In conclusion it may be said that contrary to the results of the fractionation obtained from the fractionation of cellulose xanthate diethylacetamide by Fink, Stahn, and Matthes; the results obtained here indicate that there is a definite variation of the degree of substitution from fraction to fraction. And that therefore cellulose xanthate as commercially prepared is heterogeneous with respect to degree of polymerization and degree of substitution. There does seem to be a definite relationship of some sort between the two factors, the degrees of polymerization and substitution. Fractionation as accomplished here is controlled by both the degree of polymerization and the degree of substitution and at no time is it likely that either factor is independent of the other. In fact, there is a strong probability that the degrees of polymerization determined are only apparent degrees of polymerizations controlled by the variations in substitution. It is known that the viscosity of compound in solution is a function of the degree of substitution; to what extent is unknown. / M.S.

Thesis (MSc.(Metallurgy)--University of Pretoria, 2007. / Includes bibliographical references.

see document / Master of Science

E_h-pH diagrams were constructed from mass-balanced, computer calculations for the copper-sulfur-water system involving different Cu/S ratios that pertain to chalcocite, djurleite, anilite and covellite. Calculations were completed for cases where oxidation of the sulfur proceeded to i) elemental sulfur, ii) thiosulfate, iii) sulfate and iv) destabilized sulfate. Stability regions for each copper sulfide were shown to be dependent on both the Cu/S ratio in the system and the sulfur oxidation state. E_h-pH diagrams were also constructed for chalcocite oxidation to metastable copper sulfides, both with and without xanthate. Stability regions for copper xanthates were also shown to be dependent on the sulfur oxidation state. As oxidation proceeded from elemental sulfur to sulfate, the copper xanthate stability region extended to lower potentials, directly dependent on the sulfide ion concentration. IGP experiments at pH 1.1 suggested that chalcocite oxidation produced metastable nonstoichiometric copper sulfides while cyclic voltammetry indicated they formed at pH 1.1, 4.6, 6.8 and 9.2. XPS implied that copper sulfides may be solid solutions of chalcocite with variable amounts of copper disulfide: CU₂S·xCUS₂. The presence of djurleite in the chalcocite samples was confirmed by X-ray diffraction and may be responsible for the reduction reaction which occurred just prior to the reduction of chalcocite to metallic copper. Reinterpreting cyclic voltammograms from a previous study indicated chalcocite reacted with xanthate to form cuprous xanthate and a nonstoichiometric copper sulfide near 0 mV. Chemisorbed xanthate formed at -295 mV which correlated well with the lower flotation edge determined in this and other studies. The standard free energy of the chemisorbed xanthate was determined to be -13.08 kcal/mole. / Master of Science

This investigation was started at the suggestion of Dr. P. C. Scherer who suggested that a film prepared from a cellulose xanthate, in which the fiber form had been destroyed by some action other than by dilute alkali, should have interesting properties. The possibilities of such a material might be much greater if the destruction of the fiber form were brought about by a kneading action. This investigation was purely a qualitative one and no attempt has been made to test any of the products other than by appearance and general properties. The main object was that of finding ways and means of handling the material in an attempt to prepare a product of some strength and plasticity. The results obtained in all of the preceding experiments emphasize the difficulty which is encountered in the attempt to plasticize a cellulose xanthate and the removing of the salts formed in the xanthate formation. The removal of the salts in the water treatment (B) required large amounts of water which also seemed to remove the plasticizer. Some of the plasticizers were soluble in alkaline solutions and in the dissolving out of the salts, the dissolved salts caused high causticity, thus removing the plasticizer also. The acid-treated samples (A) and (C) required from three to four hours to completely dissolve the salts present in the sample. This treatment probably caused a high degree of degradation since all of the samples were brittle and had less strength than the water-treated samples. Since the results of the investigation are all negative in so far as the main object was concerned, it is concluded that a plasticized cellulose cannot be obtained from. cellulose xanthate using the plasticizers and methods set forth in this investigation. / M.S.

M.S.

