Vacuum-ultraviolet photochemically initiated modification of polystyrene surfaces: morphological changes and mechanistic investigations

Vacuum-ultraviolet (VUV) irradiation (kexc: 172 ± 12 nm) of polystyrene films in the presence of oxygen produced not only oxidatively functionalized surfaces, but generated also morphological changes. Whereas OH- and C=O-functionalized surfaces might be used for e.g. secondary functionalization, enhanced aggregation or printing, processes leading to morphological changes open new possibilities of microstructurization. Series of experiments made under different experimental conditions brought evidence of two different reaction pathways: introduction of OH- and C=O-groups at the polystyrene pathways is mainly due to the reaction of reactive oxygen species (hydroxyl radicals, atomic oxygen, ozone) produced in the gas phase between the VUV-radiation source and the substrate. However, oxidative fragmentation leading to morphological changes, oxidation products of low molecular weight and eventually to mineralization of the organic substrate is initiated by electronic excitation of the polymer leading to C–C-bond homolysis and to a complex oxidation manifold after trapping of the C-centred radicals by molecular oxygen. The pathways of oxidative functionalization or fragmentation could be differentiated by FTIR-ATR analysis of irradiated polystyrene surfaces before and after washing with acetonitrile and microscopic fluorescence analysis of the surfaces secondarily functionalized with the N,N,N-tridodecyl-triaza-triangulenium (TATA) cation. Ozonization of the polystyrene leads to oxidative functionalization of the polymer surface but cannot initiate the fragmentation of the polymer backbone. Oxidative fragmentation is initiated by electronic excitation of the polymer (contact-mode AFM analysis), and evidence of the generation of intermediate C-centred radicals is given e.g. by experiments in the absence of oxygen leading to cross-linking (solubility effects, optical microscopy, friction-mode AFM) and disproportionation (fluorescence).

Síntesi, estructura i reactivitat de nous complexos de Cu, Ag i Ni contenint lligands triazamacrocíclics. Aplicacions en l'activació d'enllaços

