Intramolecular basis set superposition error effects on the planarity of benzene and other aromatic molecules: A solution to the problem

Recently, the surprising result that ab initio calculations on benzene and other planar arenes at correlated MP2, MP3, configuration interaction with singles and doubles (CISD), and coupled cluster with singles and doubles levels of theory using standard Pople’s basis sets yield nonplanar minima has been reported. The planar optimized structures turn out to be transition states presenting one or more large imaginary frequencies, whereas single-determinant-based methods lead to the expected planar minima and no imaginary frequencies. It has been suggested that such anomalous behavior can be originated by two-electron basis set incompleteness error. In this work, we show that the reported pitfalls can be interpreted in terms of intramolecular basis set superposition error (BSSE) effects, mostly between the C–H moieties constituting the arenes. We have carried out counterpoise-corrected optimizations and frequency calculations at the Hartree–Fock, B3LYP, MP2, and CISD levels of theory with several basis sets for a number of arenes. In all cases, correcting for intramolecular BSSE fixes the anomalous behavior of the correlated methods, whereas no significant differences are observed in the single-determinant case. Consequently, all systems studied are planar at all levels of theory. The effect of different intramolecular fragment definitions and the particular case of charged species, namely, cyclopentadienyl and indenyl anions, respectively, are also discussed

Aplicació de la termoquimiolisi - cromatografia de gasos - espectrometria de masses a l'estudi de la matèria orgànica del sòl

Estudi realitzat a partir d’una estada a la Université de Poitiers, França, entre 2007 i 2009. El treball s'ha centrat en dues activitats bàsiques. El treball realitzat s’ha centrat en dues activitats bàsiques. D’una banda, la posada a punt d'un protocol de fraccionament de la matèria orgànica del sòl, per extraccions successives amb solvents alcalins després d'una seqüència de pretractaments al sòl: cap pretractament, atac amb àcid (per destruir els carbonats), atac amb ditionit (per reduir els òxids de Fe i Al i facilitar l'extracció de la matèria orgànica associada a aquests compostos). El protocol dóna una visió de conjunt de la situació de la matèria orgànica del sòl, combinant aspectes físics (protecció, precipitació, oclusió per carbonats) i químics (grau d'humificació). D’altra banda, l'aprenentatge de la tècnica de termoquimiolisi-cromatografia de gasos-espectrometria de masses. Aquest era l'objectiu de l'estada a Poitiers, al qual hem donat prioritat. Ens hem centrat en l'estudi de fraccions físiques (densimètriques) obtingudes en estudis anteriors sobre sòls forestals. Les fraccions considerades són: fracció lleugera (FL), tres fraccions ocluïdes (OC1, OC2 i OC3) i fracció densa (FD). L’aplicació de la termoquimiolisi permet de caracteritzar diversos grups de substàncies, de les quals ens hem centrat en alguns indicadors bioquímics: àcids grasos, alcohols, diàcids, productes fenòlics i altres productes aromàtics, derivats de carbohidrats. L’estudi de conjunt d’aquests productes indica que és a les fraccions ocluïdes (que solen ser minoritàries a tots els horitzons) on la matèria orgànica d’origen microbià és dominant, mentre que a les fraccions lleugera (FL) i densa (FD) la matèria orgànica d’origen vegetal sembla dominant. Es preveu aplicar aquesta tècnica a l’estudi de les fraccions obtingudes a la primera part del treball, actualment congelades i a l’espera de ser processades.

Mecanismes de reacció de sistemes catalítics amb èmfasi en carbens de Fischer i quantificació de l'aromaticitat en petites molècules inorgàniques cícliques i planes.

