La perception du temps et sa modulation par la température chez les guêpes parasitoïdes

Les modèles d'optimalité postulent que les animaux en quête de ressources utilisent le taux de gain de valeur adaptative pour optimiser plusieurs comportements tels que la répartition du temps lors de l’exploitation d‘un agrégat et l'investissement en progénitures. Bien que la durée de plusieurs comportements doit être régulée, peu d’évidences de la perception du temps sont actuellement disponibles pour les insectes et aucune pour les guêpes parasitoïdes, et ce malgré leur importance en tant que modèles écologiques. De plus, puisque les guêpes parasitoïdes sont poïkilothermes, cette capacité pourrait être affectée par la température. Nous avons supposé que les guêpes parasitoïdes auraient la capacité de percevoir le temps, à la fois de façon prospective (mesure du temps écoulé) et rétrospective (durée d'un événement passé), afin d'optimiser les décisions liées à l'exploitation d’agrégats d’hôtes et à la reproduction. Nous avons également émis l'hypothèse que la température aurait une incidence sur la perception du temps des guêpes parasitoïdes. Pour la mesure prospective du temps, nous avons utilisé la capacité d’apprentissage associatif de Microplitis croceipes (Hymenoptera: Braconidae). Les guêpes ont été entraînées à associer une odeur à la durée d'un intervalle entre des hôtes. Après leur entraînement, elles ont été testées dans un tunnel de vol avec un choix d’odeurs. Les guêpes ont choisi majoritairement l'odeur associée à l'intervalle de temps auquel elles étaient testées. Nous avons également investigué le rôle de la dépense énergétique sur la mesure du temps. Suite à une restriction de mouvement des guêpes pendant l'intervalle de temps entre les hôtes, elles choisissaient aléatoirement dans le tunnel de vol. L'absence de dépense énergétique les aurait rendues incapables de mesurer le temps. La dépense d'énergie est donc un substitut essentiel pour mesurer le temps. Pour la mesure rétrospective du temps, nous avons utilisé le processus d'évaluation de l'hôte de Trichogramma euproctidis (Hymenoptera: Trichogrammatidae). Certains trichogrammes utilisent la durée du transit initial sur l'œuf hôte afin d’en évaluer la taille et d’ajuster le nombre d’œufs à y pondre. Nous avons augmenté artificiellement la durée de transit initiale de T. euproctidis en suspendant l'œuf hôte pour le faire paraître plus gros qu'un œuf de taille similaire. Une augmentation de la durée de transit initiale a augmenté la taille de la ponte. Ceci démontre la capacité de T. euproctidis de mesurer la durée du transit initial, et donc d’une mesure du temps rétrospective. Pour déterminer si la température modifie la mesure du temps dans les espèces poïkilothermes, nous avons utilisé le comportement d’exploitation d’agrégats d’hôtes de T. euproctidis. Les modèles d’optimalités prédisent que les guêpes devraient rester plus longtemps et quitter à un faible taux de gain de valeur adaptative suite à un déplacement de longue durée plutôt que pour un déplacement de courte durée. Nous avons testé l'impact d'un déplacement de 24 h à différentes températures sur l'exploitation d’agrégats d’hôtes. Un déplacement à température chaude augmente le temps de résidence dans l’agrégat et diminue le taux de gain de valeur adaptative au moment de quitter ; ces comportements sont associés à un trajet de longue durée. L'inverse a été observé lors d’un déplacement à une température froide. Les températures chaude et froide ont modulé la mesure du temps en accélérant ou ralentissant l'horloge biologique, faisant paraître le déplacement respectivement plus long ou plus court qu’il ne l’était réellement. Ces résultats démontrent clairement que les guêpes parasitoïdes ont la capacité de mesurer le temps, autant rétrospectivement que prospectivement. Des preuves directes de leur capacité sont maintenant disponibles pour au moins deux espèces de guêpes parasitoïdes, une composante essentielle des modèles d'optimalité. Le rôle de la dépense énergétique dans la mesure du temps a aussi été démontré. Nos résultats fournissent également la preuve de l'impact de la température sur la perception du temps chez les insectes. L'utilisation de la dépense énergétique en tant que proxy pour mesurer le temps pourrait expliquer une partie de sa thermosensibilité, puisque les guêpes parasitoïdes sont poïkilothermes. Cette mesure du temps sensible à la température pourrait affecter des stratégies de lutte biologique. Sur le terrain, au début de la journée, la température de l'air sera similaire à la température de l'air autour des plantes infestées par des parasites, alors qu'elle sera plus chaude pendant la journée. En lutte biologique augmentative, les guêpes parasitoïdes libérées resteraient plus longtemps dans les agrégats d’hôtes que celles relâchées en début de journée.

