Surface structured platinum electrodes for the electrochemical reduction of carbon dioxide in imidazolium based ionic liquids

The direct CO2 electrochemical reduction on model platinum single crystal electrodes Pt(hkl) is studied in [C2mim+][NTf2−], a suitable room temperature ionic liquid (RTIL) medium due to its moderate viscosity, high CO2 solubility and conductivity. Single crystal electrodes represent the most convenient type of surface structured electrodes for studying the impact of RTIL ion adsorption on relevant electrocatalytic reactions, such as surface sensitive electrochemical CO2 reduction. We propose here based on cyclic voltammetry and in situ electrolysis measurements, for the first time, the formation of a stable adduct [C2mimH–CO2−] by a radical–radical coupling after the simultaneous reduction of CO2 and [C2mim+]. It means between the CO2 radical anion and the radical formed from the reduction of the cation [C2mim+] before forming the corresponding electrogenerated carbene. This is confirmed by the voltammetric study of a model imidazolium-2-carboxylate compound formed following the carbene pathway. The formation of that stable adduct [C2mimH–CO2−] blocks CO2 reduction after a single electron transfer and inhibits CO2 and imidazolium dimerization reactions. However, the electrochemical reduction of CO2 under those conditions provokes the electrochemical cathodic degradation of the imidazolium based RTIL. This important limitation in CO2 recycling by direct electrochemical reduction is overcome by adding a strong acid, [H+][NTf2−], into solution. Then, protons become preferentially adsorbed on the electrode surface by displacing the imidazolium cations and inhibiting their electrochemical reduction. This fact allows the surface sensitive electro-synthesis of HCOOH from CO2 reduction in [C2mim+][NTf2−], with Pt(110) being the most active electrode studied.

Reduction of 1,2-dicarbonyl compounds and of their N-phenylimine derivatives by sodium cyanide under aprotic conditions

Some aromatic 1,2-dicarbonyl compounds, i.e. 9,10-phenanthrenequinone, acenaphthenequinone and benzil, and their corresponding N-phenyl monoimines, have been reduced, using dry acetonitrile as the solvent, in the presence of sodium cyanide as a reducing agent. Comparative potentiostatic preparative-scale electrolysis is described.

Ultrafast transient absorption spectroscopy: principles and applications

The study of photophysical and photochemical processes crosses the interest of many fields of research in physics, chemistry and biology. In particular, the photophysical and photochemical reactions, after light absorption by a photosynthetic pigment-protein complex, are among the fastest events in biology, taking place on timescales ranging from tens of femtoseconds to a few nanoseconds. Among the experimental approaches developed for this purpose, the advent of ultrafast transient absorption spectroscopy has become a powerful and widely used technique.[1,2] Focusing on the process of photosynthesis, it relies upon the efficient absorption and conversion of the radiant energy from the Sun. Chlorophylls and carotenoids are the main players in the process. Photosynthetic pigments are typically arranged in a highly organized fashion to constitute antennas and reaction centers, supramolecular devices where light harvesting and charge separation take place. The very early steps in the photosynthetic process take place after the absorption of a photon by an antenna system, which harvests light and eventually delivers it to the reaction center. In order to compete with internal conversion, intersystem crossing, and fluorescence, which inevitably lead to energy loss, the energy and electron transfer processes that fix the excited-state energy in photosynthesis must be extremely fast. In order to investigate these events, ultrafast techniques down to a sub-100 fs resolution must be used. In this way, energy migration within the system as well as the formation of new chemical species such as charge-separated states can be tracked in real time. This can be achieved by making use of ultrafast transient absorption spectroscopy. The basic principles of this notable technique, instrumentation, and some recent applications to photosynthetic systems[3] will be described. Acknowledgements M. Moreno Oliva thanks the MINECO for a “Juan de la Cierva-Incorporación” research contract. References [1] U. Megerle, I. Pugliesi, C. Schriever, C.F. Sailer and E. Riedle, Appl. Phys. B, 96, 215 – 231 (2009). [2] R. Berera, R. van Grondelle and J.T.M. Kennis, Photosynth. Res., 101, 105 – 118 (2009). [3] T. Nikkonen, M. Moreno Oliva, A. Kahnt, M. Muuronen, J. Helaja and D.M. Guldi, Chem. Eur. J., 21, 590 – 600 (2015).

