Elementspezifische Wechselwirkungen von aquatischen Huminstoffen

Zusammenfassung Es wurden im Rahmen dieser Arbeit elementspezifische Wechselwirkungen von Humin-stoffen (HS) untersucht. Grundlage war hierbei die Kopplung eines ICP-MS mit einer HPLC unter Verwendung der Size Exclusion Chromatography (SEC). Durch die Kopplung des empfindlichen und elementspezifischen Massenspektrometers als Detektor mit einer HPLC als chromatographisches Trennverfahren von HS-Spezies konnten Gehalte im natürlichen Konzentrationsbereich und Wechselwirkungen einzelner HS-Fraktionen be-stimmt werden.Zur Gehaltsbestimmung in Echtzeit wurde die online MSIVA (massenspektrometrische Isotopenverdünnungsanalyse) für C angewendet und für die simultane Bestimmung von S und Hg modifiziert. Hierzu wurde ein auf 34S bzw. 201Hg angereicherter Spike verwendet. Mit Hilfe der entwickelten online MSIVA für die simultane Detektion von C, S und Hg konnten Gehalte in chromatographischen Fraktionen mit einer Nachweisgrenze von 3 ng C/s, 0.1 ng S/s und 2 pg Hg/s bestimmt werden.Um die Nachweisstärke und Richtigkeit der Methode zu überprüfen, wurden die C- und S-Gesamtgehalte von HS-Proben bestimmt und mit den elementar-analytischen Daten anderer Arbeitgruppen verglichen. Weiterhin wurde an einer internationalen Laborstudie (IMEP-9) als zertifizierendes Labor teilgenommen. Die in dieser Arbeit erhaltenen Werte für Cr, Pb und U wurden zur Ermittlung der zertifizierten Werte herangezogen und zeigten eine große Übereinstimmung mit den Werten anderer Arbeitgruppen.Nach der Analyse von Gesamtgehalten wurden auch die C- und S-Gehalte in einzelnen Fraktionen von HS nach SEC ermittelt. Hierdurch konnte im Vergleich zur bisher ange-wendeten Elementaranalyse der Gesamtprobe eine Verbesserung bei der Bestimmung des S-Anteils in HS erreicht werden. So ergeben sich Fehler bei der Bestimmung des C/S-Verhältnisses durch anorganisches Sulfat (S-Überbestimmung) sowie durch nieder-molekulare Anteile, die nicht zu den HS gerechnet werden (C-Überbestimmung).Durch die simultane Detektion von Hg konnten die Wechselwirkungen mit HS aufgezeigt werden. Als Bindungsstellen wurden in erster Linie schwefelhaltige Fraktionen identifiziert, wobei S in reduzierter Form (-2) eine weitaus höhere Affinität zu Hg hat. Jedoch konnte auch die Bindung an schwefelfreie Fraktionen nachgewiesen werden. Dies ist für die Untersuchung der Mobilität und Bioverfügbarkeit von Hg in der Umwelt eine wichtige Erkenntnis.Die entwickelte online MSIVA für Schwefel wurde in Zusammenarbeit mit A. Prange und D. Schaumlöffel auf die CE/ICP-MS-Kopplung übertragen. Hierbei musste ein neues Konzept für die Zuführung des isotopenangereicherten Spikes und der Kalibration des Systems entwickelt werden. Mit Hilfe der online MSIVA konnten erstmalig mit CE fraktionierte Metallothioneine aus Leber-Cytosol quantifiziert werden, indem über den S-Gehalt und den Cysteinanteil der Proteingehalt ermittelt wurde.Weiterhin wurde durch Isotopenaustauschversuche erstmalig die kinetische Stabilität von Cr(III)- und Co(III)-Komplexen in mit SEC getrennten Fraktionen nachgewiesen. Analoge Cu(II)- und Co(II)-Komplexe sind hingegen kinetisch labil. Dies ist mit Hilfe der Ligandenfeldstabilisierungsenergie des Übergangszustandes zu er-klären. Bei d3- und d6-Spinsystemen, wie den Cr(III)- und Co(III)-Komplexen, liegt diese Energie deutlich höher als die der d7- und d9-Spinsysteme, wie Cu(II)- und Co(II)-Komplexe. Die höhere Energie-barriere des Übergangzustandes verlangsamt daher die Austausch-geschwin-digkeit, wodurch kinetisch stabile Komplexe entstehen.