Synthèse de sulfilimines et de sulfoximines catalysée par les métaux de transition

Les sulfilimines et les sulfoximines sont des motifs structuraux dont l’intérêt synthétique est grandissant, notamment du fait de leurs applications en chimie médicinale et en agrochimie. Les travaux rapportés dans cet ouvrage décrivent le développement de nouvelles méthodes de synthèse efficaces pour la production de ces unités atypiques. Ces méthodes sont basées sur la réactivité d’une source d’azote électrophile, vis-à-vis de thioéthers et de sulfoxydes. L’utilisation d’un complexe métallique introduit en quantité catalytique a permis de favoriser le processus réactionnel. En tirant bénéfice de l’expertise de notre groupe de recherche sur le développement de réactions d’amination stéréosélectives de liaisons C-H et d’aziridination de styrènes, nous avons d’abord étudié la réactivité des N-mésyloxycarbamates comme source d’azote électrophile. Après avoir optimisé sa synthèse sur grande échelle, ce réactif chiral a été utilisé dans des réactions d’amination de thioéthers et de sulfoxydes, catalysées par un dimère de rhodium (II) chiral. Un processus diastéréosélectif efficace a été mis au point, permettant de produire des sulfilimines et des sulfoximines chirales avec d’excellents rendements et sélectivités. Au cours de l’optimisation de cette méthode de synthèse, nous avons pu constater l’effet déterminant de certains additifs sur la réactivité et la sélectivité de la réaction. Une étude mécanistique a été entreprise afin de comprendre leur mode d’action. Il a été observé qu’une base de Lewis telle que le 4-diméthylaminopyridine (DMAP) pouvait se coordiner au dimère de rhodium(II) et modifier ses propriétés structurales et redox. Les résultats que nous avons obtenus suggèrent que l’espèce catalytique active est un dimère de rhodium de valence mixte Rh(II)/Rh(III). Nous avons également découvert que l’incorporation de sels de bispyridinium avait une influence cruciale sur la diastéréosélectivité de la réaction. D’autres expériences sur la nature du groupe partant du réactif N-sulfonyloxycarbamate nous ont permis de postuler qu’une espèce nitrénoïde de rhodium était l’intermédiaire clé du processus d’amination. De plus, l’exploitation des techniques de chimie en débit continu nous a permis de développer une méthode d’amination de thioéthers et de sulfoxydes très performante, en utilisant les azotures comme source d’azote électrophile. Basée sur la décompositon photochimique d’azotures en présence d’un complexe de fer (III) simple et commercialement disponible, nous avons été en mesure de produire des sulfilimines et des sulfoximines avec d’excellents rendements. Le temps de résidence du procédé d’amination a pu être sensiblement réduit par la conception d’un nouveau type de réacteur photochimique capillaire. Ces améliorations techniques ont permis de rendre la synthèse plus productive, ce qui constitue un élément important d’un point de vue industriel.

Oil Flow Rate Measurements Using 198au And Total Count Technique

In industrial plants, oil and oil compounds are usually transported by closed pipelines with circular cross-section. The use of radiotracers in oil transport and processing industrial facilities allows calibrating flowmeters, measuring mean residence time in cracking columns, locate points of obstruction or leak in underground ducts, as well as investigating flow behavior or industrial processes such as in distillation towers. Inspection techniques using radiotracers are non-destructive, simple, economic and highly accurate. Among them, Total Count, which uses a small amount of radiotracer with known activity, is acknowledged as an absolute technique for flow rate measurement. A viscous fluid transport system, composed by four PVC pipelines with 13m length (12m horizontal and 1m vertical) and ½, ¾, 1 and 2-inch gauges, respectively, interconnected by maneuvering valves was designed and assembled in order to conduct the research. This system was used to simulate different flow conditions of petroleum compounds and for experimental studies of flow profile in the horizontal and upward directions. As 198Au presents a single photopeak (411,8 keV), it was the radioisotope chosen for oil labeling, in small amounts (6 ml) or around 200 kBq activity, and it was injected in the oil transport lines. A NaI scintillation detector 2”x 2”, with well-defined geometry, was used to measure total activity, determine the calibration factor F and, positioned after a homogenization distance and interconnected to a standardized electronic set of nuclear instrumentation modules (NIM), to detect the radioactive cloud.