[n]cycloparaphenylenes with charges: cyclic conjugation at last

Oligophenylenes (polyphenylenes) are constituted by an array of conjugated benzenes where inter-ring electron delocalization tends to extend over the whole chain (linear conjugation) being intrinsically limited, among other factors, by terminal effects. Alternatively, cyclic conjugation is envisaged as the unlimited free-boundary versionofconjugation which will impact the structure of molecules in rather unknown ways. The cyclic version of oligophenylenes, cycloparaphenylenes ([n]CPPs with n the number of phenyl rings) were first synthesized in 2008 by Beztozzi and Jasti.1 Today the whole [n]CPP series from [5]CPP to [18]CPP has been prepared. [n]CPPs represent ideal models to investigate new insights of the electronic structure of molecules and cyclic conjugation when electrons or charges circulate in a closed circuit without boundaries. Radical cations and dications of [n]CPP from n=5 to n=12 have been prepared and studied by Raman spectroscopy.2 Small [n]CPP dications own their stability to the closed-shell electronic configuration imposed by cyclic conjugation. However, in large [n]CPP dications cyclic conjugation is minimal and these divalent species form open-shell biradicals. The Raman spectra reflect the effect of cyclic conjugation in competition with cyclic strain and biradicaloid aromatic stabilization. Cyclic conjugation provokes the existence of a turning point or V-shape behavior of the frequencies of the G bands as a function of n. In this communication we will show the vibrational spectroscopic fingerprint of this rare form of conjugation. [1] R. Jasti, J. Bhattacharjee, J. B. Neaton, C. R. Bertozzi, “Synthesis, Characterization, and Theory of [9]-, [12]-, and [18]Cycloparaphenylene: Carbon Nanohoop Structures”, J. Am. Chem. Soc. 130 (2008), 17646–17647. [2] M. P. Alvarez, P. M. Burrezo, M. Kertesz, T. Iwamoto, S. Yamago, J. Xia, R. Jasti, J. T. L. Navarrete, M. Taravillo, V. G. Baonza, J. Casado, “Properties of Sizeable [n]CycloParaPhenylenes As Molecular Models of Single-Wall Carbon Nanotubes By Raman Spectroscopy: Structural and Electron-Transfer Responses Under Mechanical Stress”, Angew. Chem. Int. Ed. 53, (2014), 7033−7037.

Electrocatalytic oxidation enhancement at the surface of InGaN films and nanostructures grown directly on Si(111)

Pronounced electrocatalytic oxidation enhancement at the surface of InGaN layers and nanostructures directly grown on Si by plasma-assisted molecular beam epitaxy is demonstrated. The oxidation enhancement, probed with the ferro/ferricyanide redox couple increases with In content and proximity of nanostructure surfaces and sidewalls to the c-plane. This is attributed to the corresponding increase of the density of intrinsic positively charged surface donors promoting electron transfer. Strongest enhancement is for c-plane InGaN layers functionalized with InN quantum dots (QDs). These results explain the excellent performance of our InN/InGaN QD biosensors and water splitting electrodes for further boosting efficiency.

