Synthesis and application of innovative solvents in carbon-carbon bond formation reactions

In questo lavoro sperimentale sono stati sintetizzati e caratterizzati diversi Liquidi Ionici. I Liquidi Ionici sintetizzati sono stati successivamente impiegati come solventi in reazioni di formazione di legame carbonio-carbonio. I Liquidi Ionici sono stati preparati e caratterizzati ottimizzando procedure riportate in letteratura. In alcuni casi i Liquidi Ionici sono stati preparati mediante reazioni che prevedevano riscaldamento con le microonde. La sintesi di Liquidi Ionici microonde assistita è stata perfezionata con l’aiuto di un programma di calcolo delle rese (CROW), a partire da dati sperimentali noti. La purezza dei Liquidi Ionici risultanti è stata valutata qualitativamente mediante spettroscopia UV-Visibile: in base ai risultati ottenuti sono stata determinate le migliori condizioni di reazione (tempo e temperatura). I dati ottenuti per le reazioni in presenza di riscaldamento alle microonde, sono stati utilizzati per determinare i parametri cinetici della reazione di quaternizzazione. Questi parametri sono stati poi confrontati con gli analoghi ricavati per la stessa reazione effettuata con riscaldamento convenzionale in un contenitore pressurizzato. Non sono stati notati effetti specifici dovuti al riscaldamento a microonde. Alcuni Liquidi Ionici sono stati impiegati come solventi per alcune reazioni già note di formazione di legami C-C: in particolare sono state studiate la reazione di metilazione di alogeno areni Pd catalizzata e due reazioni di sostituzione elettrofila aromatica sul ferrocene, alchilazione ed acilazione di Friedel-Crafts. Il DABAL-Me3, un nuovo e più stabile derivato del trimetilalluminio, e stato utilizzato come agente metilante nelle reazioni Pd catalizzate. E’ stato messo a punto un nuovo protocollo di reazione in cui la reazione viene effettuata in un sistema bifasico solvente molecolare/Liquido Ionico. Sono stati intrapresi studi preliminari per la scelta del solvente molecolare e del Liquido Ionico da utilizzare nella doppia fase, per la specie di Pd trattenuta in maniera più efficace, e per la scelta del ligando migliore. I migliori risultati sono stati ottenuti con Liquidi Ionici idrofili contenenti l’anione tetrafluoroborato. La reazione è stata effettuata utilizzando i classici Liquidi Ionici derivati dell’imidazolo e utlizzando un nuovo tipo di Liquidi Ionici funzionalizzati derivati del DABCO. Come leganti sono state scelte due diarilfosfine ingombrate stericamente, XPhos ed XPhosSO3H, che si differenziano per il fatto di essere cariche (XPhosSO3H) o meno (XPhos). La reazione di metilazione è stata effettuata su alogeno areni variamente sostituiti, ottenendo buoni risultati nella maggior parte dei casi. Nel caso di alogeno areni sostituiti con gruppi fortemente elettron attrattori è stata osservata anche la formazione del prodotto di omoaccoppiamento. La ritenzione della specie catalitica nella fase Liquido Ionico è stata valutata qualitativamente mediante spettroscopia NMR di fosforo. Si è tentato di riciclare la fase Liquido Ionico, contenente la specie catalitica, osservando in tutti i casi tempi di reazione più lunghi. La reazione di alchilazione del ferrocene catalizzata da Sc(OTf)3 è stata effettuata in diversi Liquidi Ionici idrofobi, con risultati molto modesti. Risultati migliori ha dato invece la reazione di acilazione del ferrocene, sempre catalizzata da Sc(OTf)3 e triflati di lantanidi. Le varie condizioni di reazione (scelta del catalizzatore, del Liquido Ionico, tempi e temperature di reazione) sono state ottimizzate per la reazione di acetilazione del ferrocene. Il protocollo di reazione è stato quindi esteso ad altri agenti acilanti, sia alifatici che aromatici. I tempi e le temperature di reazione sono risultati parametri fondamentali per questo tipo di reazione, dato che all’aumentare dei tempi di reazione si osservava decomposizione del prodotto, del reagente e/o disattivazione del catalizzatore. I Liquidi Ionici utilizzati per questo tipo di reazione erano sia idrofili che idrofobi; i risultati migliori sono stati osservati con Liquidi Ionici idrofobi ed in particolare con la bistriflilimmide di 1-butil-3-metilimidazolio, [C4mim]Tf2N. Le anidridi si sono dimostrate agenti acilanti più efficienti rispetto ai corrispondenti cloruri acilici. In presenza di riscaldamento a microonde è stata osservata una drastica diminuzione dei tempi di reazione, con formazione quantitativa del prodotto acilato in pochi minuti e ad un miglioramento delle rese per agenti acilanti meno reattivi, come l’anidride benzoica.In this experimental work several different Ionic Liquids (ILs) were synthesised and used in C-C forming reactions. ILs were synthesized according to known literature procedures and under MW irradiation. The MW assisted synthesis of ILs was performed in presence of a solvent (CH3CN or EtOH) and reaction parameters were optimized with the aid of a prediction software (CROW). The purity of the products was evaluated to derive a set of optimized conditions for the reaction. Kinetic parameters for the IL formation (rate of quaternisation, k2, Ea) reactions were measured for the MW assisted process, and compared to the ones obtained under conventional heating in a pressurized container. Some of the synthesized ILs were employed in selected known catalytic organic reactions. The reactions studied were: Pd-catalysed methylation of aryl halides with DABAL-Me3 in a biphasic system VOC/IL and metal triflate catalysed electrophilic alkylation and acylation of ferrocene in IL. For the cross-methylation reaction, a new and air stable aluminum based methylating agent was employed, DABAL-Me3. A new protocol for the methylation of aryl halides with DABAL-Me3 in a two phase system IL/VOC was optimised and tested on various substrates, with good results. Optimization of the reaction parameters, such as choice of the VOC/IL biphasic system, catalytic species and ligand was performed. The best ILs for such reactions were hydrophilic tetrafluoroborates. Reactions were performed in classic alkylmethylimidazolium based IL and in a DABCO based IL in presence of a bulky substituted phosphine (XPhos) and a structurally similar sulfonated phosphine (XPhosSO3H), obtaining in all cases interesting results. Formation of the homocoupling by-products were observed for aryl halides bearing strong electron withdrawing substituents. A qualitative 31P NMR study of the catalyst retention in the IL phase was performed. Recycling of the IL catalytic phases was attempted, but in all cases a decrease in the catalyst activity was observed. Attempts were made to perfom the electrophilic alkylation of ferrocene in alkylmethylimidazolium and N-alkylpyridinium based IL. In all cases, modest results were obtained. Acylation of ferrocene catalyzed by metal triflates was thoroughly investigated. Reaction parameters such as choice of the metal catalyst, reaction time and temperature, ratio between ferrocene and the acylating agent, choice of the IL used as the solvent were optimised for the acetylation of ferrocene. Different aliphatic and aromatic acylating agents were tested. Time and temperature were important parameters for the electrophilic acylation of ferrocene, since prolonged treatment caused substrate decomposition and/or catalyst deactivation. Both hydrophobic and hydrophilic alkylmethylimidazolium based ILs were used as solvents. Hydrophobic ILs gave best results, in particular 1-butyl-3-methylimidazolium bistriflylimide. Anhydrides behave as superior acylating reagents with respect to acyl chlorides. More reactive aliphatic anhydrides gave better results than aromatic anhydrides. MW irradiation allowed to quantitatively acylate ferrocene within minutes. MW irradiation improved the reactivity also of less reactive benzoic anhydride