El tema principal del treball és sobre l'estudi teòric de l'estructura i reactivitat en carbens de Fischer de la forma (CO)5Cr=C(X)R (X= OH, NH2, OMe, NMe2 i R= CHCH2 i Ph). Particularment, el nostre interès va sorgir del tipus de reaccions de cicloadicció que donen lloc a la síntesi de productes naturals i fàrmacs de gran valor afegit. Hem estudiat els mecanismes de reacció dels casos més comuns de cicloanul•lació: la reacció de benzanul•lació de Dötz i ciclopentanulacions que es troben en competència amb el primer cas, derivats de l'inserció de acetilè i fenilacetilè. En l'últim pas de les reaccions que comporten la formació d'un sistema de més d'un anell, hi tenim una migració del complex metàl•lic de crom d'un extrem a un altre anomenat com rearranjament haptotròpic. Aleshores, hem investigat sobre els mecanismes de migració haptotròpica de Cr(CO)3 sobre hidrocarburs aromàtics policíclics analitzant l'efecte de la mida i la curvatura del sistema així com la complexació d'un segon fragment metàl•lic a la manera de coordinació als anells. D'una altre banda, vam estudiar l'aromaticitat en 54 cúmuls cíclics de molecules inorgàniques mitjançant metodologia desenvolupada al nostre grup de recerca i altres. Vam proposar la tècnica del scan-NICS com nova mesura quantitativa d'aromaticitat i reportar l'escassa correlació entre els distints índexs d'aromaticitat a la literatura. Finalment, com resultat de col•laboracions en estades de recerca, he desenvolupat propostes de mecanismes de reacció en sistemes catalítics de isonitrils i fosfinetà-amides i en dímers de gassos nobles.

Estudi de la desadsorció del pirè amb diferents surfactants en tres sòls artificials

Un dels problemes associats a la remeiació de contaminants hidròfobs és la seva poca disponibilitat. Es considera que un contaminant està disponible quan roman a la fase líquida del medi, ja sigui solubilitzat o en forma d’emulsió. Els surfactants són substàncies anfifíliques que promouen la transferència de compostos hidròfobs de la fase sòlida a la líquida. En aquest estudi s’escull el pirè com a representant dels hidrocarburs aromàtics policíclics i tres surfactants no iònics: un àmpliament citat a la bibliografia científica (Tween 80) i dos comercials (Gold Crew, BS-400). L’estudi es fa amb tres mescles d’argila i sorra amb diferents proporcions. La concentració micel·lar crítica (CMC) s’assoleix abans en sòls amb poc contingut en argila. L’eficiència dels surfactants està estretament relacionada amb la proporció d’argila i sorra. A concentracions molt per sobre de la CMC no s’observa una relació entre l’eficiència i la quantitat d’argila. El Tween 80 ha donat millors resultats que el Gold Crew i el BS-400, sense que aquest darrer no hagi presentat desadsorció de pirè.

Analisi de compostos orgànics persistents i estudi de la procedència d'hidrocarburs en sediments del mar Mediterrani català

Els sediments del fons marí són molt importants en els ecosistemes aquàtics. Aquests sediments són considerats absorbents naturals, ja que s’hi acumulen moltes substàncies nocives, com ara metalls pesants i contaminants orgànics persistents (COPs). En aquest estudi s’han analitzat mostres de sediments del mar Mediterrani amb la finalitat d’examinar els COPs i la possible procedència d’hidrocarburs derivats del petroli. Les mostres han estat extretes davant de la desembocadura del riu Besòs (se n’ha fet una extracció a 8 km i una altra a 54 km de distància respecte la costa) i davant del municipi català anomenat Vilanova i la Geltrú (se n’ha fet, també, una extracció a 8-10 km i una altra a 30-40 km de distància respecte la costa). D’aquestes mostres, obtingudes per perforació, se n’han analitzat el primer i segon centímetres. S’han quantificat els hidrocarburs aromàtics policíclics (PAHs), els bifenils policlorats (PCBs) i els compostos organoclorats (OCPs) utilitzats antigament com a pesticides. S’ha posat de manifest que en les zones més properes a la costa, les concertacions COPs són més elevades a la regió més meridional, tot i estar davant de la desembocadura del riu Besòs. Segurament això és degut a la influència de la deriva litoral (corrent costaner marí en direcció NE-SW). Finalment, l’índex Phytane/Pristane, l’índex de preferència de carboni o, en anglès Carbon Preference Index (CPI) i la barreja complexa sense resoldre o, en anglès, Unresolved Complex Mixture (UCM) apunten a la conclusió que l’origen dels hidrocarburs analitzats (n-alcans) podria ser petrogènic.

