Nous complexos mono- i dinuclears de ruteni amb lligands polipiridílics i de tipus fosfina. Síntesi, caracterització i aplicacions catalítiques

La Tesi descriu de manera completa una sèrie de complexos de ruteni amb lligands polipiridílics i lligands auxiliars de tipus fosfina, dmso, nitril o aquo. Es descriuen estudis d'isomerització (cis/trans o coordinació meridional/facial) en complexos mononuclears, a partir de tècniques espectroscòpiques. Els resultats experimentals es corroboren a partir de càlculs DFT. S'han fet també estudis d'activitat catalítica en transferència d'hidrogen per als complexos Ru-fosfina. S'han sintetitzat també complexos dinuclears de ruteni amb el lligand tetradentat Hbpp i s'ha avaluat llur activitat en la catàlisi d'oxidació d'aigua, determinant la importància de la correcta orientació relativa dels centres actius Ru=O. L'heterogeneïtzació dels complexos sobre suports conductors permet avaluar llur activitat en fase heterogènia, millorant respecte el corresponent procés en dissolució. La co-polimerització dels catalitzadors amb espècies de tipus metalocarborà, amb major dilució del catalitzador i minimització de la sobreoxidació, millora notablement els resultats, permetent diverses reutilitzacions.

SARS coronavirus unique domain: three-domain molecular architecture in solution and RNA binding

Nonstructural protein 3 of the severe acute respiratory syndrome (SARS) coronavirus includes a "SARS-unique domain" (SUD) consisting of three globular domains separated by short linker peptide segments. This work reports NMR structure determinations of the C-terminal domain (SUD-C) and a two-domain construct (SUD-MC) containing the middle domain (SUD-M) and the C-terminal domain, and NMR data on the conformational states of the N-terminal domain (SUD-N) and the SUD-NM two-domain construct. Both SUD-N and SUD-NM are monomeric and globular in solution; in SUD-NM, there is high mobility in the two-residue interdomain linking sequence, with no preferred relative orientation of the two domains. SUD-C adopts a frataxin like fold and has structural similarity to DNA-binding domains of DNA-modifying enzymes. The structures of both SUD-M (previously determined) and SUD-C (from the present study) are maintained in SUD-MC, where the two domains are flexibly linked. Gel-shift experiments showed that both SUD-C and SUD-MC bind to single-stranded RNA and recognize purine bases more strongly than pyrimidine bases, whereby SUD-MC binds to a more restricted set of purine-containing RNA sequences than SUD-M. NMR chemical shift perturbation experiments with observations of (15)N-labeled proteins further resulted in delineation of RNA binding sites (i.e., in SUD-M, a positively charged surface area with a pronounced cavity, and in SUD-C, several residues of an anti-parallel beta-sheet). Overall, the present data provide evidence for molecular mechanisms involving the concerted actions of SUD-M and SUD-C, which result in specific RNA binding that might be unique to the SUD and, thus, to the SARS coronavirus.

Configurational preferences of two 1,2-diamine adducts of bis(1-(2-thienyl)-4,4,4-trifluoro-1,3-butanedionato)cobalt(II)

The preparation, the IR and ligand field spectra and the structures of the mixed-ligand addition compounds [(N,N-dimethyl-1,2-diaminoethane)bis(1-(2-thienyl)-4,4,4-trifluoro-1,3-butanedionato)cobalt(II)], [Co(thtf)2me2en], and [(N,N,N′,N′-tetramethyl-1,2-diaminoethane)bis(1-(2-thienyl)-4,4,4-trifluoro-1,3-butanedionato)cobalt(II)], [Co(thtf)2me4en], are reported. The structures were determined by single crystal X-ray diffraction analysis (monoclinic, space group P21/c, Z=4 with a=10.708(6), b=19.531(6), c=13.352(6) Å, β=111.64(10)°, R1=0.0642 and wR2=0.1719 for [Co(thtf)2(me2en)] and a=12.033(6), b=15.565(6), c=15.339(6) Å, β=92.57(6)°, R1=0.0612 and wR2=0.1504 for [Co(thtf)2me4en]). The structures are distorted octahedral and the shortest cobalt–cobalt separation distances are 5.388(2) Å in [Co(thtf)2me2en] and 8.675(3) Å in [Co(thtf)2me4en]. In both compounds the diamine molecules attain the gauche conformation. The U(Z,Z) conformation of the β-dione leads to a semi-chair conformation of the β-dionato chelate rings. The relative orientation of the groups attached to the β-dionato moiety depends on the extent of stereoelectronic effects the N-substitution of the diamine entails. In [Co(thtf)2me2en] the intraligand distance separating the trifluoromethyl carbon atoms is 5.281(18) Å while in [Co(thtf)2me2en] it increases to 8.338(9) Å. The cobalt–cobalt separation distance, the orientation of the chelate rings and the extent of N-substitution seem to affect hydrogen bonding. While in [Co(thtf)2me2en] inter- and intraligand hydrogen bonding is implicated, it is totally absent in [Co(thtf)2me4en].