Employment of the Technique of Radiotracers for Analysis of Industrial Filters

The main aim of this work is to develop a methodology to evaluate the characteristics of porous media in filter using the radio-tracing technique. To do this, an experimental prototype filter made up of an acrylic cylinder, vertically mounted and supported on the lower side by a controlled leaking valve was developed. Two filters (spheres of acrylic and silica crystals) were used to check the movement of the water through the porous media using 123I in its MIBG (iodine-123-meta-iodo benzyl-guanidine) form. Further up the filter an instantaneous injection of the substance makes it possible to see the passage of radioactive clouds through the two scintillatory detectors NaI (2x2)” positioned before and immediately after the cylinder with the filtering element (porous media). The are caused by the detectors on the passage of the radioactive cloud are analyzed through statistical functions using the weighted moment method which makes it possible to calculate the Residence-Time (the amount of time the tracer takes to thoroughly pass through the filter) per the equation of dispersion in tubular flow and the one-directional flow of the radiotracer in the porous media.

Adsorption Calorimetry for Energy Conversion Technologies: Applications in Organic Photovoltaics, Catalysis, and Atomic Layer Deposition

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-07

Exact Solution of Bayes and Minimax Change-Detection Problems

The challenge of detecting a change in the distribution of data is a sequential decision problem that is relevant to many engineering solutions, including quality control and machine and process monitoring. This dissertation develops techniques for exact solution of change-detection problems with discrete time and discrete observations. Change-detection problems are classified as Bayes or minimax based on the availability of information on the change-time distribution. A Bayes optimal solution uses prior information about the distribution of the change time to minimize the expected cost, whereas a minimax optimal solution minimizes the cost under the worst-case change-time distribution. Both types of problems are addressed. The most important result of the dissertation is the development of a polynomial-time algorithm for the solution of important classes of Markov Bayes change-detection problems. Existing techniques for epsilon-exact solution of partially observable Markov decision processes have complexity exponential in the number of observation symbols. A new algorithm, called constellation induction, exploits the concavity and Lipschitz continuity of the value function, and has complexity polynomial in the number of observation symbols. It is shown that change-detection problems with a geometric change-time distribution and identically- and independently-distributed observations before and after the change are solvable in polynomial time. Also, change-detection problems on hidden Markov models with a fixed number of recurrent states are solvable in polynomial time. A detailed implementation and analysis of the constellation-induction algorithm are provided. Exact solution methods are also established for several types of minimax change-detection problems. Finite-horizon problems with arbitrary observation distributions are modeled as extensive-form games and solved using linear programs. Infinite-horizon problems with linear penalty for detection delay and identically- and independently-distributed observations can be solved in polynomial time via epsilon-optimal parameterization of a cumulative-sum procedure. Finally, the properties of policies for change-detection problems are described and analyzed. Simple classes of formal languages are shown to be sufficient for epsilon-exact solution of change-detection problems, and methods for finding minimally sized policy representations are described.

Rate of Belowground Carbon Allocation Differs with Successional Habit of Two Afromontane Trees

