Infrared and polarized Raman spectra of Cu(HSeO3)2 • H20 single crystal

Infrared and polarized Raman spectra of Cu(HSeO3) 2 - H20 single crystal have been recorded and analysed. The appearance of non-degenerate Se-OH stretching vibrations in the ~x: and ~y: polarizations of Raman spectra indicate distortion of the HSeO~- ion in the Cu(HSeO3)2 - H20 crystal. The low wavenumber values obtained for the symmetric and asymmetric stretching vibrations of the HSeO 3 ion are consistent with the strong hydrogen bonding and the influence of Jahn-Teller distortion as predicted in X-ray diffraction data. The shifting of the stretching and bending vibrations of the hydroxyl groups and water molecules from the free state values also confirms the strong hydrogen bonding in this crystal. Broad bands observed for both stretching and bending regions become sharp in the Raman spectrum recorded at 77 K. A doublet appears for the Se-OH stretching mode at this temperature indicating the settling of protons in an ordered position and the absence of intrabond proton tunnelling

Raman and FTIR spectra of [Cu(H2O)6](BrO3)2 and [Al(H2O)6](BrO3)3 · 3H2O

Raman and FTIR spectra of [Cu(H2O)6](BrO3)2 and [Al(H2O)6](BrO3)3 · 3H2O are recorded and analyzed. The observed bands are assigned on the basis of BrO3 − and H2O vibrations. Additional bands obtained in the region of 3 and 1 modes in [Cu(H2O)6](BrO3)2 are due to the lifting of degeneracy of 3 modes, since the BrO3 − ion occupies a site of lower symmetry. The appearance 1 mode of BrO3 − anion at a lower wavenumber (771 cm−1) is attributed to the attachment of hydrogen to the BrO3 − anion. The presence of three inequivalent bromate groups in the [Al(H2O)6](BrO3)3 · 3H2O structure is confirmed. The lifting of degeneracy of 4 mode indicates that the symmetry of BrO3 − anion is lowered in the above crystal from C3v to C1. The appearance of additional bands in the stretching and bonding mode regions of water indicates the presence of hydrogen bonds of different strengths in both the crystals. Temperature dependent Raman spectra of single crystal [Cu(H2O)6](BrO3)2 are recorded in the range 77–523 K for various temperatures. A small structural rearrangement takes place in BrO3 − ion in the crystal at 391 K. Hydrogen bounds in the crystal are rearranging themselves leading to the loss of one water molecule at 485 K. This is preceded by the reorientation of BrO3 − ions causing a phase transition at 447 K. Changes in intensities and wavenumbers of the bands and the narrowing down of the bands at 77 K are attributed to the settling down of protons into ordered positions in the crystal

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

Unsymmetrisch substituierte N-heterocyclische Carbene mit einem 1,1 ʹ-Ferrocendiyl-Rückgrat und N-heterocyclische Carbene als Adsorbatspezies für selbstorganisierende Monolagen