Construção de mosaicos georreferenciados usando imagens aéreas de pequeno formato

In this work we propose a technique that uses uncontrolled small format aerial images, or SFAI, and stereohotogrammetry techniques to construct georeferenced mosaics. Images are obtained using a simple digital camera coupled with a radio controlled (RC) helicopter. Techniques for removing common distortions are applied and the relative orientation of the models are recovered using projective geometry. Ground truth points are used to get absolute orientation, plus a definition of scale and a coordinate system which relates image measures to the ground. The mosaic is read into a GIS system, providing useful information to different types of users, such as researchers, governmental agencies, employees, fishermen and tourism enterprises. Results are reported, illustrating the applicability of the system. The main contribution is the generation of georeferenced mosaics using SFAIs, which have not yet broadly explored in cartography projects. The proposed architecture presents a viable and much less expensive solution, when compared to systems using controlled pictures

Structural bioinformatics study of EPSP synthase from Mycobacterium tuberculosis

The shikimate pathway is an attractive target for herbicides and antimicrobial agent development because it is essential in algae, higher plants, bacteria, and fungi, but absent from mammals. Homologues to enzymes in the shikimate pathway have been identified in the genome sequence of Mycobacterium tuberculosis. Among them, the EPSP synthase was proposed to be present by sequence homology. Accordingly, in order to pave the way for structural and functional efforts towards anti-mycobacterial agent development, here we describe the molecular modeling of 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate (EPSP) synthase isolated from M. tuberculosis that should provide a structural framework on which the design of specific inhibitors may be based on. Significant differences in the relative orientation of the domains in the two models result in open and closed conformations. The possible relevance of this structural transition in the ligand biding is discussed. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Crystallographic and spectroscopic characterization of a molecular hinge: Conformational changes in bothropstoxin I, a dimeric Lys49 phospholipase A2 homologue

Bothropstoxin I(BthTX-I) from the venom of Bothrops jararacussu is a myotoxic phospholipase A2 (PLA2) homologue which, although catalytically inactive due to an Asp49-->Lys substitution, disrupts the integrity of lipid membranes by a Ca2+-independent mechanism, the crystal structures of two dimeric farms of BthLTX-I which diffract X-rays eo resolutions of 3.1 and 2.1 Angstrom have been determined, the monomers in both structures are related by an almost perfect twofold axis of rotation and the dimer interfaces are defined by contacts between the N-terminal alpha-helical regions and the tips of the beta-wings of partner monomers. Significant differences in the relative orientation of the monomers in the two crystal forms results in open and closed dimer conformations, Spectroscopic Investigations of BthTX-I in solution have correlated these conformational differences with changes in the intrinsic fluorescence emission of the single tryptophan residues located at the dimer interface, the possible relevance of this structural transition in the Ca2+-independent membrane damaging activity is discussed. (C) 1998 Wiley-Liss, Inc.

Generating virtual images from oblique frames

Image acquisition systems based on multi-head arrangement of digital camerasare attractive alternatives enabling a larger imaging area when compared to a single framecamera. The calibration of this kind of system can be performed in several steps or byusing simultaneous bundle adjustment with relative orientation stability constraints. Thepaper will address the details of the steps of the proposed approach for system calibration,image rectification, registration and fusion. Experiments with terrestrial and aerial imagesacquired with two Fuji FinePix S3Pro cameras were performed. The experiments focusedon the assessment of the results of self-calibrating bundle adjustment with and withoutrelative orientation constraints and the effects to the registration and fusion when generatingvirtual images. The experiments have shown that the images can be accurately rectified andregistered with the proposed approach, achieving residuals smaller than one pixel. © 2013 by the authors; licensee MDPI, Basel, Switzerland.

