillierte Untersuchungen an polymeren Modellverbindungen in Kapitel III konnte gezeigt werden, dass das Auffädeln über die Z- im Vergleich zu den E-Isomeren der FAzos deutlich reduziert ist und dadurch die Bildung von Pseudo-Polyrotaxanen durch Bestrahlung mit Licht kontrolliert werden kann. Durch speziell konzipierte DOSY-Experimente konnte die Abfädelungskinetik aus Polyrotaxanen, bei denen die CDs durch das Z-Azobenzol auf der Achse fixiert wurden, verfolgt werden. Somit konnte gezeigt werden, dass eine Kontrolle der Bewegung von CDs durch Licht möglich ist. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurden in Kapitel IV neuartige lichtempfindliche Slide-Ring Materialien entwickelt, die bei Lichteinstrahlung eine reversible Änderung ihrer Steifigkeit aufweisen. Die Materialien wurden so konzipiert, dass sie ortho-Fluorazobenzole enthalten, die als durch Licht schaltbare Barrieren für das Gleiten von CDs entlang des Polymerrückgrats dienen. Hierdurch konnte eine reversible Änderung des Elastizitätsmoduls durch Bestrahlung mit Licht erzielt werden und somit ein erfolgreicher Konzeptnachweis erbracht werden. / In the context of stimuli-responsive materials, light is of particular importance due to its high spatial and temporal resolution. For this purpose, molecular photoswitches, such as azobenzenes, can be incorporated into the material to transfer a response to light irradiation from the molecular to the macroscopic level. Advanced molecular designs, such as ortho-fluorination, lead to excellent bistable photoswitches which, in combination with cyclodextrins (CDs) as supramolecular building blocks, enable a variety of light-responsive materials. To gain a fundamental understanding of the interactions of ortho-fluoroazobenzenes (FAzos) with CDs, their supramolecular host-guest complexation was investigated in Chapter II. An altered barrier for the threading of CDs was thereby observed. Detailed studies on polymeric model compounds in Chapter III showed that threading over the Z-isomers of the FAzos is significantly reduced compared to the E-isomers and that the formation of pseudo-polyrotaxanes can thus be controlled by irradiation with light. Using specially designed DOSY experiments, the threading kinetics from polyrotaxanes, in which the CDs where fixed on the axis by the Z-azobenzene, could be followed. This showed that it is possible to control the movement of CDs by light. Based on these results, novel photoresponsive slide-ring materials were developed in Chapter IV, which exhibit a reversible change in stiffness when exposed to light. The materials were designed to contain ortho-fluoroazobenzenes, which serve as photoswitchable barriers for the sliding of CDs along the polymer backbone. This enabled a reversible change of the elastic modulus to be accomplished by irradiation with light, thus providing a successful proof of concept.

Les travaux réalisés dans cette thèse concernent les efforts réalisés pour la synthèse de dérivés chiraux à base d'iode hypervalent analogues de l'acide iodoxybenzoïque, appelé IBX. Ces travaux ont permis de réaliser la synthèses de nouveaux dérivés iodés hypervalents qui ont été utilisés lors de réactions de désaromatisation de phénols énantiosélectives. Outre, les nouveaux dérivés hypervalents iodés synthétisés cette thèse a permis de mettre en avant le caractère problématique de la réaction d'oxydation de l'iode. Une alternative à ce problème a été la mise au point de méthode de génération in situ de dérivés iodés hypervalent permettant de réaliser des réactions de désaromatisation de phénols énantiosélectives. / The work presented in this thesis are about the synthesis of new chiral hypervalent iodine compounds analogues of the iodoxybenzoic acid, called IBX. This work shows an access to new chiral hypervalent iodine compounds which were used in enantioselective dearomatisation of phenols. In addition to the new compounds synthesized, this thesis gives a view of the complexity of the oxidation of iodine compounds. An alternative to this problematic synthetic step is given by the development of in situ generation methodology of hypervalent iodine compounds in order to perform an enantioselectiv variant of the dearomatization reaction.

As a first step to producing a shape selective catalysts or enzyme mimic, two preorganized host molecules were synthesized. Binding studies of the two hosts with a variety of guests in three solvents demonstrated that an important driving force in the association was the formation of C-H???X-R hydrogen bonds (X = halogen). A deuterated host was utilized to further examine the formation of the C-H???X-R hydrogen bonds. In an effort to place functionality in the hydrophobic pocket of these hosts, two methods were developed. The first utilized directed ortho metallation to place electrophiles above and/or directed into the cavity. Perlithiation of the host could lead to sixty-nine products but reaction conditions and host rigidity limited product formation. This reaction technique led to the placement of carboxylic acid groups onto the host and the isolation of twelve products. Two different positions of the carboxylic acids (endoand exo-) direct the orientation of the guest. 1D- and 2D-NMR were utilized to examine how the was orientated inside the host. The second method employed to place functionality on the host, sited a tripodal zinc binding ligand on the side of the hydrophobic pocket of the host. The synthesized host was able to bind zinc strongly and in a 1:1 manner.