The SPL7013 dendrimer destabilizes the HIV-1 gp120-CD4 complex

The poly (l-lysine)-based SPL7013 dendrimer with naphthalene disulphonate surface groups blocks the entry of HIV-1 into target cells and is in clinical trials for development as a topical microbicide. Its mechanism of action against R5 HIV-1, the HIV-1 variant implicated in transmission across individuals, remains poorly understood. Using docking and fully atomistic MD simulations, we find that SPL7013 binds tightly to R5 gp120 in the gp120-CD4 complex but weakly to gp120 alone. Further, the binding, although to multiple regions of gp120, does not occlude the CD4 binding site on gp120, suggesting that SPL7013 does not prevent the binding of R5 gp120 to CD4. Using MD simulations to compute binding energies of several docked structures, we find that SPL7013 binding to gp120 significantly weakens the gp120-CD4 complex. Finally, we use steered molecular dynamics (SMD) to study the kinetics of the dissociation of the gp120-CD4 complex in the absence of the dendrimer and with the dendrimer bound in each of the several stable configurations to gp120. We find that SPL7013 significantly lowers the force required to rupture the gp120-CD4 complex and accelerates its dissociation. Taken together, our findings suggest that SPL7013 compromises the stability of the R5 gp120-CD4 complex, potentially preventing the accrual of the requisite number of gp120-CD4 complexes across the virus-cell interface, thereby blocking virus entry.

Hydrogen energy future with formic acid: a renewable chemical hydrogen storage system

Formic acid, the simplest carboxylic acid, is found in nature or can be easily synthesized in the laboratory (major by-product of some second generation biorefinery processes); it is also an important chemical due to its myriad applications in pharmaceuticals and industry. In recent years, formic acid has been used as an important fuel either without reformation (in direct formic acid fuel cells, DFAFCs) or with reformation (as a potential chemical hydrogen storage material). Owing to the better efficiency of DFAFCs compared to several other PEMFCs and reversible hydrogen storage systems, formic acid could serve as one of the better fuels for portable devices, vehicles and other energy-related applications in the future. This perspective is focused on recent developments in the use of formic acid as a reversible source for hydrogen storage. Recent developments in this direction will likely give access to a variety of low-cost and highly efficient rechargeable hydrogen fuel cells within the next few years by the use of suitable homogeneous metal complex/heterogeneous metal nanoparticle-based catalysts under ambient reaction conditions. The production of formic acid from atmospheric CO2 (a greenhouse gas) will decrease the CO2 content and may be helpful in reducing global warming.

Two-time scales inner solutions and motion of a geostrophic vortex

Based on the authors' previous work, in this paper the systematical analyses on the motion and the inner solutions of a geostrophic vortex have been presented by means of thematched asymptotic expansion method with multiple time scales (S/gh001/2 and α S/gh001/2) and space scales. It has been shown that the leading inner solutions to the core structure in two-time scales analyses are identified with the results in normal one-time scale analyses. The time averages of the first-order solutions on short time variable τ are the same as the first-order solutions obtained in one normal time scale analyses. The geostrophic vortex induces an oscillatory motion in addition to moving with the background flow. The period, amplitude andthe deviation from the mean trajectory depend on the core structure and the initial conditions. The velocity of the motion of vortex center varies periodically and the time average of the velocity on short time variable τ is equal to the value of the local mean velocity.

Engineering and Characterization of Cytochrome P450 Enzymes for Nitrogen-Atom Transfer Reactions