Jet quenching in a strongly coupled anisotropic plasma

The jet quenching parameter of an anisotropic plasma depends on the relative orientation between the anisotropic direction, the direction of motion of the parton, and the direction along which the momentum broadening is measured. We calculate the jet quenching parameter of an anisotropic, strongly coupled N = 4 plasma by means of its gravity dual. We present the results for arbitrary orientations and arbitrary values of the anisotropy. The anisotropic value can be larger or smaller than the isotropic one, and this depends on whether the comparison is made at equal temperatures or at equal entropy densities. We compare our results to analogous calculations for the real-world quark-gluon plasma and find agreement in some cases and disagreement in others.

Polyphenylene dendrimers

The main goals of this work were the design, synthesis, and characterization of new functional polyphenylene dendrimers. Polyphenylene dendrimers are highly branched, monodisperse macromolecules consisting exclusively of benzene rings. They can be obtained in high yield by a repetitive Diels-Alder cycloaddition - deprotection protocol. Their shape-persistent dendritic scaffold allows to obtain nanoparticles with functional groups in defined relative orientation. In the first chapter polyphenylene dendrimers with a pyrene core are presented. The focus of the investigations was upon the shielding efficiency of dendritic shells of different generations upon the pyrene-functionality in the core. The herein presented materials combine high quantum efficiency, good solubility and improved film forming properties making them possible candidates for several applications in electronic devices. The defined functionalization of polyphenylene dendrimers often requires a great synthetic effort, since for every desired function the appropriate building block has to be synthesized. To overcome these disadvantages, a new functionalization concept based upon benzophenone precursors has been developed. This new concept has successfully been applied for the functionalization of the dendritic core, the dendrimer shell, and the dendrimer surface. To investigate the accessibility and reactivity of the embedded groups, many functions of different size and nature were introduced. Moreover, suitable precursors for the synthesis of dendrimer entrapped species, trityl cations, trityl radicals, and ketyl radical anions, were obtained. The combination of the synthetic protocols of core- and surface-functionalization resulted in a new type of functional molecules, highly interesting from the point of electron transfer processes. A polyphenylene dendron was used to arrange a triphenylamine donor and a perylene acceptor moiety in a defined spatial distance and orientation. The in-depth photophysical investigation of a first model compound is reported. The herein presented functionalized dendrimers are highly interesting as well from the point of view of fundamental research (looking into the optic and electronic properties of such unique shape persistent structures) as from the point of view of their potential application as tailor-made nanomaterials in the field of optoelectronics.

Einzelmolekülspektroskopische und quantenchemische Untersuchungen zum elektronischen Energietransfer