· S'ha preparat i caracteritzat una família de complexos de Cu(III) contenint lligands triazamacrocíclics, estudiant-se les seves propietats estructurals, espectroscòpiques i redox. Aquesta àmplia família de complexos tenen un gran interès perquè permeten descriure les propietats dels complexos de Cu en un estat d'oxidació poc habitual i a més ens han permès mesurar de manera quantitativa l'efecte Meyerstein. · Una nova família de complexos de Cu(I) amb els lligands triazamacrocíclics es sintetitzada i caracteritzada per tècniques espectroscòpiques i estructurals, demostrant que aquests complexos presenten diferents estructures a l'estat sòlid i en dissolució. Així doncs, mentre que en dissolució es demostra per RMN que es tracta d'una espècie monomèrica, la determinació estructural per difracció de raigs X d'aquests complexos de Cu(I), ens confirma la formació d'espècies polimèriques. Per altra banda, s'ha estudiat la seva reactivitat; a) la seva implicació en la formació de lligands deuterats mitjançant l'intercanvi H/D en condicions suaus i b) la formació de complexos bisfenoxo a partir de la reactivitat entre els corresponents complexos de Cu(I) i oxigen molecular. De la mateixa manera, s'ha preparat el corresponent anàleg de Ag(I) en estat sòlid, obtenint la formació d'un polímer de Ag(I), el qual presenta a l'estat sòlid una estructura en forma de ziga-zaga, diferent a l'estructura del polímer de Cu(I), que és lineal. · S'ha determinat i proposat el mecanisme que té lloc en l'activació de l'enllaç C-H i posterior reacció de transferència per tal d'estabilitzar els productes finals mitjançant una reacció de desproporció. El seguiment de la reacció té lloc mitjançant tècniques espectroscòpiques com UV-vis. Dit seguiment, ens permet determinar les diferents influències electròniques sobre la reacció de formació dels complexos organometàl·lics de Cu(III). A més a més, el seguiment de la reacció a baixa temperatura ens permet determinar espectroscòpica i teòricament la formació d'un intermedi de Cu(II), i mitjançant la determinació dels paràmetres cinètics i termodinàmics es proposa un mecanisme de reacció. Posteriorment, s'ha assajat la reactivitat d'una sal de Cu(II) amb un lligand macrocíclic que conté un grup metil en el carboni orientat cap al centre del macrocicle, implicant la formació d'un intermedi agòstic. De la determinació estructural d'aquest intermedi de CuII i del lligand protonat, s'extreuen una sèrie de conclusions molt interessants, com són la demostració estructural de l'activació de l'enllaç C-C en la primera etapa de formació i de manera anàloga poder comparar-ho amb els sistemes macrocíclics HL2-HL6, demostrant la possible formació d'un intermedi agòstic, on es produeix l'activació de l'enllaç C-H. Aquesta similitud estaria d'acord amb els sistemes HL2-HL6, els quals espectroscòpica i teòricament s'havia detectat la presència d'un intermedi de característiques similars. Degut a l'acidesa d'aquest protó, i gràcies a la presència d'una base com és el propi lligand, aquest podia ésser extret donant lloc a la formació dels corresponents organometàl·lics de Cu(III). Dita estructura també representa un dels pocs exemples d'un organometàl·lic de CuII, un estat d'oxidació poc conegut dins d'aquest camp. · S'ha descrit la reactivitat dels nous complexos organometàl·lics de Cu(III), els quals sota medi pròtic i en condicions àcides o neutres són espècies totalment estables, però en condicions bàsiques o reductores aquestes espècies reaccionen donant lloc a la formació de noves espècies de tipus bisfenoxo, on el Cu es troba en estat d'oxidació +2. S'han caracteritzat mitjançant difracció de RX, on es s'observa l'entorn químic del Cu, la geometria del complex bisfenoxo i l'hidroxilació de l'anell aromàtic. · Finalment, s'ha descrit per primera vegada la síntesi i caracterització d'uns nous complexos organometàl·lics de Ni. Aquests són sintetitzats en base als càlculs teòrics realitzats sobre els nostres sistemes macrocíclics. Per aquests complexos hem investigat l'efecte del metall, canviant el coure per altres metalls de la primera sèrie de transició (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) i de la segona sèrie de transició (Ru, Rh, Pd, Ag). Els resultats demostren que el Ni(II), és el metall que presenta una major capacitat de l'activació de l'enllaç C-H en aquests sistemes aromàtics. Aquests compostos s'oxiden lentament cap a complexos de Ni(III). Per altra banda, l'addició d'una sal de clor sobre una solució d'un complex de Ni(II) permet aïllar el corresponent complex de Ni(III), caracteritzat per ressonància de spin electrònic

Synthesis, structure and reactivity of novel CuI, CuII and CuIII complexes containing triaza and hexaaza macrocyclic ligands