The nature of the Cr-C bond: direct estimation of aromaticity in Fischer carbenes

Report for the scientific sojourn at the the Philipps-Universität Marburg, Germany, from september to december 2007. For the first, we employed the Energy-Decomposition Analysis (EDA) to investigate aromaticity on Fischer carbenes as it is related through all the reaction mechanisms studied in my PhD thesis. This powerful tool, compared with other well-known aromaticity indices in the literature like NICS, is useful not only for quantitative results but also to measure the degree of conjugation or hyperconjugation in molecules. Our results showed for the annelated benzenoid systems studied here, that electron density is more concentrated on the outer rings than in the central one. The strain-induced bond localization plays a major role as a driven force to keep the more substituted ring as the less aromatic. The discussion presented in this work was contrasted at different levels of theory to calibrate the method and ensure the consistency of our results. We think these conclusions can also be extended to arene chemistry for explaining aromaticity and regioselectivity reactions found in those systems.In the second work, we have employed the Turbomole program package and density-functionals of the best performance in the state of art, to explore reaction mechanisms in the noble gas chemistry. Particularly, we were interested in compounds of the form H--Ng--Ng--F (where Ng (Noble Gas) = Ar, Kr and Xe) and we investigated the relative stability of these species. Our quantum chemical calculations predict that the dixenon compound HXeXeF has an activation barrier for decomposition of 11 kcal/mol which should be large enough to identify the molecule in a low-temperature matrix. The other noble gases present lower activation barriers and therefore are more labile and difficult to be observable systems experimentally.

Projecte de cultiu ecològic de planta aromàtica i medicinal i avantprojecte d'assecador a la finca de Mas Teulera, al municipi de Lladó, l'Alt Empordà

El projecte estudia la producció ecològica de planta aromàtica i medicinal com a alternativa a la producció de cereals en una de les parcel·les de Mas Teulera, situada al terme municipal de Lladó, a l’Alt Empordà, per millorar la rendibilitat econòmica de la finca. Es proposa la rotació de cultius de planta aromàtica i medicinal més adequada tenint en compte la seva adaptació en el medi, la sortida comercial més interessant i la compatibilitat del seu procés productiu amb les característiques tècniques de l’explotació. Es realitza a més, un avantprojecte sobre la transformació de la collita per a conèixer les característiques del procés d’assecat de les plantes necessari per obtenir un producte de qualitat i amb el format adequat per a la seva comercialització

Projecte de reorientació productiva de la finca Horta de les Flors de Canet de Mar (Barcelona)

Estudi de la reorientació productiva d’una finca amb espècies hortícoles i aromàtiques autòctones de la zona del Maresme. Per a obtenir les condicions òptimes de producció s’instal•laran tots els equips i mitjans auxiliars necessaris. La finalitat del projecte és produir espècies autòctones de la comarca del Maresme que a posteriori s’intentaran comercialitzar al detall dins la mateixa finca. Les espècies que no es venguin directament a la finca es vendran a minoristes que les portaran principalment al mercat local beneficiant-nos així, del valor afegit que poden tenir les espècies autòctones. No es descarta comercialitzar el producte, que aniria al minorista local, a alguna empresa del sector alimentari

Projecte de cultiu ecològic de plantes medicinals i aromàtiques, en una finca a Arenys de Mar (comarca del Maresme)

El cultiu de plantes medicinals i aromàtiques (PAM) a Catalunya és un cultiu minoritari, però podria ser una alternativa a cultius que cada vegada més són menys rendibles. La finca estudiada, situada al terme municipal d’Arenys de Mar, al Maresme, s'ha emprat per al cultiu de plantes hortícoles. Ara ja fa anys que la finca està inactiva, i el nou propietari s’ha interessat en el cultiu de PAM com a possibilitat de tornar a activar la finca, escollint com a sistema de producció, el cultiu ecològic . El projecte presenta el cultiu de quatre espècies de PAM ((Thymus vulgaris, Timó, Lavandula angustifolia, Lavanda, Mentha x piperita, Menta pebrera i Sàlvia comuna, Sàlvia), tenint en compte les seves necessitats i les característiques edafoclimàtiques de la zona, així com el mercat de les PAM, la normativa de producció ecològica i procurant utilitzar tot els mitjans existents a la finca per tal de minimitzar la inversió