From pyrene to large polycyclic aromatic hydrocarbons

Studies of polycyclic aromatic hydrocarbons have shown that the overall size, periphery, and functionalization of PAHs are crucial parameters which significantly alter their electronic structure and chemical reactivity. Therefore, the major direction of this thesis is the synthesis and characterization of extended PAHs: (i) with different functional groups improving their processability, (ii) with different periphery changing their chemical reactivity, (iii) with inclusions of different metal ions, which influence their physical properties. • The cyclodehydrogenation reaction has been proposed for to synthesise polyphenylene ribbons with preplanarized (dibenzo[e,l]pyrene) moieties in the aromatic core with up to 10 nm linear size. The synthetic strategy employed is discussed in Chapter 2 and is based on stoichiometrically controlled DIELS-ALDER cycloaddition. All molecules possessed very good solubility in common organic solvents allowing their characterization by standard analytical techniques. • A new concept was developed to extend PAH’s core. Here the introduction of “zigzag” sites, discussed in Chpater 3 was shown to lower the HOMO-LUMO gap and to result in higher chemical reactivities. This allowed, in Chapters 3, 4 and 5, further functionalization of PAH and enlargement of their aromatic cores up to 224 atoms. Despite the size of these novel molecules, extraordinary solubilities in common organic solvents were obtained due to distortions from planarity of the aromatic cores by bulky tert-butyl groups, which hampered the usually very pronounced aggregation tendency of extended π-systems. All extended PAHs posses the small HOMO-LUMO gap together with good electron affinities making them potential candidates for application in organic FETs. • Another alternative synthetic route has been proposed to obtain extended the metal-PAH complexes. Using the quinoxaline methodology in Chapter 5 three new phenanthroline ligands (up to 60 skeletal atoms) have been synthesized and characterized. Four different (Ru(II), Cu(II) and Pt(II)) complexes were synthesized, allowing to construct a range of large metal complexes by varying the metal as well as the number and nature of ligands.

Amidverknüpfte Ferrocene - schaltbare molekulare Drähte und Sensoren

In dieser Arbeit werden Synthesen und Eigenschaften von Verbindungen mit einer oder mehreren Ferrocen- bzw. Biferroceneinheiten beschrieben, die über Amid-, Anhydrid- oder Harnstoff-Funktionen verknüpft oder mittels Amidfunktion an α-Aminosäurederivate gebunden sind. Als Zentralbausteine dienen die künstlichen Aminosäuren 1’-Aminoferrocen-1-carbonsäure (Fca) bzw. 1’-Aminobiferrocen-1-carbonsäure (Bfca). Die Ferroceneinheit agiert als redoxschaltbares Gelenk, die Amidfunktion ermöglicht die Ausbildung von Sekundärstrukturen und die Bindung von Anionen. Das redoxschaltbare „Multiwellenlängen“-Sensorpaar [Dansyl-Ala-Fca-Ala-CH2-Naphthyl]0/+ ist in der Lage, insgesamt sieben Anionen aufgrund von sechs einfach zu erhaltenden optischen Messwerten eindeutig zu diskriminieren. Die Vorzugskonformation des neutralen Rezeptors mit intramolekularen Wasserstoffbrücken wird mittels X-Ray, NMR- und DFT-Methoden im Festkörper, in Lösung und in der Gasphase bestimmt. Die oligomeren Fca-Verbindungen SG-Fcan-HN-Fc (SG = Boc, Fmoc; n = 1, 2) und SG-Fca2-OMe (SG = Boc, Fmoc) werden mittels Peptidkupplung in Lösung hergestellt, Fmoc-Fca3-Gly-OMe, Fmoc-Fcan-OMe (n = 3-5) und Fmoc-Fca4-NH2 dagegen durch ein neu entwickeltes Festphasensynthese-Protokoll. Die amidverknüpften Verbindungen bilden eine „Zick-Zack“-Struktur mit 1,2’-Konformation der Fca-Einheiten und achtgliedrigen intramolekularen Wasserstoffbrücken-Ringen, wie durch X-Ray, 2D-NMR-, DFT-Methoden und Dipolmoment-Bestimmung gezeigt wird. Elektrochemische Experimente belegen eine elektronische Wechselwirkung der Eisenzentren. Die gemischt-valenten Verbindungen zeichnen sich durch IVCT-Banden im nahen Infrarot aus. Die elektronische Kopplungskonstante beträgt Hab ≈ 145-215 cm–1 für einen einzelnen FeII/FeIII-Übergang und belegt die Zugehörigkeit der Verbindungen zur Robin-Day-Klasse II. Im Festkörper sind die Valenzen gemäß Mößbauerspektren lokalisiert. Die vollständig oxidierten Verbindungen liegen nach DFT-Rechnungen nicht mehr in einer „Zick-Zack“-Struktur, sondern in einer gestreckten Konformation vor. Als Nebenprodukte bei der Amidkupplung werden die Anhydride SG-(Fca)2O (SG = Ac, Boc, Fmoc) isoliert. Diese zählen aufgrund des Fehlens einer IVCT-Bande zur Klasse I-II. Die ferrocenyloge Bfca wird in Form der N- und C-geschützten Bfca auf zwei Wegen synthetisiert. Schlüsselschritte stellen die Cu(II)-vermittelte Homokupplung bzw. die Pd-katalysierte Stille-Kupplung dar. Bfca und die amid- und harnstoffverknüpften Bis-Bfca-Verbindungen besitzen keine nachweisbare Vorzugskonformation in Lösung. Die gemischt-valenten Bfca-Kationen zeigen eine IVCT-Bande (Hab ≈ 300-600 cm–1) und gehören eher zur Klasse II-III. Die gemischt-valenten Verbindungen des als Nebenprodukt isolierten Tetraferrocenylstannans Sn[Fn(COOMe)4] (Fn = 1,1’-Ferrocenylen) mit einatomiger σ-Brücke zwischen den Ferroceneinheiten, zeigen IVCT-Banden im NIR-Spektrum und gehören somit zur Klasse II. Die elektronischen Kopplungen in Sn[Fn(COOMe)4]+/2+ betragen Hab ≈ 145 und 220 cm–1.