Background: Anthropogenic disturbance of old-growth tropical forests increases the abundance of early successional tree species at the cost of late successional ones. Quantifying differences in terms of carbon allocation and the proportion of recently fixed carbon in soil CO2 efflux is crucial for addressing the carbon footprint of creeping degradation. Methodology: We compared the carbon allocation pattern of the late successional gymnosperm Podocarpus falcatus (Thunb.) Mirb. and the early successional (gap filling) angiosperm Croton macrostachyus Hochst. es Del. in an Ethiopian Afromontane forest by whole tree (CO2)-C-13 pulse labeling. Over a one-year period we monitored the temporal resolution of the label in the foliage, the phloem sap, the arbuscular mycorrhiza, and in soil-derived CO2. Further, we quantified the overall losses of assimilated C-13 with soil CO2 efflux. Principal Findings: C-13 in leaves of C. macrostachyus declined more rapidly with a larger size of a fast pool (64% vs. 50% of the assimilated carbon), having a shorter mean residence time (14 h vs. 55 h) as in leaves of P. falcatus. Phloem sap velocity was about 4 times higher for C. macrostachyus. Likewise, the label appeared earlier in the arbuscular mycorrhiza of C. macrostachyus and in the soil CO2 efflux as in case of P. falcatus (24 h vs. 72 h). Within one year soil CO2 efflux amounted to a loss of 32% of assimilated carbon for the gap filling tree and to 15% for the late successional one. Conclusions: Our results showed clear differences in carbon allocation patterns between tree species, although we caution that this experiment was unreplicated. A shift in tree species composition of tropical montane forests (e. g., by degradation) accelerates carbon allocation belowground and increases respiratory carbon losses by the autotrophic community. If ongoing disturbance keeps early successional species in dominance, the larger allocation to fast cycling compartments may deplete soil organic carbon in the long run.

Improving the stability of an oxime based electrochemical microsensor for organo-phosphate vapor detection

A micro gas sensor has been developed by our group for the detection of organo-phosphate vapors using an aqueous oxime solution. The analyte diffuses from the high flow rate gas stream through a porous membrane to the low flow rate aqueous phase. It reacts with the oxime PBO (1-Phenyl-1,2,3,-butanetrione 2-oxime) to produce cyanide ions, which are then detected electrochemically from the change in solution potential. Previous work on this oxime based electrochemistry indicated that the optimal buffer pH for the aqueous solution was approximately 10. A basic environment is needed for the oxime anion to form and the detection reaction to take place. At this specific pH, the potential response of the sensor to an analyte (such as acetic anhydride) is maximized. However, sensor response slowly decreases as the aqueous oxime solution ages, by as much as 80% in first 24 hours. The decrease in sensor response is due to cyanide which is produced during the oxime degradation process, as evidenced by the cyanide selective electrode. Solid phase micro-extraction carried out on the oxime solution found several other possible degradation products, including acetic acid, N-hydroxy benzamide, benzoic acid, benzoyl cyanide, 1-Phenyl 1,3-butadione, 2-isonitrosoacetophenone and an imine derived from the oxime. It was concluded that degradation occurred through nucleophilic attack by a hydroxide or oxime anion to produce cyanide, as well as a nitrogen atom rearrangement similar to Beckmann rearrangement. The stability of the oxime in organic solvents is most likely due to the lack of water, and specifically hydroxide ions. The reaction between oxime and organo-phosphate to produce cyanide ions requires hydroxide ions, and therefore pure organic solvents are not compatible with the current micro-sensor electrochemistry. By combining a concentrated organic oxime solution with the basic aqueous buffer just prior to being used in the detection process, oxime degradation can be avoided while preserving the original electrochemical detection scheme. Based on beaker cell experiments with selective cyanide sensitive electrodes, ethanol was chosen as the best organic solvent due to its stabilizing effect on the oxime, minimal interference with the aqueous electrochemistry, and compatibility with the current microsensor material (PMMA). Further studies showed that ethanol had a small effect on micro-sensor performance by reducing the rate of cyanide production and decreasing the overall response time. To avoid incomplete mixing of the aqueous and organic solutions, they were pre-mixed externally at a 10:1 ratio, respectively. To adapt the microsensor design to allow for mixing to take place within the device, a small serpentine channel component was fabricated with the same dimensions and material as the original sensor. This allowed for seamless integration of the microsensor with the serpentine mixing channel. Mixing in the serpentine microchannel takes place via diffusion. Both detector potential response and diffusional mixing improve with increased liquid residence time, and thus decreased liquid flowrate. Micromixer performance was studies at a 10:1 aqueous buffer to organic solution flow rate ratio, for a total rate of 5.5 μL/min. It was found that the sensor response utilizing the integrated micromixer was nearly identical to the response when the solutions were premixed and fed at the same rate.

