Control of the orientational order and nonlinear optical response of the "push-pull" chromophore RuPZn via specific incorporation into densely packed monolayer ensembles of an amphiphilic four-helix bundle peptide: characterization of the peptide-chromophore complexes.

"Push-pull" chromophores based on extended pi-electron systems have been designed to exhibit exceptionally large molecular hyperpolarizabilities. We have engineered an amphiphilic four-helix bundle peptide to vectorially incorporate such hyperpolarizable chromophores having a metalloporphyrin moiety, with high specificity into the interior core of the bundle. The amphiphilic exterior of the bundle facilitates the formation of densely packed monolayer ensembles of the vectorially oriented peptide-chromophore complexes at the liquid-gas interface. Chemical specificity designed into the ends of the bundle facilitates the subsequent covalent attachment of these monolayer ensembles onto the surface of an inorganic substrate. In this article, we describe the structural characterization of these monolayer ensembles at each stage of their fabrication for one such peptide-chromophore complex designated as AP0-RuPZn. In the accompanying article, we describe the characterization of their macroscopic nonlinear optical properties.

Three-dimensional dispersive metallic photonic crystals with a bandgap and a high cutoff frequency.

The goal of this work is to analyze three-dimensional dispersive metallic photonic crystals (PCs) and to find a structure that can provide a bandgap and a high cutoff frequency. The determination of the band structure of a PC with dispersive materials is an expensive nonlinear eigenvalue problem; in this work we propose a rational-polynomial method to convert such a nonlinear eigenvalue problem into a linear eigenvalue problem. The spectral element method is extended to rapidly calculate the band structure of three-dimensional PCs consisting of realistic dispersive materials modeled by Drude and Drude-Lorentz models. Exponential convergence is observed in the numerical experiments. Numerical results show that, at the low frequency limit, metallic materials are similar to a perfect electric conductor, where the simulation results tend to be the same as perfect electric conductor PCs. Band structures of the scaffold structure and semi-woodpile structure metallic PCs are investigated. It is found that band structures of semi-woodpile PCs have a very high cutoff frequency as well as a bandgap between the lowest two bands and the higher bands.

Structure-activity studies on position 14 of human alpha-calcitonin gene-related peptide

A structure-activity study was performed to examine the role of position 14 of human alpha-calcitonin gene-related peptide (h-alpha-CGRP) in activating the CGRP receptor. Interestingly, position 14 of h-alpha-CGRP contains a glycyl residue and is part of an alpha-helix spanning residues 8-18. Analogues [Ala(14)]-h-alpha-CGRP, [Aib(14)]-h-alpha-CGRP, [Asp(14)]-h-alpha-CGRP, [Asn(14)]-h-alpha-CGRP, and [Pro(14)]-h-alpha-CGRP were synthesized by solid phase peptide methodology and purified by RP-HPLC. Secondary structure was measured by circular dichroism spectroscopy. Agonist activities were determined as the analogues' ability to stimulate amylase secretion from guinea pig pancreatic acini and to relax precontracted porcine coronary arteries. Analogues [Ala(1)4]-h-alpha-CGRP, [Aib(14)]-h-alpha-CGRP, [Asp(14)]-h-alpha-CGRP, and [Asn(14)]-h-alpha-CGRP, all containing residues with a high helical propensity in position 14, were potent full agonists compared to h-alpha-CGRP in both tissues. Interestingly, replacement of Gly(14) of h-alpha-CGRP with these residues did not substantially increase the helical content of these analogues. [Pro(14)]-h-alpha-CGRP, predictably, has significantly lower helical content and is a 20-fold less potent agonist on coronary artery, known to contain CGRP-1 receptor subtypes, and an antagonist on pancreatic acini, known to contain CGRP-2 receptor subtypes. In conclusion, the residue in position 14 plays a structural role in stabilizing the alpha-helix spanning residues 8-18. The alpha-helix is crucial for maintaining highly potent agonist effects of h-alpha-CGRP at CGRP receptors. The wide variety of functional groups that can be tolerated in position 14 with no substantial modification of agonist effects suggests the residue in this position is not in contact with the CGRP receptor. [Pro(14)]-h-alpha-CGRP may be a useful pharmacological tool to distinguish between CGRP-1 and CGRP-2 receptor subtypes.