The creation of novel enzyme activity is a great challenge to protein engineers, but nature has done so repeatedly throughout the process of natural selection. I begin by outlining the multitude of distinct reactions catalyzed by a single enzyme class, cytochrome P450 monooxygenases. I discuss the ability of cytochrome P450 to generate reactive intermediates capable of diverse reactivity, suggesting this enzyme can also be used to generate novel reactive intermediates in the form of metal-carbenoid and nitrenoid species. I then show that cytochrome P450 from Bacillus megaterium (P450_BM3) and its isolated cofactor can catalyze metal-nitrenoid transfer in the form of intramolecular C–H bond amination. Mutations to the protein sequence can enhance the reactivity and selectivity of this transformation significantly beyond that of the free cofactor. Next, I demonstrate an intermolecular nitrene transfer reaction catalyzed by P450_BM3 in the form of sulfide imidation. Understanding that sulfur heteroatoms are strong nucleophiles, I show that increasing the sulfide nucleophilicity through substituents on the aryl sulfide ring can dramatically increase reaction productivity. To explore engineering nitrenoid transfer in P450BM3, active site mutagenesis is employed to tune the regioselectivity intramolecular C–H amination catalysts. The solution of the crystal structure of a highly selective variant demonstrates that hydrophobic residues in the active site strongly modulate reactivity and regioselectivity. Finally, I use a similar strategy to develop P450-based catalysts for intermolecular olefin aziridination, demonstrating that active site mutagenesis can greatly enhance this nitrene transfer reaction. The resulting variant can catalyze intermolecular aziridination with more than 1000 total turnovers and enantioselectivity of up to 99% ee.

Catalisadores à base de platina frente a correntes de H2 contendo acetaldeído geradas via reforma do etanol

Devido ao efeito estufa, a produção de hidrogênio a partir da reação de reforma do bioetanol tem se tornado um assunto de grande interesse em catálise heterogênea. Os catalisadores à base de Pt são empregados nos processos de purificação de H2 e também em eletrocatalisadores das células a combustível do tipo membrana polimérica (PEMFC). O hidrogênio obtido a partir da reforma do etanol contém como contaminante o acetaldeído e pequenas quantidades de CO. Assim, pode-se prever que muitas reações podem ocorrer na presença de catalisadores de Pt durante o processo de purificação do H2 e mesmo no próprio eletrocatalisador. Desta forma, este trabalho tem como objetivo descrever o comportamento do acetaldeído na presença de catalisadores de Pt. Para tanto foram preparados dois catalisadores, Pt/SiO2 e Pt/USY, contendo 1,5% de metal em ambos. Também foi estudado um eletrocatalisador (comercial) de Pt suportado em carvão (Pt/C). Os catalisadores foram caracterizados através das técnicas de análise textural, difração de raios X (DRX), quimissorção de H2, reação de desidrogenação do ciclohexano, espectroscopia no infravermelho de piridina adsorvida, dessorção a temperatura programada de n-butilamina (TPD de n-butilamina), dessorção a temperatura programada de CO2 (TPD-CO2), análise termogravimétrica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersão de energia (EDS). Os testes catalíticos foram realizados entre as temperaturas de 50 e 350 C em corrente contendo acetaldeído, H2 e N2. Foi observado que as propriedades ácido-básicas dos suportes promovem as reações de condensação com formação de éter etílico e acetato de etila. O acetaldeído em catalisadores de Pt sofre quebra das ligações C-C e C=O. A primeira ocorre em uma ampla faixa de temperaturas, enquanto a segunda apenas em temperaturas abaixo de 200 C. A quebra da ligação C-C produz metano e CO. Já a quebra da ligação C=O gera carbono residual nos catalisadores, assim como espécies oxigênio, que por sua vez são capazes de eliminar o CO da superfície dos catalisadores. Nota-se que o tipo de suporte utilizado influencia na distribuição de produtos, principalmente a baixas temperaturas. Além disso, constatou-se que a descarbonilação não é uma reação sensível à estrutura do catalisador. Verificou-se também a presença de resíduos sobre os catalisadores, possivelmente oriundos não somente da quebra da ligação C=O, mas também de reações de polimerização

Criação de mesoporos em zeólitas ZSM-5, mordenita e ferrierita e análise de seu efeito na reação de hidroisomerização do n-heptano