El treball de tesi s'emmarca dins del camp de la bioinorgànica, disciplina que estudia les propietats estructurals i de reactivitat dels centres actius dels enzims, servint-se de models síntètics de baix pes molecular per tal d'intentar reproduïr la reactivitat presentada per l'enzim i conèixer els mecanismes de reacció a nivell molecular que tenen lloc en els processos biològics.1 Més concretament el treball posa especial èmfasi en els processos d'activació d'oxigen molecular que tenen lloc en les metaloproteïnes de Coure del Tipus 3, com són l'hemocianina i la tirosinasa, ambdues presentant un complex dinuclear de Cu(I)) en el centre actiu de la forma reduïda, capaç d'activar l'O2 cap a espècies de tipus peròxid.2 Un altre camp d'interès ha estat l'estudi dels processos d'activació d'enllaços C-H no activats en hidrocarburs, tant per la seva importàcia a nivell industrial com per comprendre els mecanismes intrínsecs d'aquesta activació a través de metalls de trancisió.3,4 Durant el treball de tesi presentat s'ha desenvolupat la síntesi de nous complexes de Coure(I), Coure(II) y Cu(III) utilitzant lligands macrocíclics de tipus triaza i hexaaza, i s'han estudiat la seves propietats estructurals així com la seva reactivitat. La reacció dels lligands triazacíclics H32m, H2Me33m i H33m amb sals de coure(II) dóna lloc a una reacció de desproporció de Cu(II) per obtenir-se en quantitats equimolars un complex organometàl·lic de Cu(III) i un complex de Cu(I). La caracterizació estructural exhaustiva dels complexes del tipus aryl-Cu(III) evidencia la formació d'un enllaç organometàl·lic entre l'àtom de Cu(III) i el carboni més próxim de l'anell aromàtic del lligand. Aquesta reacció, a més de representar una nova forma de desproporció en la química del Cu, suposa l'activació d'un enllaç C-H aromàtic a temperatura ambient que, mitjançant l'estudi cinètic d'aquesta desproporció per espectroscòpia UV-Vis, dels càlcul de l'efecte cinètic isotòpic utilitzant el lligand deuterat en el C-H de l'anell, juntament amb el recolzament teòrics dels càlculs DFT per a la optimització de geometries d'intermedis de reacció, ens permeten proposar un mecanisme de reacció pel nostre sistema, on l'activació de l'enllaç C-H aromàtic transcorre per la formació d'un enllaç de tipus agòstic C-H ? Cu(II),5 seguit de la desprotonació del C-H aromàtic per acció d'una base i posterior transferència electrònica per obtenir el complex organometàlic de Cu(III) i el complex de de Cu(I). En quant a la reactivitat d'aquests complexes organometàl·lics aryl-Cu(III) s'ha observat que una base en medi aquós causa la inestabilitat d'aquests compostos, evolucionant cap a la inserció d'un àtom d'oxigen sobre la posició activada de l'anell aromàtic, per a donar lloc a un complex dinuclear de Cu(II) amb dos grups fenoxo actuant de pont entre els àtoms metàl·lics. La reacció transcorre per un intermedi colorejat, caracteritzat com el complex ayl-Cu(III) monodesprotonat en una de les seves amines benzíliques, els quals s'observen igualment en la reacció dels correponents complexos de Cu(I) amb oxigen molecular (O2). És en els nostres sistemes en els quals es descriu per primera vegada la participació d'intermedis organometàl·lics Cu(III)-C en processos d'hidroxilació aromàtica, tals com el desenvolupat per l'enzim tirosinasa o per alguns dels seus models químics de síntesi.6,7,8 S'han estudiat les propietats magnètiques dels quatre bis(fenoxo)complexes de Cu(II) descrits, obtenint-se uns acoplaments de tipus antiferromagnètic o ferromagnètic de diversa magnitud, depenent del solapament orbitalari a l'enllaç Cu-O, a través del qual es produeix el superintercanvi. Nous complexos de Cu(I) sintetitzats amb lligands hexaazamacrocíclics han estat estudiats, i posant especial èmfasi a la seva reactivitat respecta a l'activació d'oxigen molecular (O2). S'ha observat una reactivitat diferenciada segons la concentració de complex de Cu(I) utilitzada, de manera que a altes concentracions s'obté un carbonato complex tetranuclear de Cu(II) per fixació de CO2 atmosfèric, mentre que a baixes concentracions s'observa la hidroxilació aromàtica intramolecular d'un dels anells benzílics del lligand, reacció que presumiblement transcorre per atac electrofílic d'un peroxo complex intermedi sobre el sistema ? de l'anell.6 Els resultats obtinguts en aquest treball ens mostren la facilitat per activar enllaços C-H aromàtics per metalls de transició de la primera sèrie (Cu, Ni) quan aquests estan suficientment pròxims a l'enllaç C-H, en unes condicions de reacció molt suaus (1atm., temperatura ambient). Els nous complexos organometàl·lics Aryl-Cu(III) són el producte d'una nova reacció de desproporció de Cu(II), així com un posició aromàtica activada que podria ser el punt de partida per l'estudi de funcionalització selectiva d'aquests grups aromàtics.