Association between GIS-based exposure to urban air pollution during pregnancy and birth weight in the INMA Sabadell Cohort

Background: There is growing evidence that traffic-related air pollution reduces birth weight. Improving exposure assessment is a key issue to advance in this research area.Objective: We investigated the effect of prenatal exposure to traffic-related air pollution via geographic information system (GIS) models on birth weight in 570 newborns from the INMA (Environment and Childhood) Sabadell cohort.Methods: We estimated pregnancy and trimester-specific exposures to nitrogen dioxide and aromatic hydrocarbons [benzene, toluene, ethylbenzene, m/p-xylene, and o-xylene (BTEX)] by using temporally adjusted land-use regression (LUR) models. We built models for NO2 and BTEX using four and three 1-week measurement campaigns, respectively, at 57 locations. We assessed the relationship between prenatal air pollution exposure and birth weight with linear regression models. We performed sensitivity analyses considering time spent at home and time spent in nonresidential outdoor environments during pregnancy.Results: In the overall cohort, neither NO2 nor BTEX exposure was significantly associated with birth weight in any of the exposure periods. When considering only women who spent < 2 hr/day in nonresidential outdoor environments, the estimated reductions in birth weight associated with an interquartile range increase in BTEX exposure levels were 77 g [95% confidence interval (CI), 7–146 g] and 102 g (95% CI, 28–176 g) for exposures during the whole pregnancy and the second trimester, respectively. The effects of NO2 exposure were less clear in this subset.Conclusions: The association of BTEX with reduced birth weight underscores the negative role of vehicle exhaust pollutants in reproductive health. Time–activity patterns during pregnancy complement GIS-based models in exposure assessment.

Prenatal exposure to traffic-related air pollution and ultrasound measures of fetal growth in the INMA Sabadell cohort

Background: Few studies have used longitudinal ultrasound measurements to assess the effect of traffic-related air pollution on fetal growth.Objective: We examined the relationship between exposure to nitrogen dioxide (NO2) and aromatic hydrocarbons [benzene, toluene, ethylbenzene, m/p-xylene, and o-xylene (BTEX)] on fetal growth assessed by 1,692 ultrasound measurements among 562 pregnant women from the Sabadell cohort of the Spanish INMA (Environment and Childhood) study.Methods: We used temporally adjusted land-use regression models to estimate exposures to NO2 and BTEX. We fitted mixed-effects models to estimate longitudinal growth curves for femur length (FL), head circumference (HC), abdominal circumference (AC), biparietal diameter (BPD), and estimated fetal weight (EFW). Unconditional and conditional SD scores were calculated at 12, 20, and 32 weeks of gestation. Sensitivity analyses were performed considering time–activity patterns during pregnancy.Results: Exposure to BTEX from early pregnancy was negatively associated with growth in BPD during weeks 20–32. None of the other fetal growth parameters were associated with exposure to air pollution during pregnancy. When considering only women who spent 2 hr/day in nonresidential outdoor locations, effect estimates were stronger and statistically significant for the association between NO2 and growth in HC during weeks 12–20 and growth in AC, BPD, and EFW during weeks 20–32.Conclusions: Our results lend some support to an effect of exposure to traffic-related air pollutants from early pregnancy on fetal growth during mid-pregnancy.