Dans cette thèse, nous avons entrepris une aventure pour découvrir une application plus large de la chimie du xanthate dans la construction de cycles fusionnés et l'alkylation directe des hétéroarènes. Au chapitre II, nous avons abordé le problème de la préparation de l'azaindane en tirant parti de la capacité des xanthates à agir à la fois sur l'addition intermoléculaire et la cyclisation intramoléculaire. Au chapitre III, une étude sans précédent sur la fonctionnalisation directe des pyrazines a été décrite, conduisant à des pyrazines hautement fonctionnalisées avec de bons rendements et une bonne régiosélectivité. Enfin, au chapitre IV, nous avons développé une méthode de méthylation et de fluorométhylation des hétéroarènes. / In this thesis, we have undertaken an adventure to discover wider application of xanthate chemistry in the construction of fused cycles and direct alkylation of heteroarenes. In Chapter II, we have tackled the problem of preparation of azaindane by taking advantage of the ability of xanthates to mediate both intermolecular addition and intramolecular cyclisation. In Chapter III, an unprecedented investigation into the direct functionalization of pyrazines was described, leading to highly functionalized pyrazines in good yields and good regioselectivity. Finally, in Chapter IV, we have developed a method for the methylation and fluoromethylation of heteroarenes.

L’incorporation de groupements pharmacologiquement intéressants pendant la dernière étape de synthese d’une cible thérapeutique potentielle permet une exploration rapide et efficace de son espace chimique. En particulier, les cycles hétéroaromatiques sont des structures clefs en chimie médicinale et agrochimie et un grand nombre d’études ont porté sur leur modification tardive. La chimie radicalaire des xanthates est apparue comme étant particulièrement adaptée à cette stratégie, grâce à sa grande tolérance de groupements fonctionnels. La fonctionnalisation d’hétéroaryles par l’intermédiaire des xanthates a permis l’introduction de groupements tertiaires et secondaires sur des motifs hétéroaromatiques simples, ainsi que sur des composes plus complexes telles que des principes actifs de médicaments et produits phytosanitaires commerciaux. / The late introduction of pharmacologically relevant groups before evaluating the biological properties of potent targets enables a faster and efficient exploration of their chemical space. This has been particularly studied and applied on heteroaromatic rings which are key scaffolds in medicinal and agrochemical research. In this context, the radical chemistry of xanthates has emerged as an useful tool, thanks to its high functional group compatibility. The xanthate-mediated addition of tertiary and secondary alkyl radicals to heteroarenes enables the easy functionalization of heteroaromatic rings as well as more decorated structures, such as marketed drugs or agrochemicals.