Zweikernige 3d-Übergangsmetall-Komplexe mit Derivaten des para-Phenylendiamins als redoxaktive Brückenliganden

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Darstellung zweikerniger Koordinationsverbindungen, bei denen zweiwertige Ionen der 3d-Übergangsmetalle über einen bestimmten Liganden verbrückt sind. Dieser Brückenligand, das N,N,N‘,N‘-Tetrakis-(2-methylpyridyl)-benzol-1,4-diamin (TPBD), besteht aus einem p-Phenylendiamin-Gerüst, an dessen Stickstoffe je zwei Methylpyridin-Gruppen gebunden sind. In diesen zwei jeweils dreizähnigen Bindungstaschen wurden 3d-Übergangsmetallionen komplexiert, wobei deren Koordinationssphäre mit einem zweizähnigen capping-Liganden vom Typ des 1,10-Phenanthrolins und einem einzähnigen dritten Liganden abgesättigt wird. Die strukturellen, magnetischen und elektronischen Eigenschaften der so erhaltenen homometallischen Komplexe mit Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II), Cu(II) und Zn(II) wurden untersucht. Dabei wurde besonderes Augenmerk auf die Veränderung dieser Eigenschaften bei dem Einsatz unterschiedlicher capping- und dritter Liganden gerichtet. Die schwach antiferromagnetische Wechselwirkung der metallzentrierten Spins über den Brückenliganden führt dabei stets zu einem diamagnetischen Grundzustand, was diese als mögliche Einzelmolekülmagnete ausschließt. Mit der Oxidierbarkeit des Liganden zu seiner radikalischen Spezies besteht die Möglichkeit, einen zusätzlichen Spin in dem System zu erzeugen, woraus ein Spingrundzustand von ungleich null resultiert. Es zeigte sich, dass die Lebensdauer der radikalischen Spezies eine starke Abhängigkeit sowohl von den eingesetzten Metallionen als auch den weiteren Liganden besitzt. Auch vier Derivate des ursprünglichen Brückenliganden konnten synthetisiert und deren Oxidierbarkeit zu den entsprechenden Radikalformen gezeigt werden. Neben der Darstellung homometallischer Komplexe gelang zudem die Synthese und Strukturaufklärung dreier heterometallischer zweikerniger Komplexe mit Mn(II), Co(II) und Ni(II) als Metallionen. Es konnte gezeigt werden, dass diese auch ohne die Oxidation des Brückenliganden bei schwacher antiferromagnetischer Wechselwirkung der Spins einen paramagnetischen Spingrundzustand besitzen.