As zeólitas têm recebido grande atenção acadêmica e industrial devido às suas características ácidas e estruturais. A estrutura da zeólita pode ser utilizada para conduzir uma reação catalítica na direção do produto desejado, evitando assim reações paralelas. Porém, essa mesma estrutura cria restrições difusivas com relação ao acesso aos sítios ativos no interior dos microporos. Neste trabalho foram estudados dois métodos de criação de mesoporos (térmico e básico) com o intuito de modificar a acessibilidade aos sítios catalíticos das zeólitas. A reação de hidroisomerização do n-heptano foi selecionada para avaliar as zeólitas após a criação de mesoporosidade. O tratamento térmico (via calcinação em temperaturas elevadas) foi utilizado para as zeólitas do tipo ZSM-5, Mordenita e Ferrierita, tendo sido observado um aumento pouco significativo na mesoporosidade. Este tratamento promoveu, porém, uma significativa desaluminização das amostras, acompanhada da formação de quantidades importantes de espécies de Al extra-rede (ALER), o que se refletiu num bloqueio parcial dos mesoporos gerados e dos microporos preexistentes, e na redução na densidade de sítios ácidos das amostras. A ampliação da escala do tratamento térmico (aumento da quantidade tratada de 2 g para 30 g) não se mostrou reprodutível, gerando menos mesoporos do que o observado no preparo em pequena escala. O tratamento básico (via dessilicação por meio de NaOH), ao contrário do anterior, promoveu a formação de mesoporos gerando menos quantidade de ALER e se mostrou mais reprodutível quando da ampliação da escala. O desempenho dos catalisadores Pt/Al2O3+zeólita na reação de hidroisomerização do n-heptano foi influenciado pela densidade de sítios ácidos fortes e pela estrutura porosa da zeólita. Com relação ao efeito dos tratamentos térmico e básico sobre o desempenho dos catalisadores à base de ZSM-5, os resultados mostraram que o comportamento do catalisador submetido ao tratamento básico (Pt/Al2O3+BZSM-5/85-2) foi similar ao do tratado termicamente (Pt/Al2O3+TZSM-5/1000-2) com relação à distribuição de produtos na reação de hidroisomerização do n-heptano, particularmente com relação aos produtos leves e aos isômeros monorramificados. No entanto, a presença mais significativa de mesoporos na zeólita após tratamento básico (BZSM-5/85-2), se refletiu num leve favorecimento à formação dos isômeros birramificados

Avaliação de catalisadores à base de estanho visando à produção de biodiesel

Atualmente, existe um crescente interesse por fontes de energia renováveis e o desenvolvimento de novas tecnologias para a produção de biocombustíveis. O biodiesel é uma fonte alternativa de combustível bastante atrativa em relação ao diesel em decorrência de seus benefícios ambientais. A obtenção de biodiesel é geralmente realizada através de reações de transesterificação de óleos vegetais com álcool de cadeia curta. Entretanto, também se pode produzi-lo através da esterificação de ácidos graxos livres utilizando-se matérias-primas de baixa qualidade como rejeitos industriais, domésticos ou gorduras animais. O estudo de catalisadores que melhorem os resultados destas reações tem importante papel no desenvolvimento da produção de biodiesel. Normalmente, utilizam-se catalisadores básicos como o NaOH, nas reações de transesterificação. No entanto, o uso destes catalisadores causa impactos ambientais, além de promover a reação de saponificação quando a matéria-prima apresenta teores significativos de acidez, reduzindo o rendimento e dificultando a separação de fases. Este trabalho apresenta o estudo de catalisadores ácidos, à base de estanho, com ênfase especial no sulfato de estanho II, voltados para utilização na reação de esterificação de cargas contendo elevados teores em ácidos graxos. Avaliou-se a influência das variáveis: temperatura, concentração do catalisador, tipo de sistema reacional, quantidade de etanol, tipo de álcool, acidez, natureza dos ácidos graxos e temperatura de calcinação. Uma comparação entre os catalisadores, a questão da reutilização do catalisador e das mudanças proporcionadas pelo tratamento térmico ao qual foram submetidos também foram analisadas. Dentre os catalisadores estudados, os de sulfato de estanho mostraram maior atividade catalítica frente à reação estudada, os mais promissores sendo os calcinados até a temperatura de 500C. O principal motivo para os altos rendimentos encontrados foi associado ao comportamento pseudo-homogêneo do SnSO4, que se solubiliza, acidificando o meio reacional durante as reações de esterificação

Materiais tipo hidrotalcita contendo Cu como precursores de catalisadores para a redução de NO pelo CO