Synthesis and application of innovative solvents in carbon-carbon bond formation reactions

In questo lavoro sperimentale sono stati sintetizzati e caratterizzati diversi Liquidi Ionici. I Liquidi Ionici sintetizzati sono stati successivamente impiegati come solventi in reazioni di formazione di legame carbonio-carbonio. I Liquidi Ionici sono stati preparati e caratterizzati ottimizzando procedure riportate in letteratura. In alcuni casi i Liquidi Ionici sono stati preparati mediante reazioni che prevedevano riscaldamento con le microonde. La sintesi di Liquidi Ionici microonde assistita è stata perfezionata con l’aiuto di un programma di calcolo delle rese (CROW), a partire da dati sperimentali noti. La purezza dei Liquidi Ionici risultanti è stata valutata qualitativamente mediante spettroscopia UV-Visibile: in base ai risultati ottenuti sono stata determinate le migliori condizioni di reazione (tempo e temperatura). I dati ottenuti per le reazioni in presenza di riscaldamento alle microonde, sono stati utilizzati per determinare i parametri cinetici della reazione di quaternizzazione. Questi parametri sono stati poi confrontati con gli analoghi ricavati per la stessa reazione effettuata con riscaldamento convenzionale in un contenitore pressurizzato. Non sono stati notati effetti specifici dovuti al riscaldamento a microonde. Alcuni Liquidi Ionici sono stati impiegati come solventi per alcune reazioni già note di formazione di legami C-C: in particolare sono state studiate la reazione di metilazione di alogeno areni Pd catalizzata e due reazioni di sostituzione elettrofila aromatica sul ferrocene, alchilazione ed acilazione di Friedel-Crafts. Il DABAL-Me3, un nuovo e più stabile derivato del trimetilalluminio, e stato utilizzato come agente metilante nelle reazioni Pd catalizzate. E’ stato messo a punto un nuovo protocollo di reazione in cui la reazione viene effettuata in un sistema bifasico solvente molecolare/Liquido Ionico. Sono stati intrapresi studi preliminari per la scelta del solvente molecolare e del Liquido Ionico da utilizzare nella doppia fase, per la specie di Pd trattenuta in maniera più efficace, e per la scelta del ligando migliore. I migliori risultati sono stati ottenuti con Liquidi Ionici idrofili contenenti l’anione tetrafluoroborato. La reazione è stata effettuata utilizzando i classici Liquidi Ionici derivati dell’imidazolo e utlizzando un nuovo tipo di Liquidi Ionici funzionalizzati derivati del DABCO. Come leganti sono state scelte due diarilfosfine ingombrate stericamente, XPhos ed XPhosSO3H, che si differenziano per il fatto di essere cariche (XPhosSO3H) o meno (XPhos). La reazione di metilazione è stata effettuata su alogeno areni variamente sostituiti, ottenendo buoni risultati nella maggior parte dei casi. Nel caso di alogeno areni sostituiti con gruppi fortemente elettron attrattori è stata osservata anche la formazione del prodotto di omoaccoppiamento. La ritenzione della specie catalitica nella fase Liquido Ionico è stata valutata qualitativamente mediante spettroscopia NMR di fosforo. Si è tentato di riciclare la fase Liquido Ionico, contenente la specie catalitica, osservando in tutti i casi tempi di reazione più lunghi. La reazione di alchilazione del ferrocene catalizzata da Sc(OTf)3 è stata effettuata in diversi Liquidi Ionici idrofobi, con risultati molto modesti. Risultati migliori ha dato invece la reazione di acilazione del ferrocene, sempre catalizzata da Sc(OTf)3 e triflati di lantanidi. Le varie condizioni di reazione (scelta del catalizzatore, del Liquido Ionico, tempi e temperature di reazione) sono state ottimizzate per la reazione di acetilazione del ferrocene. Il protocollo di reazione è stato quindi esteso ad altri agenti acilanti, sia alifatici che aromatici. I tempi e le temperature di reazione sono risultati parametri fondamentali per questo tipo di reazione, dato che all’aumentare dei tempi di reazione si osservava