Ultra high pressure homogenization (UHPH) inactivation of Bacillus amyloliquefaciens spores in phosphate buffered saline (PBS) and milk

Ultra high pressure homogenization (UHPH) opens up new areas for dynamic high pressure assisted thermal sterilization of liquids. Bacillus amyloliquefaciens spores are resistant to high isostatic pressure and temperature and were suggested as potential surrogate for high pressure thermal sterilization validation. B. amyloliquefaciens spores suspended in PBS buffer (0.01 M, pH 7.0), low fat milk (1.5%, pH 6.7), and whole milk (3.5%, pH 6.7) at initial concentration of similar to 10(6) CFU/mL were subjected to UHPH treatments at 200, 300, and 350 MPa with an inlet temperature at similar to 80 degrees C. Thermal inactivation kinetics of B. amyloliquefaciens spores in PBS and milk were assessed with thin wall glass capillaries and modeled using first-order and Weibull models. The residence time during UHPH treatments was estimated to determine the contribution of temperature to spore inactivation by UHPH. No sublethal injury was detected after UHPH treatments using sodium chloride as selective component in the nutrient agar medium. The inactivation profiles of spores in PBS buffer and milk were compared and fat provided no clear protective effect for spores against treatments. Treatment at 200 MPa with valve temperatures lower than 125 degrees C caused no reduction of spores. A reduction of 3.5 log(10)CFU/mL of B. amyloliquefaciens spores was achieved by treatment at 350 MPa with a valve temperature higher than 150 degrees C. The modeled thermal inactivation and observed inactivation during UHPH treatments suggest that temperature could be the main lethal effect driving inactivation.

Influence of Nitrogen and Sink Competition on Shoot Growth of Poplar

Terrestrial and oceanic biomass carbon sinks help reduce anthropogenic CO2 emissions and mitigate the long-term effect of increasing atmospheric CO2. Woody plants have large carbon pools because of their long residence time, however N availability can negatively impact tree responses to elevated CO2. Seasonal cycling of internal N in trees is a component that contributes to fitness especially in N limited environments. It involves resorption from senescing leaves of deciduous trees and storage as vegetative storage proteins (VSP) in perennial organs. Populus is a model organism for tree biology that efficiently recycles N. Bark storage proteins (BSP) are the most abundant VSP that serves as seasonal N reserves. Here I show how poplar growth is influenced by N availability and how growth is influenced by shoot competition for stored N reserves. I also provide data that indicates that auxin mediates BSP catabolism during renewed shoot growth. Understanding the components of N accumulation, remobilization and utilization can provide insights leading to increasing N use efficiency (NUE) of perennial plants.

Experimental Modeling of Twin-Screw Extrusion Processes to Predict Properties of Extruded Composites

Twin-screw extrusion is used to compound fillers into a polymer matrix in order to improve the properties of the final product. The resultant properties of the composite are determined by the operating conditions used during extrusion processing. Changes in the operating conditions affect the physics of the melt flow, inducing unique composite properties. In the following work, the Residence Stress Distribution methodology has been applied to model both the stress behavior and the property response of a twin-screw compounding process as a function of the operating conditions. The compounding of a pigment into a polymer melt has been investigated to determine the effect of stress on the degree of mixing, which will affect the properties of the composite. In addition, the pharmaceutical properties resulting from the compounding of an active pharmaceutical ingredient are modeled as a function of the operating conditions, indicating the physical behavior inducing the property responses.

La perception du temps et sa modulation par la température chez les guêpes parasitoïdes