Modellkomplexe zur Sauerstoffaktivierung auf Basis des 1,3,4-Thiadiazols

Das Ziel der vorliegenden Arbeit waren die Synthese und Untersuchung von Modellverbindungen zur Sauerstoffaktivierung auf der Basis neuer Ligandensysteme des 1,3,4-Thiadiazols unter Ausarbeitung einer Synthesestrategie zur Derivatisierung der heteroaromatischen 1,3,4-Thiadiazol-Liganden, deren Koordinationsverhalten in Abhängigkeit ihres 2,5-Substitutionsmusters untersucht wurde, sowie die fortführende Bearbeitung bereits bekannter Ligandensysteme zur Erzeugung von homo- und heterovalenten Übergangsmetallkomplexverbindungen.rnDie unter der Verwendung der modifizierten Liganden TPDE, H1TPDP und H1BPMP resultierenden dinuklearen Komplexverbindungen zeigen unterschiedlich starke antiferromagnetische Wechselwirkungen in Abhängigkeit der vorhandenen Brückenliganden. In der Verbindung [Fe6O2(OH)(L´)2(OOCMe3)9(OEt)2] trat eine Fragmentierung des Liganden H1TPDP auf. Das cisoide Ligandensubstitutionsmuster der entstandenen sechskernigen Verbindung ist verantwortlich für die interessanten magnetischen Eigenschaften des Komplexes. rnNeue Perspektiven zur Erzeugung von Modellverbindungen zur Sauerstoffaktivierung wurden mit dem Mono-Chelatliganden H1ETHP und den Bis-Chelatliganden HL2H, H2L2H und H2BATP aufgezeigt. Die Umsetzung von H1ETHP mit verschiedenen Übergangsmetallsalzen resultierte für die Metalle Cr(III), Fe(III), Co(III) und Ni(II) in mononuklearen Verbindungen des Typs [M(ETHP)2]X (X = ClO4, FeCl4, OMe, Cl, Br) sowie in zwei tetranuklearen Verbindungen mit Mn(II) und Cu(II). [Mn4(ETHP)6] besitzt ein propellerförmiges, planares [Mn4O6]2+-System mit einen Spingrundzustand von S = 5. In allen Verbindungen von H1ETHP konnte eine mono-κN-Koordination des 1,3,4-Thiadiazol-Rückgrates über eines seiner beiden endozyklischen Stickstoffdonoratome beobachtet werden. rnAus Umsetzungen der Bis-Chelatliganden wurden fast ausschließlich polynukleare Übergangsmetallkomplexe erhalten. Insbesondere der Ligand H2L2H zeigt eine ausgeprägte Tendenz zur Ausbildung trinuklearer, linearer Komplexe, welche auf Grund ihrer ungeraden Anzahl von Übergangsmetallionen einen Spingrundzustand S ≠ 0 aufweisen.rn Die mit dem Liganden HL2H erhaltenen Verbindungen unterstreichen die hohe Flexibilität dieser Systeme hinsichtlich der Erzeugung polynuklearer und heterovalenter Komplexverbindungen. So konnten in Abhängigkeit vom verwendeten Übergangsmetallsalz trinukleare, pentanukleare, aber auch hepta- und oktanukleare Verbindungen synthetisiert werden. Insbesondere die Komplexe des Mangans und des Cobalts zeigen ein heterovalentes [MnIIMnIII4]- bzw. [CoII2CoIII3]-Motiv, was sich in Spingrundzuständen von S ≠ 0 äußert. Der diamagnetische, achtkernige Fe8-Cluster besitzt eine pseudo C3-symmetrische Anordnung der Metall-Zentren, während für die heptanukleare Cu7-Kette durch ihre stark unterschiedlichen Kupfer-Koordinationsgeometrien interessante magnetische Austauschwechselwirkungen beobachtet werden konnten. Der dreikernige µ3-oxo-verbrückte Komplex des Liganden H2BATP zeigt als interessante strukturelle Eigenschaft ein ein µ3-Verbrückungsmuster des eingesetzten Sulfat-Anions. rnIn allen Komplexen der Bis-Chelatliganden HL2H, H2L2H und H2BATP konnte ein µ2-κN,κN-Koordiantionsmodus des 1,3,4-Thiadiazols und somit eine Abhängigkeit der Verbrückung vom Ligandensubstitutionsmuster beobachtet werden.rn