Novel chiral ionic liquids:physicochemical properties and investigation of the internal rotameric behaviour in the neat system

Optically active S-alkyl-N, N'-bis((S)-1-phenylethyl) thiouronium salts, abbreviated as (S)-[Cnpetu] Y (where Y is an anion; n = 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12 or 16), have been prepared and studied by a broad spectrum of analyses. This consists of density, viscosity, and conductivity determination, followed by a discussion of relevant correlations. Unusual trends depending on the S-alkyl chain length were documented for (S)-[Cnpetu][ NTf2] series (where [NTf2] = bis{(trifluoromethyl) sulfonyl} amide), including the viscosity decreasing with increasing chain length, and the conductivity showing a maximum between the S-butyl and the S-hexyl derivative. In addition, a hindered rotamerism of the thiouronium cation in dmso-d(6) solution was recognised by H-1 and C-13 NMR techniques. Thorough analysis of NMR spectra confirmed that the main contribution comes from rotation about the partial double C-S bond. For the first time, a neat thiouronium ionic liquid system has been subjected to quantitative analysis of hindered rotamerism by dynamic NMR coalescence studies, with estimated activation energy for rotation of 63.9 +/- 0.4 kJ mol(-1). Finally, the application of (S)-[C(n)petu] Y salts as chiral discriminating agents for carboxylates by 1H NMR spectroscopy was further investigated, demonstrating the influence of the S-alkyl chain length on chiral recognition; (S)-[C(2)petu][NTf2] ionic liquid with the mandelate anion gave the best results.

Nonlinear optics from an ab initio approach by means of the dynamical Berry phase: Application to second- and third-harmonic generation in semiconductors

We present an ab initio real-time-based computational approach to study nonlinear optical properties in condensed matter systems that is especially suitable for crystalline solids and periodic nanostructures. The equations of motion and the coupling of the electrons with the external electric field are derived from the Berry-phase formulation of the dynamical polarization [Souza et al., Phys. Rev. B 69, 085106 (2004)]. Many-body effects are introduced by adding single-particle operators to the independent-particle Hamiltonian. We add a Hartree operator to account for crystal local effects and a scissor operator to correct the independent particle band structure for quasiparticle effects. We also discuss the possibility of accurately treating excitonic effects by adding a screened Hartree-Fock self-energy operator. The approach is validated by calculating the second-harmonic generation of SiC and AlAs bulk semiconductors: an excellent agreement is obtained with existing ab initio calculations from response theory in frequency domain [Luppi et al., Phys. Rev. B 82, 235201 (2010)]. We finally show applications to the second-harmonic generation of CdTe and the third-harmonic generation of Si. 

Di-mu-chloro-bis({2-[(2-hydroxyethyl)iminomethyl]phenolato-kappa N-3,O,O '} nickel(II)) methanol solvate

The title compound, [Ni2Cl2(C9H10NO2)(2)]center dot CH3OH, is a dinuclear unit built up by two nickel(II) complexes, bridged by two Cl atoms. The coordination geometry around each Ni-II atom can be considered as distorted square-pyramidal, with the tridendate chelate Schiff base ligands coordinating in a trans conformation through their imine N atom and phenoxy and alkoxy O atoms.

Perceptual Watermarking for Discrete Shearlet Transform

This paper presents a new perceptual watermarking model for Discrete Shearlet transform (DST). DST provides the optimal representation [10] of the image features based on multi-resolution and multi-directional analysis. This property can be exploited on for watermark embedding to achieve the watermarking imperceptibility by introducing the human visual system using Chou’s model. In this model, a spatial JND profile is adapted to fit the sub-band structure. The combination of DST and the Just-Noticeable Distortion (JND) profile improves the levels of robustness against certain attacks while minimizing the distortion; by assigning a visibility threshold of distortion to each DST sub-band coefficient in the case of grey scale image watermarking.