In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen zum Mechanismus, der Dynamik und der Kontrolle des elektronischen Energietransfers in multichromophoren Modellsystemen durchgeführt. Als Untersuchungsmethoden wurden hauptsächlich die konfokale Einzelmolekülspektroskopie und die Quantenchemie eingesetzt. Der Aufbau des Einzelmolekülmikroskops wurde bezüglich der Anregungs- und Detektionskomponenten variiert, um die unterschiedlichen Experimente durchzuführen. Die quantenchemischen Rechnungen wurden auf Dichtefunktional- und Coupled-Cluster-Niveau durchgeführt. Die aus den Rechnungen erhaltenen zusätzlichen Informationen über experimentell zum Teil schwer zugängliche Eigenschaften der Farbstoffe unterstützten die Interpretation der experimentellen Befunde. rnIn früheren Untersuchungen der AG Basché wurden die Energietransfer-Raten von Donor-Akzeptor-Systemen gemessen, die erhebliche Abweichungen von nach der Förster-Theorie berechneten Raten zeigten. Daher war ein Ziel der vorliegenden Arbeit, diese Abweichungen zu erklären. Zu diesem Zweck wurde die Geometrie der Diaden experimentell untersucht, sowie die elektronische Kopplung zwischen den Chromophoren quantenchemisch berechnet. Die relative Orientierung der Chromophore in den Diaden wurde in einem Einzelmolekül-Experiment mit rotierender Anregungspolarisation abgefragt. Die erhaltenen Winkelverteilungen konnten schließlich eindeutig auf die Flexibilität der die Chromophore verbrückenden Oligophenyl-Einheiten zurückgeführt werden. Die Unterschiede der gemessenen Energietransfer-Raten zu den nach der Förster-Theorie ermittelten Werten konnten jedoch nicht über die molekulare Flexibilität der Systeme erklärt werden. Aufklärung über die Diskrepanzen zur Förster-Theorie ergaben die quantenchemischen Rechnungen. In Rahmen dieser Arbeit wurde zum ersten Mal die Coupled-Cluster-Theorie zur Berechnung der elektronischen Kopplung eingesetzt. Die Betrachtung der isolierten Chromophore reichte aber nicht aus, um die gemessenen Abweichungen von der Förster-Theorie zu erklären. Erst über die Berücksichtigung der molekularen Brücke konnten die gefunden Abweichungen erklärt werden. Die deutliche Verstärkung der elektronischen Kopplung ist auf die Polarisierbarkeit der Brücke zurückzuführen.rnNach diesen Betrachtungen stand die Kontrolle des Energietransfers im Fokus der weiteren Untersuchungen. In den durchgeführten Einzelmolekülexperimenten wurden die Chromophore der Donor-Akzeptor-Systeme selektiv mit zwei Laserpulsen unterschiedlicher Wellenlänge angeregt. Beim gleichzeitigen Anregen beider Chromophore wurde Singulett-Singulett-Annihilation (SSA) induziert, ein Energietransferprozess, bei dem die Anregungsenergie vom vorigen Akzeptor zum vorigen Donor übertragen wird. Da über SSA Fluoreszenzphotonen gelöscht wurden, konnte über den Abstand der Laserpulse die Fluoreszenzintensität des einzelnen Moleküls moduliert werden. Konzeptionell verwandte Einzelmolekülexperimente wurden an einem weiteren molekularen System durchgeführt, das aus einem Kern und einer Peripherie bestand. Fluoreszenzauszeiten des Gesamtsystems bei selektiver Anregung des Kerns wurden auf die Population eines Triplett-Zustandes zurückgeführt, der die Fluoreszenz der Peripherie löschte. rnAbschließend wurde der SSA-Prozess zwischen zwei gleichartigen Chromophoren untersucht. Es wurde eine Methode entwickelt, die es zum ersten Mal erlaubte, die SSA-Zeitkonstante individueller Moleküle zu bestimmen. Hierfür wurden die Daten der gemessenen Photonen-Koinzidenzhistogramme mittels eines im Rahmen dieser Arbeit hergeleiteten analytischen Zusammenhangs ausgewertet, der über Monte-Carlo-Simulationen bestätigt wurde.