Complessi tetrazolici di Re(I): design e preparazione di una nuova classe di probes luminescenti

In this experimental work we report the design, the synthesis and characterization of a new class of Re(I) complexes of the general formula fac-[Re(CO)3(N^N)(2-QTZ)], where N^N = 2,2’ bipyridine or 1,10 phenantroline, whereas 2-QTZ is the anion 2-quinolyl-tetrazolate. The complexes and, in particular, the tetrazolate ligand 2-QTZ were designed in order to investigate their specific interaction with biologically and toxicologically relevant metal ions, as Zn(II), Cd(II) e Cu(II). The addition of such ions led to substantial variations of the photophysical properties of these complexes, suggesting their application as luminescent sensors. The photophysical performance of the complexes proved to remain unchanged inside cellular substrates, as Yarrowia Lipolytica cultures. Within these yeasts, the complexes show unchanged ability to perform luminescent sensing towards Zn(II) and Cd(II) ions.

Prevalence and impact of cannabis use disorders in adolescents with early onset first episode psychosis

Previous studies on the impact of cannabis use disorders (CU) on outcome in psychosis were predominantly based on non representative samples, often have not controlled for confounders and rarely focused on adolescent patients. Thus, the aims of the present study were to assess: (i) prevalence of CU; (ii) baseline and pretreatment differences between CU and those without CU (NCU); (iii) the impact of baseline and course of CU on 18-month outcomes in a representative cohort of adolescents with early onset first episode psychosis (EOP).

Exploratory studies on coordination chemistry of a redox-active bridging ligand: synthesis, properties and solid state structures of the complexes

The explorative coordination chemistry of the bridging ligand TTF-PPB is presented. Its strong binding ability to Co(II) and then to Ni(II) or Cu(II) in the presence of hexafluoroacetylacetonate (hfac(-)), forming new mono-and dinuclear complexes 1-3, is described. X-ray crystallographic studies have been conducted in the case of the free ligand TTF-PPB as well as its complexes [Co(TTF-PPB)(hfac)(2)] (1) and [Co(hfac)(2)(mu-TTF-PPB)Ni(hfac)(2)] (2). Each metal ion is bonded to two bidentate hfac-anions through their oxygen atoms and two nitrogen atoms of the PPB moiety with a distorted octahedral coordination geometry. Specifically, nitrogen donor atoms of TTF-PPB adopt a cis-coordination but not in the equatorial plane, which is quite rare. Electronic absorption, photoinduced intraligand charge transfer ((1)ILCT), and electrochemical behaviour of 1-3 have been investigated. UV-Vis spectroscopy shows very strong bands in the UV region consistent with ligand centred pi-pi* transitions and an intense broad band in the visible region corresponding to a spin-allowed pi-pi* (1)ILCT transition. Upon coordination, the (1)ILCT band is bathochromically shifted by 3100, 6100 and 5900 cm(-1) on going from 1 to 3. The electrochemical studies reveal that all of them undergo two reversible oxidation and one reversible reduction processes, ascribed to the successive oxidations of the TTF moiety and the reduction of the PPB unit, respectively.

Evolution of bombesin conjugates for targeted PET imaging of tumors

Bombesin receptors are under intense investigation as molecular targets since they are overexpressed in several prevalent solid tumors. We rationally designed and synthesized a series of modified bombesin (BN) peptide analogs to study the influence of charge and spacers at the N-terminus, as well as amino acid substitutions, on both receptor binding affinity and pharmacokinetics. This enabled development of a novel (64/67)Cu-labeled BN peptide for PET imaging and targeted radiotherapy of BN receptor-positive tumors. Our results show that N-terminally positively charged peptide ligands had significantly higher affinity to human gastrin releasing peptide receptor (GRPr) than negatively charged or uncharged ligands (IC(50): 3.2±0.5 vs 26.3±3.5 vs 41.5±2.5 nM). The replacement of Nle(14) by Met, and deletion of D-Tyr(6), further resulted in 8-fold higher affinity. Contrary to significant changes to human GRPr binding, modifications at the N-terminal and at the 6(th), 11(th), and 14(th) position of BN induced only slight influences on affinity to mouse GRPr. [Cu(II)]-CPTA-[βAla(11)] BN(7-14) ([Cu(II)]-BZH7) showed the highest internalization rate into PC-3 cells with relatively slow efflux because of its subnanomolar affinity to GRPr. Interestingly, [(64/67)Cu]-BZH7 also displayed similar affinities to the other 2 human BN receptor subtypes. In vivo studies showed that [(64/67)Cu]-BZH7 had a high accumulation in PC-3 xenografts and allowed for clear-cut visualization of the tumor in PET imaging. In addition, a CPTA-glycine derivative, forming a hippurane-type spacer, enhanced kidney clearance of the radiotracer. These data indicate that the species variation of BN receptor plays an important role in screening radiolabeled BN. As well, the positive charge from the metallated complex at the N-terminal significantly increases affinity to human GRPr. Application of these observations enabled the novel ligand [(64/67)Cu]-BZH7 to clearly visualize PC-3 tumors in vivo. This study provides a strong starting point for optimizing radiopeptides for targeting carcinomas that express any of the BN receptor subtypes.