decomposizione del prodotto, del reagente e/o disattivazione del catalizzatore. I Liquidi Ionici utilizzati per questo tipo di reazione erano sia idrofili che idrofobi; i risultati migliori sono stati osservati con Liquidi Ionici idrofobi ed in particolare con la bistriflilimmide di 1-butil-3-metilimidazolio, [C4mim]Tf2N. Le anidridi si sono dimostrate agenti acilanti più efficienti rispetto ai corrispondenti cloruri acilici. In presenza di riscaldamento a microonde è stata osservata una drastica diminuzione dei tempi di reazione, con formazione quantitativa del prodotto acilato in pochi minuti e ad un miglioramento delle rese per agenti acilanti meno reattivi, come l’anidride benzoica.In this experimental work several different Ionic Liquids (ILs) were synthesised and used in C-C forming reactions. ILs were synthesized according to known literature procedures and under MW irradiation. The MW assisted synthesis of ILs was performed in presence of a solvent (CH3CN or EtOH) and reaction parameters were optimized with the aid of a prediction software (CROW). The purity of the products was evaluated to derive a set of optimized conditions for the reaction. Kinetic parameters for the IL formation (rate of quaternisation, k2, Ea) reactions were measured for the MW assisted process, and compared to the ones obtained under conventional heating in a pressurized container. Some of the synthesized ILs were employed in selected known catalytic organic reactions. The reactions studied were: Pd-catalysed methylation of aryl halides with DABAL-Me3 in a biphasic system VOC/IL and metal triflate catalysed electrophilic alkylation and acylation of ferrocene in IL. For the cross-methylation reaction, a new and air stable aluminum based methylating agent was employed, DABAL-Me3. A new protocol for the methylation of aryl halides with DABAL-Me3 in a two phase system IL/VOC was optimised and tested on various substrates, with good results. Optimization of the reaction parameters, such as choice of the VOC/IL biphasic system, catalytic species and ligand was performed. The best ILs for such reactions were hydrophilic tetrafluoroborates. Reactions were performed in classic alkylmethylimidazolium based IL and in a DABCO based IL in presence of a bulky substituted phosphine (XPhos) and a structurally similar sulfonated phosphine (XPhosSO3H), obtaining in all cases interesting results. Formation of the homocoupling by-products were observed for aryl halides bearing strong electron withdrawing substituents. A qualitative 31P NMR study of the catalyst retention in the IL phase was performed. Recycling of the IL catalytic phases was attempted, but in all cases a decrease in the catalyst activity was observed. Attempts were made to perfom the electrophilic alkylation of ferrocene in alkylmethylimidazolium and N-alkylpyridinium based IL. In all cases, modest results were obtained. Acylation of ferrocene catalyzed by metal triflates was thoroughly investigated. Reaction parameters such as choice of the metal catalyst, reaction time and temperature, ratio between ferrocene and the acylating agent, choice of the IL used as the solvent were optimised for the acetylation of ferrocene. Different aliphatic and aromatic acylating agents were tested. Time and temperature were important parameters for the electrophilic acylation of ferrocene, since prolonged treatment caused substrate decomposition and/or catalyst deactivation. Both hydrophobic and hydrophilic alkylmethylimidazolium based ILs were used as solvents. Hydrophobic ILs gave best results, in particular 1-butyl-3-methylimidazolium bistriflylimide. Anhydrides behave as superior acylating reagents with respect to acyl chlorides. More reactive aliphatic anhydrides gave better results than aromatic anhydrides. MW irradiation allowed to quantitatively acylate ferrocene within minutes. MW irradiation improved the reactivity also of less reactive benzoic anhydride