Anwendungen von Rezeptoren auf Triphenylenketal-Basis

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Bindung von Koffein und verwandten Oxopurinen in C¬3-symmetrischen Rezeptoren auf der Basis von Triphenylenketalen untersucht. Dabei stand vor allem die Evaluierung für eine spätere Anwendung im Vordergrund. Für die Anwendung als Chemosensor wurden mehrere optische Verfahren getestet. Die Verwendung von UV/Vis-Spektroskopie gelingt nur unter Einsatz eines elektronenarmen Konkurrenzgastes, welcher durch das stärker bindende Koffein unter Entfärbung verdrängt wird. Obwohl dieser Effekt sogar mit bloßem Auge zu erkennen ist und somit eine einfache Untersuchung ermöglichen würde, machen die besondere Reaktivität des Konkurrenzgastes und dessen geringe Affinität zum Rezeptor eine weitere Anwendung als Chemosensor für Koffein unwahrscheinlich. Den entscheidenden Durchbruch lieferte der Wechsel auf Fluoreszenzspektroskopie. Die Bindung von Gästen lässt sich mit dieser Methode direkt beobachten und für quantitative Studien nutzen. Die Signalzunahme bei Zugabe von Koffein liegt bei maximal 30%. Durch Verwendung eines vom Koffein abgeleiteten Konkurrenzgastes können weitere Verbesserungen erzielt werden. So konnte eine maximale Signaldynamik von fast 400% erzielt werden. Durch die Entwicklung eines geeigneten Probenvorbereitungsprotokolls war es möglich, mit dem fluoreszenzbasierten System einen Nachweis von Koffein an kommerziell verfügbaren Getränkeproben durchzuführen. Die Ergebnisse waren in guter Übereinstimmung mit HPLC-Kontrollexperimenten. Die Eignung von Rezeptoren auf Triphenylenketalbasis für die enantiofaciale Differenzierung an Heteroaromaten wurde durch Untersuchung verschiedener Wirt-Gast-Komplexe mittels CD-Spektroskopie und Tieftemperatur-NMR systematisch demonstriert. Rezeptoren mit Menthyl-Substituenten liefern laut NMR die stärkste Seitendifferenzierung. Anhand des CD wird ein vollständiges und schlüssiges Bild über den Zusammenhang zwischen dem Raumbedarf am Gast, der Ausrichtung der chiralen Gruppen am Wirt und dem erhaltenen CD hergestellt. Durch umfangreiche molekulardynamische Simulationen und nachfolgende semiempirische Berechnungen wurden Referenzspektren berechnet, welche die Zuordnung der Stereochemie anhand des CD eindeutig belegen. Die Ergebnisse sind zudem in guter Übereinstimmung mit den Ergebnissen aus röntgenkristallographischen Untersuchungen. (Diese Methode ließ sich erfolgreich auf die helicale Faltung von Alkanen in Kapseln von Rebek, jr. umsetzen.) Obwohl die Energieunterschiede zwischen den diastereomeren Komplexen klein sind, konnte anhand der CD-Spektroskopie somit erstmalig die enantiofaciale Differenzierung an einem heterocyclischen System bei Raumtemperatur beobachtet werden. Die beste enantiofaciale Differenzierung erzielen die Menthyl-abgeleiteten Rezeptoren. Diese sind hinsichtlich einer möglichen Anwendung als chirales „Auxiliar“ ungeeignet, da sie mit den sperrigen Cyclohexylgruppen auch den Raum oberhalb des gebundenen Gastes blockieren. Daher wird für die weitere Entwicklung auf die praktische Einführung chiraler Information in Form des Isocyanats verzichten werden müssen. Stattdessen zielen aktuelle Bemühungen auf den Aufbau chiraler Rückgrate, welche den Raum in der unteren Peripherie des Gastes beeinflussen.

Emissions- und Anregungsspektroskopie einzelner Halbleiternanokristalle bei kryogenen Temperaturen

In den letzten beiden Jahrzehnten hat sich die Synthese und Charakterisierung nanoskopischer Objekte zu einem wichtigen Forschungszweig entwickelt. Insbesondere die Größenabhängigkeit optischer Eigenschaften in Halbleiternanokristallen eröffnet ein weites Feld an Anwendungsmöglichkeiten. Das Verständnis der größenabhängigen elektronischen Struktur derartiger Nanokristalle ist ein interessantes Feld der Grundlagenforschung, da sie den Übergang vom Atom zum makroskopischen Material repräsentieren. Die Einzigartigkeit eines jeden Nanokristalls aufgrund von Inhomogenitäten in Größe, Form und Oberflächenbeschaffenheit erfordert die Untersuchung der elektronischen Struktur mittels der Spektroskopie einzelner Nanokristalle.rnIn der vorliegenden Arbeit wurde die Photolumineszenz-Anregungsspektroskopie einzelner CdSe/ZnS-Nanokristalle bei kryogenen Temperaturen etabliert und für Partikel verschiedener Größen eingesetzt. Hierzu wurde zunächst ein konfokales Mikroskop aufgebaut, das die Spektroskopie einzelner Emitter in einem Temperaturbereich von 1.4 K bis Raumtemperatur ermöglicht. Die zur Anregungsspektroskopie angewendete Methode erlaubte die Untersuchung des vollen Spektralbereichs des 1S3/2-1Se-Exzitons, der sogenannten exzitonischen Feinstruktur. Obwohl es sich bei dem niederenergetischsten Übergang um einen verbotenen Übergang handelt, konnte dieser regelmäßig detektiert werden. Die Energieseparationen der beiden niederenergetischsten Übergänge wurden in guter Übereinstimmung mit den Ergebnissen des etablierten EMA-Modells gefunden. Für die weiteren Übergänge zeigten die Experimente, dass deren Energiedifferenz zum niederenergetischsten Übergang vom EMA-Modell unterschätzt wird. Abschließend wurde die Polarisationsabhängigkeit der Übergänge in verschiedene Zustände der exzitonischen Feinstruktur untersucht, wobei theoretische Vorhersagen der relativen Orientierung der Übergangsdipole der beiden niederenergetischsten Zustände bestätigt werden konnten.rn