Aufbauend auf den Arbeiten von Bielawski et al. und Siemeling et al. wurden im Rahmen dieser Arbeit unsymmetrisch substituierte N-heterocyclische Carbene mit einem 1,1ʹ-Ferrocendiyl-Rückgrat synthetisiert. Ausgehend von der literaturbekannten Verbindung 1,1’-Diaminoferrocen gelang die Einführung der exocyclischen Substituenten an den Stickstoffatomen lediglich durch die Anpassung der Stöchiometrie in den einzelnen Syntheseschritten. Es wurden die folgenden drei NHCs synthetisiert: N-(2-Adamantyl)-N’-neopentyldiaminocarben[3]ferrocenophan (Ad/Np), N-Neopentyl-N’-phenyldiaminocarben[3]ferrocenophan (Ph/Np) und N-(9-Anthracenylmethyl)-N’-neopentyldiaminocarben[3]ferrocenophan (Acm/Np). Das Carben Ad/Np konnte dabei erfolgreich isoliert werden, während die anderen zwei Carbene als Liganden in Komplexen des Typs [RhCl(COD)(NHC)] stabilisiert wurden. Von allen drei Carbenen wurden Rhodium-Carben-Komplexe des Typs [RhCl(COD)(NHC)] und cis-[RhCl(CO)2(NHC)] synthetisiert. Anhand der röntgenkristallographischen und NMR-spektroskopischen Untersuchungen dieser Rhodiumkomplexe konnten in allen sechs Komplexen anagostische Wechselwirkungen zwischen dem zentralen Rhodiumatom und den Wasserstoffatomen der exocyclischen Substituenten, die sich in α-Position zu den Stickstoffatomen befinden, nachgewiesen werden. Des Weiteren wurden anhand der cis-[RhCl(CO)2(NHC)]-Komplexe die TEP-Werte der Carbene bestimmt. Gemessen in DCM betragen diese 2049 cm-1 (Ad/Np), 2049 cm-1 (Ph/Np) und 2051 cm-1 (Acm/Np). Unabhängig von den unsymmetrisch substituierten NHCs mit einem 1,1ʹ-Ferrocendiyl-Rückgrat wurde im Rahmen dieser Arbeit die Eignung von NHCs als Adsorbatspezies für selbstorganisierende Monolagen überprüft. Hierzu wurden Tetraalkylimidazol-2-ylidene synthetisiert, welche als 0.01 mM Lösung auf Gold(111)-Substrate aufgebracht wurden. Die Goldsubstrate wurden anschließend mittels XPS untersucht. Die XPS-Analyse der modifizierten Goldsubstrate zeigte, dass eine Bindung der Carbene auf der Oberfläche stattgefunden hat. Es zeigte sich allerdings auch, dass keine SAM gebildet wurden, da die Oberfläche signifikant mit kohlen- und sauerstoffbasierten Verbindungen kontaminiert ist. Dabei kann vermutet werden, dass die Carbene nicht ausschließlich auf der Goldoberfläche selbst, sondern auch mit den auf der Oberfläche befindlichen Verbindungen reagiert haben.

Destabilizing Mutations Alter the Hydrogen Exchange Mechanism in Ribonuclease A

The effect of strongly destabilizing mutations, I106A and V108G of Ribonuclease A (RNase A), on its structure and stability has been determined by NMR. The solution structures of these variants are essentially equivalent to RNase A. The exchange rates of the most protected amide protons in RNase A (35ºC), the I106A variant (35ºC), and the V108G variant (10ºC) yield stability values of 9.9, 6.0, and 6.8 kcal/mol, respectively, when analyzed assuming an EX2 exchange mechanism. Thus, the destabilization induced by these mutations is propagated throughout the protein. Simulation of RNase A hydrogen exchange indicates that the most protected protons in RNase A and the V108G variant exchange via the EX2 regime, whereas those of I106A exchange through a mixed EX1 1 EX2 process. It is striking that a single point mutation can alter the overall exchange mechanism. Thus, destabilizing mutations joins high temperatures, high pH and the presence of denaturating agents as a factor that induces EX1 exchange in proteins. The calculations also indicate a shift from the EX2 to the EX1 mechanism for less protected groups within the same protein. This should be borne in mind when interpreting exchange data as a measure of local stability in less protected regions

Dihydrogen bonds: a study

Un pont de dihidrogen (dihydrogen bond,DHB) és un tipus de pont d'hidrogen atípic que s'estableix entre un hidrur metàl·lic i un donador de protons com un grup OH o NH. Els ponts de dihidrogen són claus en les característiques geomètriques i altres propietats de compostos que en presenten tan de molècules petites com el dímer de NH3BH3, com d'estructures superiors més complicades com complexes metàl·lics o sòlids. Poden ser útils aplicats a certes molècules o síntesis moleculars per a obtenir nous materials amb propietats o característiques fetes a mida. El treball d'aquesta tesi està orientat a millorar la comprensió dels ponts de dihidrogen, aprofundint en certs aspectes de la seva naturalesa atòmica/molecular utilitzant mètodes teòrics basats en la química física quàntica.