Unexpected sensitivity of sst2 antagonists to N-terminal radiometal modifications

Chelated somatostatin agonists have been shown to be sensitive to N-terminal radiometal modifications, with Ga-DOTA agonists having significantly higher binding affinity than their Lu-, In-, and Y-DOTA correlates. Recently, somatostatin antagonists have been successfully developed as alternative tracers to agonists. The aim of this study was to evaluate whether chelated somatostatin antagonists are also sensitive to radiometal modifications and how. We have synthesized 3 different somatostatin antagonists, DOTA-p-NO(2)-Phe-c[D-Cys-Tyr-D-Aph(Cbm)-Lys-Thr-Cys]-D-Tyr-NH(2), DOTA-Cpa-c[D-Cys-Aph(Hor)-D-Aph(Cbm)-Lys-Thr-Cys]-D-Tyr-NH(2) (DOTA-JR11), and DOTA-p-Cl-Phe-c[D-Cys-Tyr-D-Aph(Cbm)-Lys-Thr-Cys]-D-Tyr-NH(2), and added various radiometals including In(III), Y(III), Lu(III), Cu(II), and Ga(III). We also replaced DOTA with 1,4,7-triazacyclononane,1-glutaric acid-4,7-acetic acid (NODAGA) and added Ga(III). The binding affinity of somatostatin receptors 1 through 5 was evaluated in all cases. In all 3 resulting antagonists, the Ga-DOTA analogs were the lowest-affinity radioligands, with a somatostatin receptor 2 binding affinity up to 60 times lower than the respective Y-DOTA, Lu-DOTA, or In-DOTA compounds. Interestingly, however, substitution of DOTA by the NODAGA chelator was able to increase massively its binding affinity in contrast to the Ga-DOTA analog. The 3 NODAGA analogs are antagonists in functional tests. In vivo biodistribution studies comparing (68)Ga-DOTATATE agonist with (68)Ga-DOTA-JR11 and (68)Ga-NODAGA-JR11 showed not only that the JR11 antagonist radioligands were superior to the agonist ligands but also that (68)Ga-NODAGA-JR11 was the tracer of choice and preferable to (68)Ga-DOTA-JR11 in transplantable HEK293-hsst(2) tumors in mice. One may therefore generalize that somatostatin receptor 2 antagonists are sensitive to radiometal modifications and may preferably be coupled with a (68)Ga-NODAGA chelator-radiometal complex.