Prestimulus EEG microstates influence visual event-related potential microstates in field maps with 47 channels

The influence of the immediate prestimulus EEG microstate (sub-second epoch of stable topography/map landscape) on the map landscape of visually evoked 47-channel event-related potential (ERP) microstates was examined using the frequent, non-target stimuli of a cognitive paradigm (12 volunteers). For the two most frequent prestimulus microstate classes (oriented left anterior-right posterior and right anterior-left posterior), ERP map series were selectively averaged. The post-stimulus ERP grand average map series was segmented into microstates; 10 were found. The centroid locations of positive and negative map areas were extracted as landscape descriptors. Significant differences (MANOVAs and t-tests) between the two prestimulus classes were found in four of the ten ERP microstates. The relative orientation of the two ERP microstate classes was the same as prestimulus in some ERP microstates, but reversed in others. — Thus, brain electric microstates at stimulus arrival influence the landscapes of the post-stimulus ERP maps and therefore, information processing; prestimulus microstate effects differed for different post-stimulus ERP microstates.

Three-dimensional structure of NADPH–cytochrome P450 reductase: Prototype for FMN- and FAD-containing enzymes

Microsomal NADPH–cytochrome P450 reductase (CPR) is one of only two mammalian enzymes known to contain both FAD and FMN, the other being nitric-oxide synthase. CPR is a membrane-bound protein and catalyzes electron transfer from NADPH to all known microsomal cytochromes P450. The structure of rat liver CPR, expressed in Escherichia coli and solubilized by limited trypsinolysis, has been determined by x-ray crystallography at 2.6 Å resolution. The molecule is composed of four structural domains: (from the N- to C- termini) the FMN-binding domain, the connecting domain, and the FAD- and NADPH-binding domains. The FMN-binding domain is similar to the structure of flavodoxin, whereas the two C-terminal dinucleotide-binding domains are similar to those of ferredoxin–NADP+ reductase (FNR). The connecting domain, situated between the FMN-binding and FNR-like domains, is responsible for the relative orientation of the other domains, ensuring the proper alignment of the two flavins necessary for efficient electron transfer. The two flavin isoalloxazine rings are juxtaposed, with the closest distance between them being about 4 Å. The bowl-shaped surface near the FMN-binding site is likely the docking site of cytochrome c and the physiological redox partners, including cytochromes P450 and b5 and heme oxygenase.

NMR structure of the calreticulin P-domain

The NMR structure of the rat calreticulin P-domain, comprising residues 189–288, CRT(189–288), shows a hairpin fold that involves the entire polypeptide chain, has the two chain ends in close spatial proximity, and does not fold back on itself. This globally extended structure is stabilized by three antiparallel β-sheets, with the β-strands comprising the residues 189–192 and 276–279, 206–209 and 262–265, and 223–226 and 248–251, respectively. The hairpin loop of residues 227–247 and the two connecting regions between the β-sheets contain a hydrophobic cluster, where each of the three clusters includes two highly conserved tryptophyl residues, one from each strand of the hairpin. The three β-sheets and the three hydrophobic clusters form a repeating pattern of interactions across the hairpin that reflects the periodicity of the amino acid sequence, which consists of three 17-residue repeats followed by three 14-residue repeats. Within the global hairpin fold there are two well-ordered subdomains comprising the residues 219–258, and 189–209 and 262–284, respectively. These are separated by a poorly ordered linker region, so that the relative orientation of the two subdomains cannot be precisely described. The structure type observed for CRT(189–288) provides an additional basis for functional studies of the abundant endoplasmic reticulum chaperone calreticulin.