Factors influencing the dissolution of phosphate rock in a range of high P-fixing soils from Cameroon

A laboratory incubation experiment was conducted to evaluate the soil factors that influence the dissolution of two phosphate rocks (PRs) of different reactivity (Gafsa, GPR, reactive PR; and Togo-Hahotoe, HPR, low reactivity PR) in seven agricultural soils from Cameroon having variable phosphorus (P)- sorption capacities, organic carbon (C) contents, and exchangeable acidities. Ground PR was mixed with the soils at a rate of 500 mg P kg 21 soil and incubated at 30 degrees C for 85 days. Dissolution of the PRs was determined at various intervals using the Delta NaOH-P method ( the difference of the amount of P extracted by 0.5 M NaOH between the PR-treated soils and the control). Between 4 and 27% of HPR and 33 and 50% of GPR were dissolved in the soils. Calcium (Ca) saturation of cation exchange sites and proton supply strongly affected PR dissolution in these soils. Acid soils with pH-(H2O), < 5 (NKL, ODJ, NSM, MTF) dissolved more phosphate rock than those with pH-(H2O) > 5 (DSC, FGT, BAF). However, the lack of a sufficient Ca sink in the former constrained the dissolution of both PRs. The dissolution of GPR in the slightly acidic soils was limited by increase in Ca saturation and that of HPR was constrained by limited supply in protons. Generally, the dissolution of GPR was higher than that of HPR for each soil. The kinetics of dissolution of PR in the soils was best described by the power function equation P At B. More efficient use of PR in these soils can be achieved by raising the soil cation exchange capacity, thereby increasing the Ca sink size. This could be done by amending such soils with organic materials.

The power of NMR: in two and three dimensions

Two dimensional NMR experiments use a sequence of two or more pulses with a variable time delay to generate spectra. COSY spectra clarify where the protons are in a molecule. Two and three dimensional NMR are used to solve protein structures.

Recognition of sequence-information in synthetic copolymer chains by a conformationally-constrained tweezer molecule

A novel type of tweezer molecule containing electron-rich 2-pyrenyloxy arms has been designed to exploit intramolecular hydrogen bonding in stabilising a preferred conformation for supramolecular complexation to complementary sequences in aromatic copolyimides. This tweezer-conformation is demonstrated by single-crystal X-ray analyses of the tweezer molecule itself and of its complex with an aromatic diimide model-compound. In terms of its ability to bind selectively to polyimide chains, the new tweezer molecule shows very high sensitivity to sequence effects. Thus, even low concentrations of tweezer relative to diimide units (<2.5 mol%) are sufficient to produce dramatic, sequence-related splittings of the pyromellitimide proton NMR resonances. These induced resonance-shifts arise from ring-current shielding of pyromellitimide protons by the pyrenyloxy arms of the tweezer-molecule, and the magnitude of such shielding is a function of the tweezer-binding constant for any particular monomer sequence. Recognition of both short-range and long-range sequences is observed, the latter arising from cumulative ring-current shielding of diimide protons by tweezer molecules binding at multiple adjacent sites on the copolymer chain.

Palladium and platinum complexes of 2-(2 '-carboxyphenylazo)-4-methylphenol: synthesis, structure and spectral properties

Reaction of 2-(2'-carboxyphenylazo)-4-methylphenol (H2L) with [M(PPh3)(2)Cl-2] (M = Pd, Pt) affords mixed-ligand complexes of type [M(PPh3)(L)]. Structures of both the complexes have been determined by X-ray crystallography. Both the complexes are square planar, where the 2-(2'-carboxyphenylazo)-4-methylphenol is coordinated to the metal center, via dissociation of the two acidic protons, as a dianionic tridentate O,N,O-donor, and the fourth position is occupied by the triphenylphosphine. These complexes show intense MLCT transitions in the visible region.