Diffusion-driven transport in clayrock formations

Clay mineral-rich sedimentary formations are currently under investigation to evaluate their potential use as host formations for installation of deep underground disposal facilities for radioactive waste (e.g. Boom Clay (BE), Opalinus Clay (CH), Callovo-Oxfordian argillite (FR)). The ultimate safety of the corresponding repository concepts depends largely on the capacity of the host formation to limit the flux towards the biosphere of radionuclides (RN) contained in the waste to acceptably low levels. Data for diffusion-driven transfer in these formations shows extreme differences in the measured or modelled behaviour for various radionuclides, e. g. between halogen RN (Cl-36, I-129) and actinides (U-238,U-235, Np-237, Th-232, etc.), which result from major differences between RN of the effects on transport of two phenomena: diffusion and sorption. This paper describes recent research aimed at improving understanding of these two phenomena, focusing on the results of studies carried out during the EC Funmig IP on clayrocks from the above three formations and from the Boda formation (HU). Project results regarding phenomena governing water, cation and anion distribution and mobility in the pore volumes influenced by the negatively-charged surfaces of clay minerals show a convergence of the modelling results for behaviour at the molecular scale and descriptions based on electrical double layer models. Transport models exist which couple ion distribution relative to the clay-solution interface and differentiated diffusive characteristics. These codes are able to reproduce the main trends in behaviour observed experimentally, e.g. D-e(anion) < D-e(HTO) < D-e(cation) and D-e(anion) variations as a function of ionic strength and material density. These trends are also well-explained by models of transport through ideal porous matrices made up of a charged surface material. Experimental validation of these models is good as regards monovalent alkaline cations, in progress for divalent electrostatically-interacting cations (e.g. Sr2+) and still relatively poor for 'strongly sorbing', high K-d cations. Funmig results have clarified understanding of how clayrock mineral composition, and the corresponding organisation of mineral grain assemblages and their associated porosity, can affect mobile solute (anions, HTO) diffusion at different scales (mm to geological formation). In particular, advances made in the capacity to map clayrock mineral grain-porosity organisation at high resolution provide additional elements for understanding diffusion anisotropy and for relating diffusion characteristics measured at different scales. On the other hand, the results of studies focusing on evaluating the potential effects of heterogeneity on mobile species diffusion at the formation scale tend to show that there is a minimal effect when compared to a homogeneous property model. Finally, the results of a natural tracer-based study carried out on the Opalinus Clay formation increase confidence in the use of diffusion parameters measured on laboratory scale samples for predicting diffusion over geological time-space scales. Much effort was placed on improving understanding of coupled sorption-diffusion phenomena for sorbing cations in clayrocks. Results regarding sorption equilibrium in dispersed and compacted materials for weakly to moderately sorbing cations (Sr2+, Cs+, Co2+) tend to show that the same sorption model probably holds in both systems. It was not possible to demonstrate this for highly sorbing elements such as Eu(III) because of the extremely long times needed to reach equilibrium conditions, but there does not seem to be any clear reason why such elements should not have similar behaviour. Diffusion experiments carried out with Sr2+, Cs+ and Eu(III) on all of the clayrocks gave mixed results and tend to show that coupled diffusion-sorption migration is much more complex than expected, leading generally to greater mobility than that predicted by coupling a batch-determined K-d and Ficks law based on the diffusion behaviour of HTO. If the K-d measured on equivalent dispersed systems holds as was shown to be the case for Sr, Cs (and probably Co) for Opalinus Clay, these results indicate that these cations have a D-e value higher than HTO (up to a factor of 10 for Cs+). Results are as yet very limited for very moderate to strongly sorbing species (e.g. Co(II), Eu(III), Cu(II)) because of their very slow transfer characteristics. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Synthesis of chiral ferrosalen ligands and their applications in asymmetric catalysis

A new series of chiral ferrosalen ligands was designed and synthesized. The special feature of the ferrosalen ligands is that the chirality originated from the planar chiral ferrocenyl structure. For most known salen ligands, chirality comes from central and axial chiral centers. The key building block for the construction of these ferrosalen ligands was synthesized stereoselectively by a chiral auxiliary approach. This approach does not consume any chiral material, and does not require chiral HPLC resolution. Using this method, nine ligands were prepared using ferrocene as the starting material. In addition, the steric hindrance was modulated by changing the cyclopentadienyl group to the more bulky pentamethylcyclopentadienyl- and pentaphenylcyclopentadienyl- groups. The structure of these ligands was established by 1H and 13C NMR. The structure of a ferrosalen-Cu (II) complex was determined by single crystal X-ray diffraction analysis. All the chiral ferrosalen ligands were tested in catalytic asymmetric reactions including enantioselective carbonyl-ene reaction, enantioselective Strecker-type reaction and enantioselective silylcyanation. For the carbonyl-ene reaction, up to 99% yield and 29% enantiomeric excess (ee) were obtained using ligand-Co (III) as the catalysts; For the Strecker-type reaction, a maximum of 20% ee was obtained using ligand-AlCl as the catalyst; For the silylcyanation reaction, up to 99% yield and 26% ee were obtained using ligand-AlCl as the catalyst.