Adsorption, orientation and thermal decomposition of copper(II) hexafluoroacetylacetonate on rutile TiO2(110)

We have investigated the adsorption and thermal decomposition of copper hexafluoroacetylacetonate (Cu-11(hfaC)(2)) on single crystal rutile TiO2(110). Low energy electron diffraction shows that room temperature saturation coverage of the Cu-II(hfac)(2) adsorbate forms an ordered (2 x 1) over-layer. X-ray and ultra-violet photoemission spectroscopy of the saturated surface were recorded as the sample was annealed in a sequential manner to reveal decomposition pathways. The results show that the molecule dissociatively adsorbs by detachment of one of the two ligands to form hfac and Cu-1(hfac) which chemisorb to the substrate at 298 K. These ligands only begin to decompose once the surface temperature exceeds 473 K where Cu core level shifts indicate metallisation. This reduction from Cu(I) to Cu(0) takes place in the absence of an external reducing agent and without disproportionation and is accompanied by the onset of decomposition of the hfac ligands. Finally, C K-edge near edge X-ray absorption fine structure experiments indicate that both the ligands adsorb aligned in the < 001 > direction and we propose a model in which the hfac ligands adsorb on the 5-fold coordinated Ti atoms and the Cu-1(hfac) moiety attaches to the bridging O atoms in a square planar geometry. The calculated tilt angle for these combined geometries is approximately 10 degrees to the surface normal.

A pulse radiolysis study of free radicals formed by one-electron oxidation of the antimalarial drug pyronaridine

Free radicals from one-electron oxidation of the antimalarial drug pyronaridine have been studied by pulse radiolysis. The results show that pyronaridine is readily oxidised to an intermediate semi-iminoquine radical by inorganic and organic free radicals, including those derived from tryptophan and acetaminophen. The pyronaridine radical is rapidly reduced by both ascorbate and caffeic acid. The results indicate that the one-electron reduction potential of the pyronaridine radical at neutral pH lies between those of acetaminophen (707 mV) and caffeic acid (534 mV). The pyronaridine radical decays to produce the iminoquinone, detected by electrospray mass spectrometry, in a second-order process that density functional theory (DFT) calculations (UB3LYP/6-31+G*) suggest is a disproportionation reaction. Important calculated dimensions of pyronaridine, its phenoxyl and aminyl radical, as well as the iminoquinone, are presented.

Homogeneous and heterogeneous reactions of atmospheric mercury(II) with sulfur(IV)

Atmospheric models suggest that the reduction of Hg(II) to Hg(O) by S(W) prolongs the residence time of mercury. The redox reaction was investigated both in the aqueous phase (where the reductant is sulfite) and on particulate matter (where the reductant in SO2(g)). In both cases, one of the ultimate products is HgS. A mechanism is proposed involving formation of Hg(O) followed by mercury-induced disproportionation of SO2.

Nickel(II) and copper(II) complexes of unsymmetrical tetradentate reduced Schiff base ligands

Two new reduced Schiff base ligands, [HL1 = 4-(2-[(pyridin-2-ylmethyl)-amino]-ethylimino)-pentan-2-one and HL2 =4-[2-(1-pyridin-2-yl-ethylamino)-ethylimino]-pentan-2-one] have been prepared by reduction of the corresponding tetradentate unsymmetrical schiff bases derived from 1.1: 1 condensation of 1,2-ethanediamine, acetylacetone and pyridine-2-carboxaldehyde/2-acetyl pyridine. Four complexes, [Ni(L-1)]ClO4 (1), [Cu(L-1)]ClO4 (2). [Ni(L-2)]ClO4 (3). and [Cu(L-2)]ClO4 (4) with these two reduced Schiff base ligands have been synthesized and structurally characterized by X-ray crystallography. The mono-negative ligands L-1 and L-2 are chelated in all four complexes through the four donor atoms to form square planar nickel(II) and copper(II) complexes Structures of 3 and 4 reveal that enantiomeric pairs are crystallized together with opposite chirality in the nitrogen and carbon atoms. The two Cu-II complexes (2 and 4) exhibit both irreversible reductive (Cu-II/Cu-II, E-pc. -1.00 and -1.04 V) and oxidative (Cu-II/CUII, E-pa, + 1.22 and + 1.17 V, respectively) responses in cyclic voltammetry. The electrochemically generated Cu-1 species for both the complexes are unstable and undergo disproportionation.