Calixarenos metálicos catalisadores de reacções orgânicas industriais sustentáveis

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química e Biológica

Spectroscopic and theoretical considerations of cyclopropenone

Please consult the paper edition of this thesis to read. It is available on the 5th Floor of the Library at Call Number: Z 9999 P65 D53 2007

Etude théorique des propriétés électroniques et optiques des super-réseaux de Si/SiO2

FRANCAIS: L'observation d'une intense luminescence dans les super-réseaux de Si/SiO2 a ouvert de nouvelles avenues en recherche théorique des matériaux à base de silicium, pour des applications éventuelles en optoélectronique. Le silicium dans sa phase cristalline possède un gap indirect, le rendant ainsi moins intéressant vis-à-vis d'autres matériaux luminescents. Concevoir des matériaux luminescents à base de silicium ouvrira donc la voie sur de multiples applications. Ce travail fait état de trois contributions au domaine. Premièrement, différents modèles de super-réseaux de Si/SiO2 ont été conçus et étudiés à l'aide de calculs ab initio afin d'en évaluer les propriétés structurales, électroniques et optiques. Les deux premiers modèles dérivés des structures cristallines du silicium et du dioxyde de silicium ont permis de démontrer l'importance du rôle de l'interface Si/SiO2 sur les propriétés optiques. De nouveaux modèles structurellement relaxés ont alors été construits afin de mieux caractériser les interfaces et ainsi mieux évaluer la portée du confinement sur les propriétés optiques. Deuxièmement, un gap direct dans les modèles structurellement relaxés a été obtenu. Le calcul de l'absorption (par l'application de la règle d'or de Fermi) a permis de confirmer que les propriétés d'absorption (et d'émission) du silicium cristallin sont améliorées lorsque celui-ci est confiné par le SiO2. Un décalage vers le bleu avec accroissement du confinement a aussi été observé. Une étude détaillée du rôle des atomes sous-oxydés aux interfaces a de plus été menée. Ces atomes ont le double effet d'accroître légèrement le gap d'énergie et d'aplanir la structure électronique près du niveau de Fermi. Troisièmement, une application directe de la théorique des transitions de Slater, une approche issue de la théorie de la fonctionnelle de la densité pour des ensembles, a été déterminée pour le silicium cristallin puis comparée aux mesures d'absorption par rayons X. Une très bonne correspondance entre cette théorie et l'expérience est observée. Ces calculs ont été appliqués aux super-réseaux afin d'estimer et caractériser leurs propriétés électroniques dans la zone de confinement, dans les bandes de conduction.

Etude ab initio du pnicture de fer supraconducteur LaOFeAs

Le présent mémoire traite de la description du LaOFeAs, le premier matériau découvert de la famille des pnictures de fer, par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Plus particulièrement, nous allons exposer l’état actuel de la recherche concernant ce matériau avant d’introduire rapidement la DFT. Ensuite, nous allons regarder comment se comparent les paramètres structuraux que nous allons calculer sous différentes phases par rapport aux résultats expérimentaux et avec les autres calculs DFT dans la littérature. Nous allons aussi étudier en détails la structure électronique du matériau sous ses différentes phases magnétiques et structurales. Nous emploierons donc les outils normalement utilisés pour mieux comprendre la structure électronique : structures de bandes, densités d’états, surfaces de Fermi, nesting au niveau de Fermi. Nous tirerons profit de la théorie des groupes afin de trouver les modes phononiques permis par la symétrie de notre cristal. De plus, nous étudierons le couplage électrons-phonons pour quelques modes. Enfin, nous regarderons l’effet de différentes fonctionnelles sur nos résultats pour voir à quel point ceux-ci sont sensibles à ce choix. Ainsi, nous utiliserons la LDA et la PBE, mais aussi la LDA+U et la PBE+U.

Conception, synthèse et caractérisation de nouvelles macromolécules branchées biocompatibles pour encapsuler des principes actifs hydrophobes