Les modèles d'optimalité postulent que les animaux en quête de ressources utilisent le taux de gain de valeur adaptative pour optimiser plusieurs comportements tels que la répartition du temps lors de l’exploitation d‘un agrégat et l'investissement en progénitures. Bien que la durée de plusieurs comportements doit être régulée, peu d’évidences de la perception du temps sont actuellement disponibles pour les insectes et aucune pour les guêpes parasitoïdes, et ce malgré leur importance en tant que modèles écologiques. De plus, puisque les guêpes parasitoïdes sont poïkilothermes, cette capacité pourrait être affectée par la température. Nous avons supposé que les guêpes parasitoïdes auraient la capacité de percevoir le temps, à la fois de façon prospective (mesure du temps écoulé) et rétrospective (durée d'un événement passé), afin d'optimiser les décisions liées à l'exploitation d’agrégats d’hôtes et à la reproduction. Nous avons également émis l'hypothèse que la température aurait une incidence sur la perception du temps des guêpes parasitoïdes. Pour la mesure prospective du temps, nous avons utilisé la capacité d’apprentissage associatif de Microplitis croceipes (Hymenoptera: Braconidae). Les guêpes ont été entraînées à associer une odeur à la durée d'un intervalle entre des hôtes. Après leur entraînement, elles ont été testées dans un tunnel de vol avec un choix d’odeurs. Les guêpes ont choisi majoritairement l'odeur associée à l'intervalle de temps auquel elles étaient testées. Nous avons également investigué le rôle de la dépense énergétique sur la mesure du temps. Suite à une restriction de mouvement des guêpes pendant l'intervalle de temps entre les hôtes, elles choisissaient aléatoirement dans le tunnel de vol. L'absence de dépense énergétique les aurait rendues incapables de mesurer le temps. La dépense d'énergie est donc un substitut essentiel pour mesurer le temps. Pour la mesure rétrospective du temps, nous avons utilisé le processus d'évaluation de l'hôte de Trichogramma euproctidis (Hymenoptera: Trichogrammatidae). Certains trichogrammes utilisent la durée du transit initial sur l'œuf hôte afin d’en évaluer la taille et d’ajuster le nombre d’œufs à y pondre. Nous avons augmenté artificiellement la durée de transit initiale de T. euproctidis en suspendant l'œuf hôte pour le faire paraître plus gros qu'un œuf de taille similaire. Une augmentation de la durée de transit initiale a augmenté la taille de la ponte. Ceci démontre la capacité de T. euproctidis de mesurer la durée du transit initial, et donc d’une mesure du temps rétrospective. Pour déterminer si la température modifie la mesure du temps dans les espèces poïkilothermes, nous avons utilisé le comportement d’exploitation d’agrégats d’hôtes de T. euproctidis. Les modèles d’optimalités prédisent que les guêpes devraient rester plus longtemps et quitter à un faible taux de gain de valeur adaptative suite à un déplacement de longue durée plutôt que pour un déplacement de courte durée. Nous avons testé l'impact d'un déplacement de 24 h à différentes températures sur l'exploitation d’agrégats d’hôtes. Un déplacement à température chaude augmente le temps de résidence dans l’agrégat et diminue le taux de gain de valeur adaptative au moment de quitter ; ces comportements sont associés à un trajet de longue durée. L'inverse a été observé lors d’un déplacement à une température froide. Les températures chaude et froide ont modulé la mesure du temps en accélérant ou ralentissant l'horloge biologique, faisant paraître le déplacement respectivement plus long ou plus court qu’il ne l’était réellement. Ces résultats démontrent clairement que les guêpes parasitoïdes ont la capacité de mesurer le temps, autant rétrospectivement que prospectivement. Des preuves directes de leur capacité sont maintenant disponibles pour au moins deux espèces de guêpes parasitoïdes, une composante essentielle des modèles d'optimalité. Le rôle de la dépense énergétique dans la mesure du temps a aussi été démontré. Nos résultats fournissent également la preuve de l'impact de la température sur la perception du temps chez les insectes. L'utilisation de la dépense énergétique en tant que proxy pour mesurer le temps pourrait expliquer une partie de sa thermosensibilité, puisque les guêpes parasitoïdes sont poïkilothermes. Cette mesure du temps sensible à la température pourrait affecter des stratégies de lutte biologique. Sur le terrain, au début de la journée, la température de l'air sera similaire à la température de l'air autour des plantes infestées par des parasites, alors qu'elle sera plus chaude pendant la journée. En lutte biologique augmentative, les guêpes parasitoïdes libérées resteraient plus longtemps dans les agrégats d’hôtes que celles relâchées en début de journée.

Synthèse de sulfilimines et de sulfoximines catalysée par les métaux de transition