Binuclear and polymeric manganese(II) salicylate complexes: synthesis, crystal structure and catalytic activity of [Mn2(Hsal)4(H2O)4] and [{Mn2(sal)2(Hsal)(H2O)-(H3O)(py)4•2py}n](H2sal = salicylic acid, py = pyridine)

The two air-stable manganese(II) salicylate complexes [Mn2(Hsal)4(H2O)4]1 and polymeric [{Mn2(sal)2(Hsal)(H2O)(H3O)(py)4·2py}n]2(H2sal = salicylic acid and py = pyridine) have been synthesised easily, and their crystal structures determined. Both contain unsymmetrically bridging salicylate ligands. In the presence of added pyridine 1 and 2 vigorously catalyse the disproportionation of H2O2.

Thiocyanate complexes of uranium in multiple oxidation states: a combined structural, magnetic, spectroscopic, spectroelectrochemical, and theoretical study

A comprehensive study of the complexes A4[U(NCS)8] (A = Cs, Et4N, nBu4N) and A3[UO2(NCS)5] (A = Cs, Et4N) is described, with the crystal structures of [nBu4N]4[U(NCS)8]·2MeCN and Cs3[UO2(NCS)5]·O0.5 reported. The magnetic properties of square antiprismatic Cs4[U(NCS)8] and cubic [Et4N]4[U(NCS)8] have been probed by SQUID magnetometry. The geometry has an important impact on the low-temperature magnetic moments: at 2 K, μeff = 1.21 μB and 0.53 μB, respectively. Electronic absorption and photoluminescence spectra of the uranium(IV) compounds have been measured. The redox chemistry of [Et4N]4[U(NCS)8] has been explored using IR and UV–vis spectroelectrochemical methods. Reversible 1-electron oxidation of one of the coordinated thiocyanate ligands occurs at +0.22 V vs Fc/Fc+, followed by an irreversible oxidation to form dithiocyanogen (NCS)2 which upon back reduction regenerates thiocyanate anions coordinating to UO22+. NBO calculations agree with the experimental spectra, suggesting that the initial electron loss of [U(NCS)8]4– is delocalized over all NCS– ligands. Reduction of the uranyl(VI) complex [Et4N]3[UO2(NCS)5] to uranyl(V) is accompanied by immediate disproportionation and has only been studied by DFT methods. The bonding in [An(NCS)8]4– (An = Th, U) and [UO2(NCS)5]3– has been explored by a combination of DFT and QTAIM analysis, and the U–N bonds are predominantly ionic, with the uranyl(V) species more ionic that the uranyl(VI) ion. Additionally, the U(IV)–NCS ion is more ionic than what was found for U(IV)–Cl complexes.

Photochemical Production of MicromolarSuperoxideStandards in Aqueous SolutionT

Superoxide(O2-) is a reactive free radical that rapidly undergoes disproportionation to hydrogen peroxide and oxygen. This property makes preparation of superoxide standard for instrument calibration difficult. McDowell et al. (1983) showed photolysis of ketone and alcohol as a convenient method to generate superoxide through triplet and radical intermediates reacting with molecular oxygen. This study expands on this past work and investigates detailed mechanism of the reaction.