Dentre os óxidos de nitrogênio, o N2O é um gás do efeito estufa altamente nocivo. Devido ao potencial contaminante que este possui, torna-se importante a implementação de processos capazes de reduzir a sua emissão, bem como a dos NOx. Tradicionalmente, têm-se empregado catalisadores baseados em metais nobres, porém estes apresentam como principal desvantagem o elevado custo. Desse modo, sempre houve o interesse pelo uso de outros tipos de catalisadores e metais neste sistema de reação. Nesse contexto, na presente dissertação procurou-se sintetizar precursores de catalisadores tipo hidrotalcita Cu-AlCO3 e avaliar o seu desempenho na reação de redução do NO pelo CO, visando melhorar a atividade e a seletividade a N2. Foram estudados diversos parâmetros de síntese e diferentes composições. Os parâmetros mais influentes na síntese foram a relação molar H2O/(Al+Cu) e a temperatura de secagem do sólido, cujos melhores valores foram 434 e 25C, respectivamente. Testaram-se dois sólidos, o primeiro composto pela fase hidrotalcita quase pura e o segundo com uma clara mistura entre fases hidrotalcita e malaquita. As análises térmica e química revelaram presença da fase malaquita em ambos os materiais com porcentagens de 14 e 40%, respectivamente. Os resultados de difração de raios X indicaram a presença da fase CuO para os catalisadores provenientes da calcinação dos materiais tipo hidrotalcita, porém a espectroscopia Raman evidenciou a presença de Cu2O no catalisador proveniente do material com maior mistura de fases. Os ciclos redox mostraram uma melhora na redutibilidade dos catalisadores após um ciclo de oxidação-redução. Além disso, foi estudado o impacto do envelhecimento térmico a 900C por 12 h no desempenho dos catalisadores. Pelos resultados de teste catalítico os melhores desempenhos foram alcançados pelos catalisadores envelhecidos, contudo o catalisador proveniente do precursor mais puro apresentou-se melhor tanto novo como envelhecido em termos de menor rendimento de N2O. Uma comparação com catalisadores à base de metal nobre mostrou um bom desempenho dos catalisadores à base de cobre, com a vantagem destes apresentarem menor emissão de N2O em temperaturas menores

Pesca experimental de corrico na zona sul da costa de Mocambique

Based on the proven existence of large pelagic fish resources in the southern coast of Mozambique, an experimental fishing trolling program has been designed to study the possibility of resources exploitation through the introduction of trolling technique on artisanal vessels (Project FAO/TCP/MOZ/5653). Although operational problems occurred, the program carried out during the year 1957, provided a collection of data and knowledge. It allowed the preparation of present paper, which could serve as an indicator for a possible implementation of this fishing method in the Mozambican artisanal sector. Sharing this study, the author expects to give a further contribution to the development of a greater pelagic fishery in the waters of Mozambique.

Effects of the crystal structure on electrical and optical properties of pyrite FeS2 films prepared by thermally sulfurizing iron films

Based on experimental results and theoretical analysis effects of the crystal structure on the optical and electrical properties of pyrite FeS2 films produced by thermally sulfurizing iron films at various temperatures have been systematically studied. The results indicate that the crystal structure and some related factors, such as the crystallization and the stoichiometry, remarkably influence the optical and electrical performances of the pyrite films. It is also shown that the preferred orientation of the crystal grain plays a major role in determining the crystal structure and the optical and electrical properties of the pyrite FeS2 films. Also we find that it is the crystal grains, rather than the particles that exercise a decisive influence on the electrical performance of pyrite films. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Bio-syngas production from biomass catalytic gasification