Sterically controlled recognition of macromolecular sequence information by molecular tweezers

Sequence-specific binding is demonstrated between pyrene-based tweezer molecules and soluble, high molar mass copolyimides. The binding involves complementary pi - pi stacking interactions, polymer chain-folding, and hydrogen bonding and is extremely sensitive to the steric environment around the pyromellitimide binding-site. A detailed picture of the intermolecular interactions involved has been obtained through single-crystal X-ray studies of tweezer complexes with model diimides. Ring-current magnetic shielding of polyimide protons by the pyrene '' arms '' of the tweezer molecule induces large complexation shifts of the corresponding H-1 NMR resonances, enabling specific triplet sequences to be identified by their complexation shifts. Extended comonomer sequences (triplets of triplets in which the monomer residues differ only by the presence or absence of a methyl group) can be '' read '' by a mechanism which involves multiple binding of tweezer molecules to adjacent diimide residues within the copolymer chain. The adjacent-binding model for sequence recognition has been validated by two conceptually different sets of tweezer binding experiments. One approach compares sequence-recognition events for copolyimides having either restricted or unrestricted triple-triplet sequences, and the other makes use of copolymers containing both strongly binding and completely nonbinding diimide residues. In all cases the nature and relative proportions of triple-triplet sequences predicted by the adjacent-binding model are fully consistent with the observed H-1 NMR data.

A survey of gradual solar energetic particle events

We develop a database of 110 gradual solar energetic particle (SEP) events, over the period 1967–2006, providing estimates of event onset, duration, fluence, and peak flux for protons of energy E > 60 MeV. The database is established mainly from the energetic proton flux data distributed in the OMNI 2 data set; however, we also utilize the McMurdo neutron monitor and the energetic proton flux from GOES missions. To aid the development of the gradual SEP database, we establish a method with which the homogeneity of the energetic proton flux record is improved. A comparison between other SEP databases and the database developed here is presented which discusses the different algorithms used to define an event. Furthermore, we investigate the variation of gradual SEP occurrence and fluence with solar cycle phase, sunspot number (SSN), and interplanetary magnetic field intensity (Bmag) over solar cycles 20–23. We find that the occurrence and fluence of SEP events vary with the solar cycle phase. Correspondingly, we find a positive correlation between SEP occurrence and solar activity as determined by SSN and Bmag, while the mean fluence in individual events decreases with the same measures of solar activity. Therefore, although the number of events decreases when solar activity is low, the events that do occur at such times have higher fluence. Thus, large events such as the “Carrington flare” may be more likely at lower levels of solar activity. These results are discussed in the context of other similar investigations.

Fulvalene titanium and zirconium complexes: synthesis and NMR study of phosphanido-, alkyl-, and alkynyl-derivatives. X-ray crystal structures of [{Ti(η5−C5H5)(μ−PPH2)}2{μ−(η5−C5H4−η5−C5H4)}] and [{Zr(η5−C5H5)(μ−C≡CSiMe3)}2{μ−(η5−C5H4−η5−C5H4)}]

Reaction of with one or two equivalents of LiPPh2 afforded the new phosphanidometal(III) complexes . Reaction of 2 with LiC≡CSiMe3 led to the diamagnetic zirconium(III) alkynyl derivative [{Zr(C5H5)(μ−C≡CSiMe3)}2(μ−η5−C5H4−η5−C5H4], 7. Alkylation of 6 with LiCH2CMe2Ph gave [{Zr(η5−C5H5)(CH2CMe2Ph)2}2{μ−(η5−C5H4)}], 8. A detailed NMR study of complexes 3 and 4 allowed the observation of the spectral behaviour of the eight different fulvalene protons through their coupling to the 31P nucleus. The fluxional behaviour of complex 7 was studied by dynamic DNMR, and kinetic parameters for the σ-π-conversion of the alkynyl ligand were determined. The molecular structures of complexes 3 and 7 were determined by X-ray diffraction methods.