Sustainable Valorisation of Renewables through Dialkyl Carbonates and Isopropenyl Esters

This review showcases a thorough analysis of reactions and applications of the most widespread linear and alkylene organic carbonates (DACs) as dimethyl-, diethyl-, ethylene-, and propylene- carbonates (DMC, DEC, EC, and PC, respectively), and a representative enol ester as isopropenyl acetate (iPAc), for the chemical functionalisation and upgrading of renewable compounds, both bio-based platform molecules and biopolymers. The work which follows a previous survey published by us in 2018 and limited to DMC only, is organised into five sections where the literature screening encompasses the past 4 years in the case of DMC and a wider timespan of five-six years for other homologues/analogues carbonates and iPAc. After a general introductory section on benign-by-design processes for the conversion of biomass derivatives, a description of synthetic methods of DACs follows. Most of the review content is then focused on reactions in which DACs and iPAc act as alkylating, carboxylating, and acylating agents, respectively, and processes where the same compounds are used as solvents. Topics are grouped starting from the valorisation of small renewable molecules as glycerol, cyclic carbonates, carbonyl derivatives of furfural and HMF, then proceeding with bio-monomers, and ending up with the synthesis and functionalisation of biopolymers. The investigated examples have been detailed by providing conditions and scope, the proposed reaction mechanisms when available, and a rationale behind the choice of reaction/process parameters (T, p, catalyst(s), etc.). Criticism and comments have been put forward on the pros and cons of the described methods and their perspectives, as well as on those studies which still require follow-ups and more in-depth analyses