A promising application for biomass is liquid fuel synthesis, such as methanol or dimethyl ether (DME). Previous studies have studied syngas production from biomass-derived char, oil and gas. This study intends to explore the technology of syngas production from direct biomass gasification, which may be more economically viable. The ratio of H-2/CO is an important factor that affects the performance of this process. In this study, the characteristics of biomass gasification gas, such as H-2/CO and tar yield, as well as its potential for liquid fuel synthesis is explored. A fluidized bed gasifier and a downstream fixed bed are employed as the reactors. Two kinds of catalysts: dolomite and nickel based catalyst are applied, and they are used in the fluidized bed and fixed bed, respectively. The gasifying agent used is an air-steam mixture. The main variables studied are temperature and weight hourly space velocity in the fixed bed reactor. Over the ranges of operating conditions examined, the maximum H-2 content reaches 52.47 vol%, while the ratio of H-2/CO varies between 1.87 and 4.45. The results indicate that an appropriate temperature (750 degrees C for the current study) and more catalyst are favorable for getting a higher H-2/CO ratio. Using a simple first order kinetic model for the overall tar removal reaction, the apparent activation energies and pre-exponential factors are obtained for nickel based catalysts. The results indicate that biomass gasification gas has great potential for liquid fuel synthesis after further processing.

银基催化剂催化氧化反应的研究

银催化剂是工业上较为重要的催化剂，它不仅大量地使用在乙烯环氧化，甲醇脱氢反应中，还在异丙醇氧化脱氢制丙酮，乙醇脱氢制乙醛，乙二醇氧化制乙二醛，烷基胺氧化制睛类化合物等工业过程中广为应用。由于银催化剂具有如此重要的工业应用价值，所以银催化剂一百多年来一直是催化领域的研究重点。银催化剂的特异催化行为得益于银元素较为特殊的电子结构以及氧物种在银催化上的独特催化行为。银催化剂表面既存在导致非选择氧化反应的氧物种（a氧），也存在导致选择氧化反应的氧物种（Y氧），这两种氧物种在催化剂上的状态与反应气氛及催化剂结构密切相关。一氧化碳氧化反应在环境保护、能源利用（燃料电池）、安全防护（火场、煤矿）有较为重要的用途；甲酸甲醋是近年新兴的较为重要的碳一化学中间体，它可以广泛应用于有机合成反应中，也可以作为安全的合成气载体；醇类选择氧化制备相应的醛酮化合物也是有机合成工业的重要反应之一；甲苯气相氧化制备苯甲醛是研究烃类选择氧化较为重要的模型反应，在工业上存在潜在的应用价值。本论文以上述的四个反应为探针反应研究了银基催化剂的催化行为，得到以下的结果：1．以烷基胺为模板剂制备了过渡金属离子掺杂的介孔分子筛，通过模板剂－离子交换技术制备了含银基复合氧化物的介孔分子筛催化剂。该系列催化剂对一氧化碳氧化反应有较好的活性。同时研究了金属盐的种类及掺杂量对介孔分子筛结构的影响，发现金属离子的掺杂会破坏介孔分子筛的结构的有序性，随着掺杂量的增大，介孔分子筛的结构的有序性变差；金属盐的阴离子对介孔分子筛的结构的有序性亦有影响。2．较为系统研究了银基催化剂上由甲醇制备甲酸甲酷的催化行为，发现银基催化剂是一个选择性较高的催化体系。分立测试了不同的氧物种对甲醇反应的影响，提出了a氧与Y氧协同作用的机理，为解决甲醇脱氢反应机理争端提供了有价值的信息。3．系统研究了低级醇在金属银催化剂的脱氢反应，分立测试了不同的氧物种对甲醇、乙醇反应的影响，发现低于550K时不同的氧物种对乙醇的反应性能有显著的差异，认为低温（＜550K）条件下，醇类在金属银催化剂上发生的是氧化脱氢历程。通过借鉴均相醇类氧化脱氢反应研究所取得的成果，试图从本质上解释银是醇类气相氧化脱氢最好的催化剂的原因，即在过渡金属中，金属银上的氧物种的碱性是最强的，氧的再生能力也是很强的。4．在甲苯的选择氧化研究中发现在高温（600℃）、纯氧、甲醇参与的条件下，Pt一Ag催化剂对苯甲醛的收率最好（-6％），提出了分子氧参与生成含氧自由基中间产物、醇类淬灭自由基态中间产物的反应历程，与传统甲苯氧化所经历的Mars-Krevelen机理有差别，为烃类的选择氧化提供了新的信息。