Transition metal clusters supported by multinucleating ligand frameworks as models of biological active sites

This dissertation describes efforts to model biological active sites with small molecule clusters. The approach used took advantage of a multinucleating ligand to control the structure and nuclearity of the product complexes, allowing the study of many different homo- and heterometallic clusters. Chapter 2 describes the synthesis of the multinucleating hexapyridyl trialkoxy ligand used throughout this thesis and the synthesis of trinuclear first row transition metal complexes supported by this framework, with an emphasis on tricopper systems as models of biological multicopper oxidases. The magnetic susceptibility of these complexes were studied, and a linear relation was found between the Cu-O(alkoxide)-Cu angles and the antiferromagnetic coupling between copper centers. The triiron(II) and trizinc(II) complexes of the ligand were also isolated and structurally characterized.

Chapter 3 describes the synthesis of a series of heterometallic tetranuclear manganese dioxido complexes with various incorporated apical redox-inactive metal cations (M = Na⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Zn²⁺, Y³⁺). Chapter 4 presents the synthesis of heterometallic trimanganese(IV) tetraoxido complexes structurally related to the CaMn₃ subsite of the oxygen-evolving complex (OEC) of Photosystem II. The reduction potentials of these complexes were studied, and it was found that each isostructural series displays a linear correlation between the reduction potentials and the Lewis acidities of the incorporated redox-inactive metals. The slopes of the plotted lines for both the dioxido and tetraoxido clusters are the same, suggesting a more general relationship between the electrochemical potentials of heterometallic manganese oxido clusters and their “spectator” cations. Additionally, these studies suggest that Ca²⁺ plays a role in modulating the redox potential of the OEC for water oxidation.

Chapter 5 presents studies of the effects of the redox-inactive metals on the reactivities of the heterometallic manganese complexes discussed in Chapters 3 and 4. Oxygen atom transfer from the clusters to phosphines is studied; although the reactivity is kinetically controlled in the tetraoxido clusters, the dioxido clusters with more Lewis acidic metal ions (Y³⁺ vs. Ca²⁺) appear to be more reactive. Investigations of hydrogen atom transfer and electron transfer rates are also discussed.

Appendix A describes the synthesis, and metallation reactions of a new dinucleating bis(N-heterocyclic carbene)ligand framework. Dicopper(I) and dicobalt(II) complexes of this ligand were prepared and structurally characterized. A dinickel(I) dichloride complex was synthesized, reduced, and found to activate carbon dioxide. Appendix B describes preliminary efforts to desymmetrize the manganese oxido clusters via functionalization of the basal multinucleating ligand used in the preceding sections of this dissertation. Finally, Appendix C presents some partially characterized side products and unexpected structures that were isolated throughout the course of these studies.

Two overrun phenomena and their effects on fusion yield in the Coulomb explosion of heteronuclear clusters

Two overrun effects in the Coulomb explosion dynamics of heteronuclear clusters have been investigated theoretically by the use of a simplified electrostatic model. When the charge-to-mass ratio of light ions is higher than that of heavy ions, the light ions can overtake the heavy ions inside the cluster and acquire a higher kinetic energy. Further, if the charge density of the heavy ions is twice as high as that of the light ions, i.e. a proposed competitive parameter xi = rho BqB/rho AqA > 2, the inner light ions can overtake those light ions on the surface of the cluster and form a shock shell during the explosion, which might drive the intracluster collision and fusion of the light ions. Different regimes of nuclear fusion are discussed and the corresponding neutron yields are estimated. Our analysis indicates that the probability of intracluster fusion is quite low even if deuterated heteronuclear clusters such as (DI)(n) with large size and high competitive parameter are employed. However, heteronuclear clusters are still a better candidate compared with homonuclear clusters for enhancing the total intercluster fusion yield because both a higher energy region and a higher proportion of deuterons distributing in the energy region can be created in the deuterated heteronuclear clusters.

Las políticas tecnológicas y de innovación en la Comunidad Autónoma de Euskadi: El caso de los Clusters

[ES] En el presente trabajo se ha tratado de analizar la evolución de las políticas tecnológicas y de innovación en la Comunidad Autónoma de Euskadi (CAE), en las últimas tres décadas, prestando especial atención a la política de clusters. Es evidente el avance tecnológico e innovador experimentado por Euskadi en este período, basado en la estrecha cooperación desarrollada entre las universidades, las instituciones públicas y las empresas privadas. En este marco, la CAE fue pionera en el diseño y puesta en marcha de una política de clusters a principios de los años noventa. Tras más de dos décadas de funcionamiento de dicha política, ésta parece haberse consolidado existiendo en la actualidad 13 asociaciones cluster en Euskadi.

Política de escalonamento de recursos computacionais em clusters de física de altas energias

Este trabalho apresenta uma proposta para permitir o uso compartilhado dos recursos computacionais utilizados em um cluster de forma a atender simultaneamente aos quatro experimentos do CERN. A abordagem adotada utiliza o conceito de contratos, onde os requisitos e restrições de cada experimento são descritos em perfis, e uma política de alocação de recursos é definida para manter a utilização dos recursos de forma a atender aos perfis. Propomos um modelo de arquitetura para gerenciar o uso compartilhado de um cluster pelas quatro Organizações Virtuais do LHC. Este modelo de arquitetura é composto de elementos comuns a um cluster típico da Tier-2, acrescidos de funcionalidades para controlar a admissão de novos jobs de todas as Organizações Virtuais do LHC. Este modelo monitora a utilização de recursos do cluster por cada OV, aloca recursos para cada job de acordo com uma política estabelecida para o cluster de forma a procurar respeitar os requisitos de cada uma delas. Definimos um algoritmo para o escalonamento de jobs, que utiliza mecanismos de preempção para controlar a alocação de nós do cluster dependendo o uso corrente e acumulado de recursos por cada OV. Este algoritmo é executado em um dos elementos da arquitetura batizado de broker, dado que o mesmo intermedeia a chegada de novos jobs e a alocação dos nós do cluster, e tem com objetivo manter o controle dos contratos de cada OV. A simulação da arquitetura proposta foi feita no simulador de grades GridSim e os resultados obtidos foram avaliados.

Mother structures related to the hexagonal and cubic close packing in Cu24 clusters: solvent-influenced derivatives

Artículo científico CrystEngComm

Otimização de recursos e economia de energia em clusters usando virtualização.

Este trabalho propõe uma arquitetura reutilizável que permite a gerência de uma infraestrutura de suporte para aplicações Web, utilizando máquinas virtuais. O objetivo da arquitetura é garantir qualidade de serviço, atuando nos servidores físicos (hospedeiros) ou manipulando as máquinas virtuais, e avaliando o cumprimento das restrições de operação (tempo de resposta máximo). Além disso, através do uso racional dos recursos utilizados, a proposta visa à economia de energia. O trabalho também inclui uma avaliação de desempenho realizada sobre um sistema implementado com base na arquitetura. Esta avaliação mostra que a proposta é funcional e o quanto ela pode ser vantajosa do ponto de vista do uso de recursos, evitando desperdício, mantendo-se ainda a qualidade de serviço em níveis aceitáveis pela aplicação.