Copper-64 Labeled Macrobicyclic Sarcophagine Coupled to a GRP Receptor Antagonist Shows Great Promise for PET Imaging of Prostate Cancer

The gastrin-releasing peptide receptor (GRPr) is an important molecular target for the visualization and therapy of tumors and can be targeted with radiolabeled bombesin derivatives. The present study aims to develop statine-based bombesin receptor antagonists suitable for labeling with 64Cu for imaging by positron emission tomography (PET). The potent GRPr antagonist D-Phe-Gln-Trp-Ala-Val-Gly-His-Sta-Leu-NH2 was conjugated to the sarcophagine (3,6,10,13,16,19-hexaazabicyclo[6.6.6] icosane=Sar) derivative 5-(8-methyl-3,6,10,13,16,19-hexaaza-bicyclo[6.6.6]icosan-1-ylamino)-5-oxopentanoic acid (MeCOSar) via PEG4 (LE1) and PEG2 (LE2) spacers and radiolabeled with 64Cu2+ with >95% yield and specific activities of about 100 MBq/nmol. Both Cu(II) conjugates have high affinity for GRPr (IC50: natCu-LE1, 1.4±0.1 nM; natCu-LE2, 3.8±0.6 nM). The antagonistic properties of both conjugates were confirmed by Ca2+-flux measurements. Biodistribution studies of Cu-64-LE1 exhibited specific targeting of the tumor (19.6±4.7% IA/g at 1 h p.i.) and GRPr-positive organs. Biodistribution and PET images at 4 and 24 h postinjection showed increasing tumor-to-background ratios with time. This was illustrated by the acquisition of PET images showing high tumor-to-normal tissue contrast. This study demonstrates the high affinity of the MeCOSar-PEGx-bombesin conjugates to GRPr. The stability of 64Cu complexes of MeCOSar, the long half-life of 64Cu, and the suitable biodistribution profile of the 64Cu-labeled peptides lead to PET images of high contrast suitable for potential translation into the clinic.

Experimental and Theoretical Electron Density Analysis of Copper Pyrazine Nitrate Quasi-Low-Dimensional Quantum Magnets

The accurate electron density distribution and magnetic properties of two metal-organic polymeric magnets, the quasi-one-dimensional (1D) Cu(pyz)(NO3)2 and the quasi-two-dimensional (2D) [Cu(pyz)2(NO3)]NO3·H2O, have been investigated by high-resolution single-crystal X-ray diffraction and density functional theory calculations on the whole periodic systems and on selected fragments. Topological analyses, based on quantum theory of atoms in molecules, enabled the characterization of possible magnetic exchange pathways and the establishment of relationships between the electron (charge and spin) densities and the exchange-coupling constants. In both compounds, the experimentally observed antiferromagnetic coupling can be quantitatively explained by the Cu-Cu superexchange pathway mediated by the pyrazine bridging ligands, via a σ-type interaction. From topological analyses of experimental charge-density data, we show for the first time that the pyrazine tilt angle does not play a role in determining the strength of the magnetic interaction. Taken in combination with molecular orbital analysis and spin density calculations, we find a synergistic relationship between spin delocalization and spin polarization mechanisms and that both determine the bulk magnetic behavior of these Cu(II)-pyz coordination polymers.

Functional and expression analysis of the metal-inducible dmeRF system from Rhizobium legumionosarum bv. viciae

A gene encoding a homolog to the cation diffusion facilitator protein DmeF from Cupriavidus metallidurans has been identified in the genome of Rhizobium leguminosarum UPM791. The R. leguminosarum dmeF gene is located downstream of an open reading frame (designated dmeR) encoding a protein homologous to the nickel- and cobalt-responsive transcriptional regulator RcnR from Escherichia coli. Analysis of gene expression showed that the R. leguminosarum dmeRF genes are organized as a transcriptional unit whose expression is strongly induced by nickel and cobalt ions, likely by alleviating the repressor activity of DmeR on dmeRF transcription. An R. leguminosarum dmeRF mutant strain displayed increased sensitivity to Co(II) and Ni(II), whereas no alterations of its resistance to Cd(II), Cu(II), or Zn(II) were observed. A decrease of symbiotic performance was observed when pea plants inoculated with an R. leguminosarum dmeRF deletion mutant strain were grown in the presence of high concentrations of nickel and cobalt. The same mutant induced significantly lower activity levels of NiFe hydrogenase in microaerobic cultures. These results indicate that the R. leguminosarum DmeRF system is a metal-responsive efflux mechanism acting as a key element for metal homeostasis in R. leguminosarum under free-living and symbiotic conditions. The presence of similar dmeRF gene clusters in other Rhizobiaceae suggests that the dmeRF system is a conserved mechanism for metal tolerance in legume endosymbiotic bacteria.