La vectorisation des médicaments est une approche très prometteuse tant sur le plan médical qu’économique pour la livraison des substances actives ayant une faible biodisponibilité. Dans ce contexte, les polymères en étoile et les dendrimères, macromolécules symétriques et branchées, semblent être les solutions de vectorisation les plus attrayantes. En effet, ces structures peuvent combiner efficacement une stabilité élevée dans les milieux biologiques à une capacité d’encapsulation des principes actifs. Grâce à leur architecture bien définie, ils permettent d’atteindre un très haut niveau de reproductibilité de résultats, tout en évitant le problème de polydispersité. Bien que des nombreuses structures dendritiques aient été proposées ces dernières années, il est cependant à noter que la conception de nouveaux nanovecteurs dendritiques efficaces est toujours d’actualité. Ceci s’explique par des nombreuses raisons telles que celles liées à la biocompatibilité, l’efficacité d’encapsulation des agents thérapeutiques, ainsi que par des raisons économiques. Dans ce projet, de nouvelles macromolécules branchées biocompatibles ont été conçues, synthétisées et évaluées. Pour augmenter leur efficacité en tant qu’agents d’encapsulations des principes actifs hydrophobes, les structures de ces macromolécules incluent un coeur central hydrophobe à base de porphyrine, décanediol ou trioléine modifié et, également, une couche externe hydrophile à base d’acide succinique et de polyéthylène glycol. Le choix des éléments structuraux de futures dendrimères a été basé sur les données de biocompatibilité, les résultats de nos travaux de synthèse préliminaires, ainsi que les résultats de simulation in silico réalisée par une méthode de mécanique moléculaire. Ces travaux ont permis de choisir des composés les plus prometteurs pour former efficacement et d’une manière bien contrôlable des macromolécules polyesters. Ils ont aussi permis d’évaluer au préalable la capacité de futurs dendrimères de capter une molécule médicamenteuse (itraconazole). Durant cette étape, plusieurs nouveaux composés intermédiaires ont été obtenus. L’optimisation des conditions menant à des rendements réactionnels élevés a été réalisée. En se basant sur les travaux préliminaires, l’assemblage de nouveaux dendrimères de première et de deuxième génération a été effectué, en utilisant les approches de synthèse divergente et convergente. La structure de nouveaux composés a été prouvée par les techniques RMN du proton et du carbone 13C, spectroscopie FTIR, UV-Vis, analyse élémentaire, spectrométrie de masse et GPC. La biocompatibilité de produits a été évaluée par les tests de cytotoxicité avec le MTT sur les macrophages murins RAW-262.7. La capacité d’encapsuler les principes actifs hydrophobes a été étudiée par les tests avec l’itraconazole, un antifongique puissant mais peu biodisponible. La taille de nanoparticules formées dans les solutions aqueuses a été mesurée par la technique DLS. Ces mesures ont montré que toutes les structures dendritiques ont tendance à former des micelles, ce qui exclue leurs applications en tant que nanocapsules unimoléculaires. L’activité antifongique des formulations d’itraconazole encapsulé avec les dendrimères a été étudiée sur une espèce d’un champignon pathogène Candida albicans. Ces tests ont permis de conclure que pour assurer l’efficacité du traitement, un meilleur contrôle sur le relargage du principe actif était nécessaire.

Calculs ab initio de structures électroniques et de leur dépendance en température avec la méthode GW

Cette thèse porte sur le calcul de structures électroniques dans les solides. À l'aide de la théorie de la fonctionnelle de densité, puis de la théorie des perturbations à N-corps, on cherche à calculer la structure de bandes des matériaux de façon aussi précise et efficace que possible. Dans un premier temps, les développements théoriques ayant mené à la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT), puis aux équations de Hedin sont présentés. On montre que l'approximation GW constitue une méthode pratique pour calculer la self-énergie, dont les résultats améliorent l'accord de la structure de bandes avec l'expérience par rapport aux calculs DFT. On analyse ensuite la performance des calculs GW dans différents oxydes transparents, soit le ZnO, le SnO2 et le SiO2. Une attention particulière est portée aux modèles de pôle de plasmon, qui permettent d'accélérer grandement les calculs GW en modélisant la matrice diélectrique inverse. Parmi les différents modèles de pôle de plasmon existants, celui de Godby et Needs s'avère être celui qui reproduit le plus fidèlement le calcul complet de la matrice diélectrique inverse dans les matériaux étudiés. La seconde partie de la thèse se concentre sur l'interaction entre les vibrations des atomes du réseau cristallin et les états électroniques. Il est d'abord montré comment le couplage électron-phonon affecte la structure de bandes à température finie et à température nulle, ce qu'on nomme la renormalisation du point zéro (ZPR). On applique ensuite la méthode GW au calcul du couplage électron-phonon dans le diamant. Le ZPR s'avère être fortement amplifié par rapport aux calculs DFT lorsque les corrections GW sont appliquées, améliorant l'accord avec les observations expérimentales.