La chimie radicalaire s'est développée d'une façon extraordinaire depuis le début du siècle dernier. Aussi, de nos jours, nombreux sont les exemples de synthèses totales incorporant des étapes radicalaires conduisant à la formation d'une, voire plusieurs, liaisons carbone-carbone dans des conditions particulièrement douces, La plupart de ces applications s'appuient sur l'utilisation d'hydrures d'étain. Cependant, le potentiel de telles espèces est limité par leur toxicité, ainsi que par leur tendance à la réduction prématurée et souvent indésirable des intermédiaires radicalaires. La réaction de transfert de xanthate est dépourvue de telles limitations. De par sa nature dégénérée et en absence de réactions de compétition, ce processus permet d'effectuer des additions intermoléculaires sur des pièges oléfiniques peu ou non activés et tolère des cyclisations délicates. Ceci en fait un outil très utile pour la formation inter- et intramoléculaire de liaisons carbone-carbone et permet d'avoir accès à des structures diverses, sophistiquées et souvent hautement fonctionnalisées dans des conditions particulièrement douces. C'est dans ce cadre, que s'inscrivent les travaux présentés dans ce mémoire de thèse. Dans le Chapitre 2, nous verrons qu'il est possible d'utiliser cette chimie pour la formylation par voie radicalaire d'une grande variété d'oléfines. Le Chapitre 3 décrit la synthèse de spiroacétals divers en mettant en oeuvre la réaction de transfert de xanthate, tandis que le Chapitre 4 concerne la synthèse par voie radicalaire de composés phosphorés. Le radical formyle étant difficilement accessible dans des conditions adaptées aux besoins du chimiste organicien, il est possible d'envisager de passer par un équivalent synthétique. Une telle méthodologie permettrait la fonctionnalisation de liaisons C-C multiples et l'accès à un grand nombre d'aldéhydes diversement substitués. Une revue de la littérature a révélé que de tels équivalents sont peu nombreux et voient leur potentiel limité par le manque de réactivité vis-à-vis d'oléfines non-activées, par l'utilisation de réactifs toxiques ou encore par une combinaison de ces deux facteurs. En mettant en oeuvre la chimie puissante des xanthates, nous avons pu combler ce vide, ce qui a contribué à un progrès majeur dans ce domaine. Ainsi, le xanthate dérivé du 1,3-dithiane 1-oxyde et celui dérivé du benzoate de cyanométhyle sont facilement accessibles et se sont montrés des précurseurs radicalaires efficaces. Ils s'additionnent sur une grande variété d'oléfines non-activés en absence de réactifs nocifs et dans des conditions compatibles avec la plupart des fonctionnalités couramment rencontrées en chimie organique. Les adduits radicalaires correspondants se transforment facilement en aldéhyde et se sont avérés de bons précurseurs d'un grand nombre d'autres classes de composés, parmi lesquelles des indolines, des γ-thiolactones, des cyclopropanes ou encore des alcools aminés. Au cours du Chapitre 3, il a été montré que la chimie radicalaire des xanthates est un outil puissant, qui a permis la mise au point d'une nouvelle méthodologie efficace, donnant accès à un grand nombre de spirocétals. Cette approche repose sur la fonctionnalisation du xanthate dérivé de la 1,3-dichloroacétone par la mise en oeuvre de deux étapes d'addition radicalaire intermoléculaire consécutives, suivies par la spirocyclisation des dihydroxy cétones ainsi obtenues. Elle se caractérise par une convergence et une flexibilité extraordinaires et complète de façon intéressante les voies ioniques déjà disponibles. Ainsi, en variant la structure des pièges utilisés dans les étapes de transfert de xanthate, nous avons pu montrer que notre méthodologie convient à la synthèse de spirocétals [4.5], [5.5] et [5.6] monosubstitués en position 2, ainsi qu'à la synthèse de spirocétals incorporant le groupement xanthate. Ces derniers se sont montrés des intermédiaires intéressants, dont la fonctionnalisation, tant par voie ionique, que par voie radicalaire, est aisée. De surcroît, notre méthodologie a permis la synthèse efficace d'un intermédiaire avancé dans la synthèse totale de la Broussonetine G et est susceptible d'être de grande utilité dans la synthèse (énantiosélective) d'autres produits naturels incorporant un motif spirocétal. Il a également été montré que le remplacement d'une oléfine oxygénée par une oléfine azotée dans l'une des étapes de transfert de xanthate permet d'avoir accès à des aminohydroxy cétones et ainsi, à des spirocétals autres que bis-oxygénés. Les β-céto phosphonates sont d'intérêt pharmacologique et constituent une classe importante d'intermédiaires en synthèse organique. La méthodologie développée jusqu'ici pour la synthèse de tels composés repose sur la chimie ionique et voit son champ d'application réduit par des inconvénients liés à l'intervention d'intermédiaires chargés. Par contre, aucune approche radicalaire n'a été décrite dans la littérature. Au cours du Chapitre 4, il a été montré que la chimie radicalaire des xanthates permet de combler ce vide. Ainsi, une large gamme de β-céto phosphonates hautement fonctionnalisés a pu être préparée dans des conditions douces et compatibles avec la plupart des fonctionnalités rencontrées en chimie organique. Ces intermédiaires peuvent ensuite être engagés comme produits de départ dans d'autres transformations, parmi lesquelles celles donnant accès à des cétones ά, β-insaturées et à des systèmes hétérocycliques azotés. Une tentative pour appliquer cette méthodologie à la mise en oeuvre d'une synthèse concise de la (±)-Chanoclavine I s'est avérée plus délicate que prévu et attend d'être reprise.

La chimie des radicaux azotés permet d'obtenir d'une manière simple et rapide de nombreux types d'alcaloïdes. Au cours de ce travail, une nouvelle voie d'accès aux 2-imidazolines, précurseurs de diamines vicinales et d'imidazoles, utilisant des radicaux amidinyles et des composés stannylés a été étudiée, puis étendue à des transferts de groupes autres que l'atome d'hydrogène. Dans un deuxième temps, une nouvelle méthode de création de radicaux amidyles par voie photochimique basée sur l'utilisation de xanthates d'hydroxamyle a également été développée. Enfin, une synthèse de l'aspidospermidine, dont le squelette est présent dans de nombreux agents antimitotiques, a été tentée. La rétrosynthèse envisagée reposait sur une cyclisation radicalaire en cascade d'un radical amidyle sur un système provenant d'une réduction de Birch alkylante.