Advancements and Complexities in the Conversion of Lignocellulose Into Chemicals and Materials

This Perspective describes the challenges and objectives associated to the development of new chemical technologies for the conversion of lignocellulose (non-food or waste) into chemicals and materials; it also provides an outlook on the sources, potential products, and issues to be addresse

A Sustainable Improvement of ω-Bromoalkylphosphonates Synthesis to Access Novel KuQuinones

Owing to the attractiveness of organic phosphonic acids and esters in the pharmacological field and in the functionalization of conductive metal-oxides, the research of effective synthetic protocols is pivotal. Among the others, ω-bromoalkylphosphonates are gaining particular attention because they are useful building blocks for the tailored functionalization of complex organic molecules. Hence, in this work, the optimization of Michaelis–Arbuzov reaction conditions for ω-bromoalkylphosphonates has been performed, to improve process sustainability while maintaining good yields. Synthesized ω-bromoalkylphosphonates have been successfully adopted for the synthesis of new KuQuinone phosphonate esters and, by hydrolysis, phosphonic acid KuQuinone derivatives have been obtained for the first time. Considering the high affinity with metal-oxides, KuQuinones bearing phosphonic acid terminal groups are promising candidates for biomedical and photo(electro)chemical applications

Greener and Sustainable Applications of Phosphorous and Sulfur Ylides

The present review highlights relevant recent examples (2013-2018) of sustainable synthetic reactions involving phosphorus and sulfur ylides. These examples include catalytic, halide- and base-free Wittig olefination reactions and P-ylides as CO2 activators. They also include sustainable protocols for the synthesis of S-ylides and recent applications of these C1 synthons as carbene precursors and in selected rearrangement reactions

Temporal correlation of morphological and biochemical changes with the recruitment of different mechanisms of reactive oxygen species formation during human SW872 cell adipogenic differentiation

none8noHuman SW872 preadipocyte conversion to mature adipocytes is associated with time-dependent changes in differentiation markers' expression and with morphological changes accompanied by the accumulation of lipid droplets (LDs) as well as by increased mitochondriogenesis and mitochondrial membrane potential. Under identical conditions, the formation of reactive oxygen species (ROS) revealed with a general probe was significant at days 3 and 10 of differentiation and bearly detectable at day 6. NADPH oxidase (NOX)-2 activity determined with an immunocytochemical approach followed a very similar pattern. There was no evidence of mitochondrial ROS (mROS), as detected with a selective fluorescence probe, at days 3 and 6, possibly due to the triggering of the Nrf-2 antioxidant response. mROS were instead clearly detected at day 10, concomitantly with the accumulation of very large LDs, oxidation of both cardiolipin and thioredoxin 2, and decreased mitochondrial glutathione. In conclusion, the morphological and biochemical changes of differentiating SW872 cells are accompanied by the discontinuous formation of ROS derived from NOX-2, increasingly implicated in adipogenesis and adipose tissue dysfunction. In addition, mROS formation was significant only in the late phase of differentiation and was associated with mitochondrial dysfunction.openFiorani, Mara; De Matteis, Rita; Canonico, Barbara; Blandino, Giulia; Mazzoli, Alessandro; Montanari, Mariele; Guidarelli, Andrea; Cantoni, OrazioFiorani, Mara; De Matteis, Rita; Canonico, Barbara; Blandino, Giulia; Mazzoli, Alessandro; Montanari, Mariele; Guidarelli, Andrea; Cantoni, Orazi

Preparation of CO2/diene copolymers: Advancing carbon dioxide based materials

CO2-based materials: Metastable CO2/diene-based lactones, which were prepared by the palladium-catalyzed telomerization of CO2 and dienes, easily undergo aerobic radical homo-polymerization to give novel CO2-rich polymers. This two-step reaction set-up expands the potential applications of CO2-based copolymers by adding innovative compositions, structures, and properties

Phosphonium salts and P-ylides

The review collects and describes the literature on the preparation, characterisation and applications of phosphonium salts and ylides for the period January–December 2018. For the Reader's convenience, topics are organized to offer an introductory survey on the methods of preparation and characterisation of both types of compounds, followed by an analysis of applicative and curiosity driven research. A special section is devoted to phosphonium-based ionic liquids (PILs)