Les sulfilimines et les sulfoximines sont des motifs structuraux dont l’intérêt synthétique est grandissant, notamment du fait de leurs applications en chimie médicinale et en agrochimie. Les travaux rapportés dans cet ouvrage décrivent le développement de nouvelles méthodes de synthèse efficaces pour la production de ces unités atypiques. Ces méthodes sont basées sur la réactivité d’une source d’azote électrophile, vis-à-vis de thioéthers et de sulfoxydes. L’utilisation d’un complexe métallique introduit en quantité catalytique a permis de favoriser le processus réactionnel. En tirant bénéfice de l’expertise de notre groupe de recherche sur le développement de réactions d’amination stéréosélectives de liaisons C-H et d’aziridination de styrènes, nous avons d’abord étudié la réactivité des N-mésyloxycarbamates comme source d’azote électrophile. Après avoir optimisé sa synthèse sur grande échelle, ce réactif chiral a été utilisé dans des réactions d’amination de thioéthers et de sulfoxydes, catalysées par un dimère de rhodium (II) chiral. Un processus diastéréosélectif efficace a été mis au point, permettant de produire des sulfilimines et des sulfoximines chirales avec d’excellents rendements et sélectivités. Au cours de l’optimisation de cette méthode de synthèse, nous avons pu constater l’effet déterminant de certains additifs sur la réactivité et la sélectivité de la réaction. Une étude mécanistique a été entreprise afin de comprendre leur mode d’action. Il a été observé qu’une base de Lewis telle que le 4-diméthylaminopyridine (DMAP) pouvait se coordiner au dimère de rhodium(II) et modifier ses propriétés structurales et redox. Les résultats que nous avons obtenus suggèrent que l’espèce catalytique active est un dimère de rhodium de valence mixte Rh(II)/Rh(III). Nous avons également découvert que l’incorporation de sels de bispyridinium avait une influence cruciale sur la diastéréosélectivité de la réaction. D’autres expériences sur la nature du groupe partant du réactif N-sulfonyloxycarbamate nous ont permis de postuler qu’une espèce nitrénoïde de rhodium était l’intermédiaire clé du processus d’amination. De plus, l’exploitation des techniques de chimie en débit continu nous a permis de développer une méthode d’amination de thioéthers et de sulfoxydes très performante, en utilisant les azotures comme source d’azote électrophile. Basée sur la décompositon photochimique d’azotures en présence d’un complexe de fer (III) simple et commercialement disponible, nous avons été en mesure de produire des sulfilimines et des sulfoximines avec d’excellents rendements. Le temps de résidence du procédé d’amination a pu être sensiblement réduit par la conception d’un nouveau type de réacteur photochimique capillaire. Ces améliorations techniques ont permis de rendre la synthèse plus productive, ce qui constitue un élément important d’un point de vue industriel.

Towards a predictive model of Ca²⁺ puffs

We investigate key characteristics of Ca²⁺ puffs in deterministic and stochastic frameworks that all incorporate the cellular morphology of IP[subscript]3 receptor channel clusters. In a first step, we numerically study Ca²⁺ liberation in a three dimensional representation of a cluster environment with reaction-diffusion dynamics in both the cytosol and the lumen. These simulations reveal that Ca²⁺ concentrations at a releasing cluster range from 80 µM to 170 µM and equilibrate almost instantaneously on the time scale of the release duration. These highly elevated Ca²⁺ concentrations eliminate Ca²⁺ oscillations in a deterministic model of an IP[subscript]3R channel cluster at physiological parameter values as revealed by a linear stability analysis. The reason lies in the saturation of all feedback processes in the IP[subscript]3R gating dynamics, so that only fluctuations can restore experimentally observed Ca²⁺ oscillations. In this spirit, we derive master equations that allow us to analytically quantify the onset of Ca²⁺ puffs and hence the stochastic time scale of intracellular Ca²⁺ dynamics. Moving up the spatial scale, we suggest to formulate cellular dynamics in terms of waiting time distribution functions. This approach prevents the state space explosion that is typical for the description of cellular dynamics based on channel states and still contains information on molecular fluctuations. We illustrate this method by studying global Ca²⁺ oscillations.

Queueuing system with failures and priorities

Queueing theory provides models, structural insights, problem solutions and algorithms to many application areas. Due to its practical applicability to production, manufacturing, home automation, communications technology, etc, more and more complex systems requires more elaborated models, tech- niques, algorithm, etc. need to be developed. Discrete-time models are very suitable in many situations and a feature that makes the analysis of discrete time systems technically more involved than its continuous time counterparts. In this paper we consider a discrete-time queueing system were failures in the server can occur as-well as priority messages. The possibility of failures of the server with general life time distribution is considered. We carry out an extensive study of the system by computing generating functions for the steady-state distribution of the number of messages in the queue and in the system. We also obtain generating functions for the stationary distribution of the busy period and sojourn times of a message in the server and in the system. Performance measures of the system are also provided.