Spectroscopic characterization of schiff base-copper complexes immobilized in smectite clays

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Electrochemical studies with a Cu-5wt.%Ni alloy in 0.5 M H2SO4

The electrochemical behavior of the annealed Cu-5wt.%Ni alloy in 0.5 M H2SO4 was studied by means of open-circuit potential (E-OCP) measurements, cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and quasi-stationary linear potential sweep. The hydrodynamics of the system was also studied. This material is constituted by a single a, phase. The anodic behavior of a Cu-Ni alloy in H2SO4 consists fundamentally on the electrodissolution of Cu, its main component, and the formation of a sulfur-containing passive layer. The presence of Ni decreases the rate of Cu oxidation, mostly at high positive potentials. The impedance spectra, obtained for the unrotating electrode, can be interpreted in terms of a simple charge-transfer reaction across a surface layer. When the electrode is rotated, the occurrence of an inductive loop evidenced the existence of an adsorbed layer. All the resistance estimated from the proposed equivalent circuits diminished with the electrode rotation rate, emphasizing the influence of ion transport in the overall electrode process. The system presented two anodic Tafel slopes: 40 mV dec(-1) for E < 255 mV and 67 mV dec(-1) for E > 275 mV. A Tafel slope of 40 mV dec(-1) evidences that copper dissolution can be interpreted in terms of the mechanism proposed by Mattsson and Bockris. The second Tafel suggests that at potentials more positive than 275 mV, copper dissolves according to a mechanism that considers the disproportionation of adsorbed Cu(1) species. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Properties of nanoparticles prepared from NdFeB-based compound for magnetic hyperthermia application

Nanoparticles were prepared from a NdFeB-based alloy using the hydrogen decrepitation process together with high-energy ball milling and tested as heating agent for magnetic hyperthermia. In the milling time range evaluated (up to 10 h), the magnetic moment per mass at H = 1.59 MA m(-1) is superior than 70 A m(2) kg(-1); however, the intrinsic coercivity might be inferior than 20 kA m(-1). The material presents both ferromagnetic and superparamagnetic particles constituted by a mixture of phases due to the incomplete disproportionation reaction of Nd2Fe14BHx during milling. Solutions prepared with deionized water and magnetic particles exposed to an AC magnetic field (H-max similar to 3.7 kA m(-1) and f = 228 kHz) exhibited 26 K <= Delta T-max <= 44 K with a maximum estimated specific absorption rate (SAR) of 225 W kg(-1). For the pure magnetic material milled for the longest period of time (10 h), the SAR was estimated as similar to 2500 W kg(-1). In vitro tests indicated that the powders have acceptable cytotoxicity over a wide range of concentration (0.1-100 mu g ml(-1)) due to the coating applied during milling.

Estudo por espectrometria de massas de soluções de hidróxi(tosilóxi)iodobenzeno: propostas para mecanismos de desproporção

Solutions of [hydroxy(tosyloxy)iodo]benzene (HTIB or Koser's reagent) in acetonitrile were analyzed using high resolution electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) and electrospray ionization tandem mass spectrometry (ESI-MS/MS) under different conditions. Several species were characterized in these analyses. Based on these data, mechanisms were proposed for the disproportionation of the iodine(III) compounds in iodine(V) and iodine(I) species.

Electron Interactions with Disulfide Bridges

Because of its electronic properties, sulfur plays a major role in a variety of metabolic processes and, more in general, in the chemistry of life. In particular, S-S bridges between cysteines are present in the amino acid backbone of proteins. Protein disulfur radical anions may decay following different paths through competing intra and intermolecular routes, including bond cleavage, disproportionation, protein-protein cross linking, and electron transfer. Indeed, mass spectrometry ECD (electron capture dissociation massspectroscopy) studies have shown that capture of low-energy (<0.2 eV) electrons by multiply protonated proteins is followed by dissociation of S-S bonds holding two peptide chains together. In view of the importance of organic sulfur chemistry, we report on electron interactions with disulphide bridges. To study these interactions we used as prototypes the molecules dimethyl sulfide [(CH3)2S] and dimethyl disulfide [(H3C)S2(CH3)]. We seek to better understand the electron-induced cleavage of the disulfide bond. To explore dissociative processes we performed electron scattering calculations with the Schwinger Multichannel Method with pseudopotentials (SMCPP), recently parallelized with OpenMP directives and optimized with subroutines for linear algebra (BLAS) and LAPACK routines. Elastic cross sections obtained for different S-S bond lengths indicate stabilization of the anion formed by electron attachment to a σ*SS antibonding orbital, such that dissociation would be expected.