Identification of Ligands for the Tau Exon 10 Splicing Regulatory Element RNA Using Dynamic Combinatorial Chemistry

We describe the use of dynamic combinatorial chemistry (DCC) to identify ligands for the stem-loop structure located at the exon 10-5'-intron junction of Tau pre-mRNA, which is involved in the onset of several tauopathies including frontotemporal dementia with Parkinsonism linked to chromosome 17 (FTDP-17). A series of ligands that combine the small aminoglycoside neamine and heteroaromatic moieties (azaquinolone and two acridines) have been identified by using DCC. These compounds effectively bind the stem-loop RNA target (the concentration required for 50% RNA response (EC(50)): 2-58 μM), as determined by fluorescence titration experiments. Importantly, most of them are able to stabilize both the wild-type and the +3 and +14 mutated sequences associated with the development of FTDP-17 without producing a significant change in the overall structure of the RNA (as analyzed by circular dichroism (CD) spectroscopy), which is a key factor for recognition by the splicing regulatory machinery. A good correlation has been found between the affinity of the ligands for the target and their ability to stabilize the RNA secondary structure.

Rapid and sensitive hormonal profiling of complex plant samples by liquid chromatography coupled to electrospray ionization tandem mass spectrometry

Background Plant hormones play a pivotal role in several physiological processes during a plant's life cycle, from germination to senescence, and the determination of endogenous concentrations of hormones is essential to elucidate the role of a particular hormone in any physiological process. Availability of a sensitive and rapid method to quantify multiple classes of hormones simultaneously will greatly facilitate the investigation of signaling networks in controlling specific developmental pathways and physiological responses. Due to the presence of hormones at very low concentrations in plant tissues (10-9 M to 10-6 M) and their different chemistries, the development of a high-throughput and comprehensive method for the determination of hormones is challenging. Results The present work reports a rapid, specific and sensitive method using ultrahigh-performance liquid chromatography coupled to electrospray ionization tandem spectrometry (UPLC/ESI-MS/MS) to analyze quantitatively the major hormones found in plant tissues within six minutes, including auxins, cytokinins, gibberellins, abscisic acid, 1-amino-cyclopropane-1-carboxyic acid (the ethylene precursor), jasmonic acid and salicylic acid. Sample preparation, extraction procedures and UPLC-MS/MS conditions were optimized for the determination of all plant hormones and are summarized in a schematic extraction diagram for the analysis of small amounts of plant material without time-consuming additional steps such as purification, sample drying or re-suspension. Conclusions This new method is applicable to the analysis of dynamic changes in endogenous concentrations of hormones to study plant developmental processes or plant responses to biotic and abiotic stresses in complex tissues. An example is shown in which a hormone profiling is obtained from leaves of plants exposed to salt stress in the aromatic plant, Rosmarinus officinalis.

Enantioselective formal synthesis of ent-rhynchophylline and ent-isorhynchophylline

Starting from (S)-tryptophanol, a formal synthesis of ent-rhyncho-phylline and ent-isorhynchophylline, involving stereoselective cyclocondensation, spirocyclization, and alkylation reactions, and the final adjustment of the oxidation level at the oxindole and piperidine moieties, is reported.

Exploring the effect of aminoglycoside guanidinylation on ligands for Tau exon 10 splicing regulatory element RNA

We describe the effect of guanidinylation of the aminoglycoside moiety on acridine-neamine-containing ligands for the stem-loop structure located at the exon 10-5′-intron junction of Tau pre-mRNA, an important regulatory element of tau gene alternative splicing. On the basis of dynamic combinatorial chemistry experiments, ligands that combine guanidinoneamine and two different acridines were synthesized and their RNA-binding properties were compared with those of their amino precursors. Fluorescence titration experiments and UV-monitored melting curves revealed that guanidinylation has a positive effect both on the binding affinity and specificity of the ligands for the stemloop RNA, as well as on the stabilization of all RNA sequences evaluated, particularly some mutated sequences associated with the development of FTDP-17 tauopathy. However, this correlation between binding affinity and stabilization due to guanidinylation was only found in ligands containing a longer spacer between the acridine and guanidinoneamine moieties, since a shorter spacer produced the opposite effect (e.g. lower binding affinity and lower stabilization). Furthermore, spectroscopic studies suggest that ligand binding does not significantly change the overall RNA structure upon binding (circular dichroism) and that the acridine moiety might intercalate near the bulged region of the stem->loop structure (UV-Vis and NMR spectroscopy).