A hydrogen-1 nuclear magnetic resonance, mass spectral and extended Hückel study of some olefin complexes of rhodium(I) and iridium(I) and the crystal and molecular structure of η4-2,4-dimethylpenta-1,4-diene(η5-formylcyclopentadienyl)rhodium(I)

A 1H NMR study of monosubstituted η-cyclopentadienyl-rhodium(I) complexes of type LLRh(C5H4X) and -iridium(I) complexes of type L2Ir(C5H4X) (L = ethene, LL = 1,3- or 1,5-diolefin; X = C(C6H5)3, CHO, or COOCH3) has been carried out. For complexes of both metals in which the neutral ligand is ethene or a non-conjugated diolefin the NMR spectra of the cyclopentadienyl protons are unusual in that H(2), H(5) resonate to high field either at room temperature or below. The corresponding NMR spectra for the cyclopentadienyl ring protons of complexes where the neutral ligand is a conjugated diene are, with one exception, normal. A single crystal X-ray structural analysis of (η4-2,4-dimethylpenta-1,4-diene)(η5-formylcyclopentadienyl)rhodium(I) (which exhibits an abnormal 1H NMR spectrum) reveals substantial localisation of electron density in the C(3)C(4) Cp ring bond (1.283(33) Å) which may be consistent with a contribution from an ‘allyl-ene’ rotamer to the ring—metal bonding scheme. An extended Hückel calculation with self consistent charge iteration was performed on this complex. The results predict a greater Mulliken overlap population for the C(3)C(4) bond in the cyclopentadienyl ring and show that the localisation is dependent on both the Cp ring substituent and the nature of the diolefin. The mass spectral fragmentation patterns of some representative diene complexes of iridium(I) and rhodium(I) are presented.

Characterisation of the intracellular-glutamate decarboxylase system (GAD): analysis of its function, transcription and role in the acid resistance of various strains of Listeria monocytogenes

The glutamate decarboxylase (GAD) system is important for the acid resistance of Listeria monocytogenes. We previously showed that under acidic conditions, glutamate (Glt)/γ-aminobutyrate (GABA) antiport is impaired in minimal media but not in rich ones, like brain heart infusion. Here we demonstrate that this behavior is more complex and it is subject to strain and medium variation. Despite the impaired Glt/GABA antiport, cells accumulate intracellular GABA (GABA(i)) as a standard response against acid in any medium, and this occurs in all strains tested. Since these systems can occur independently of one another, we refer to them as the extracellular (GAD(e)) and intracellular (GAD(i)) systems. We show here that GAD(i) contributes to acid resistance since in a ΔgadD1D2 mutant, reduced GABA(i) accumulation coincided with a 3.2-log-unit reduction in survival at pH 3.0 compared to that of wild-type strain LO28. Among 20 different strains, the GAD(i) system was found to remove 23.11% ± 18.87% of the protons removed by the overall GAD system. Furthermore, the GAD(i) system is activated at milder pH values (4.5 to 5.0) than the GAD(e) system (pH 4.0 to 4.5), suggesting that GAD(i) is the more responsive of the two and the first line of defense against acid. Through functional genomics, we found a major role for GadD2 in the function of GAD(i), while that of GadD1 was minor. Furthermore, the transcription of the gad genes in three common reference strains (10403S, LO28, and EGD-e) during an acid challenge correlated well with their relative acid sensitivity. No transcriptional upregulation of the gadT2D2 operon, which is the most important component of the GAD system, was observed, while gadD3 transcription was the highest among all gad genes in all strains. In this study, we present a revised model for the function of the GAD system and highlight the important role of GAD(i) in the acid resistance of L. monocytogenes.