Transfert ultrarapide d’électron et transfert modéré d’énergie au sein d’assemblages supramoléculaires de colorants et d’un cluster de palladium

Résumé : Les transferts d’électrons photo-induits et d’énergie jouent un rôle primordial dans un grand nombre de processus photochimiques et photobiologiques, comme la respiration ou la photosynthèse. Une très grande quantité de systèmes à liaisons covalentes ont été conçus pour copier ces processus de transferts. Cependant, les progrès sont, en grande partie, limités par les difficultés rencontrées dans la synthèse de nouveaux couples de types donneurs-accepteurs. Récemment, des espèces utilisant des liaisons non-covalentes, comme les liaisons hydrogènes, les interactions [pi]-[pi], les liaisons de coordination métal-ligands ou encore les interactions électrostatiques sont le centre d’un nouvel intérêt du fait qu’ils soient plus faciles à synthétiser et à gérer pour obtenir des comportements de transferts d’électrons ou d’énergie plus flexibles et sélectifs. C’est dans cette optique que le travail de cette thèse a été mené, i.e. de concevoir des composés auto-assemblés avec des porphyrines et un cluster de palladium pour l’étude des transferts d’électrons photo-induits et d’énergie. Cette thèse se divise en quatre parties principales. Dans la première section, le chapitre 3, deux colorants porphyriniques, soit le 5-(4-carboxylphényl)-10, 15, 20-tristolyl(porphyrinato)zinc(II) (MCP, avec Na+ comme contre-ion) et 5, 15-bis(4-carboxylphényl)-15, 20-bistolyl(porphyrinato)zinc(II) (DCP, avec Na+ comme contre-ion) ont été utilisés comme donneurs d’électrons, et le [Pd3(dppm)3(CO)]2+ ([Pd32+], dppm = (Ph2P)2CH2, PF6‾ est le contre-ion) a été choisi comme accepteur d’électrons. La structure de l’assemblage [Pd32+]•••porphyrine a été élucidée par l’optimisation des géométries à l’aide de calculs DFT. La spectroscopie d’absorption transitoire (TAS) montre la vitesse de transferts d’électrons la plus rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection) jamais enregistrée pour ce type de système (porphyrine-accepteur auto-assemblés). Généralement, ces processus sont de l’ordre de l’échelle de la ps-ns. Cette vitesse est comparable aux plus rapides transferts d’électrons rapportés dans le cas de systèmes covalents de type porphyrine-accepteur rapide (< 85 fs, temps inférieurs à la limite de détection). Ce transfert d’électrons ultra-rapide (ket > 1.2 × 1013 s-1) se produit à l’état énergétique S1 des colorants dans une structure liée directement par des interactions ioniques, ce qui indique qu’il n’est pas nécessaire d’avoir de forts liens ou une géométrie courbée entre le donneur et l’accepteur. Dans une deuxième section, au chapitre 4, nous avons étudié en profondeur l’effet de l’utilisation de porphyrines à systèmes π-étendus sur le comportement des transferts d’électrons. Le colorant 9, 18, 27, 36-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPBP, avec Na+ comme contre-ion) a été sélectionné comme candidat, et le 5, 10, 15, 20-tétrakis-meso-(4-carboxyphényl)porphyrineatozinc(II) (TCPP, avec Na+ comme contre-ion) a aussi été utilisé à des fins de comparaisons. TCPBP et TCPP ont, tous deux, été utilisés comme donneurs d’électrons pour fabriquer des assemblages supramoléculaires avec le cluster [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Les calculs DFT ont été réalisés pour expliquer les structures de ces assemblages. Dans les conditions expérimentales, ces assemblages sont composés principalement d’une porphyrine avec 4 équivalents de clusters. Ces systèmes ont aussi été investigués par des mesures de quenching (perte de luminescence), par électrochimie et par d’autres techniques. Les transferts d’électrons (< 85 fs; temps inférieurs à la limite de détection) étaient aussi observés, de façon similaire aux assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les résultats nous indiquent que la modification de la structure de la porphyrine vers la tétrabenzoporphyrine ne semble pas influencer le comportement des cinétiques de transferts d’électrons (aller ou retour). Dans la troisième section, le chapitre 5, nous avons synthétisé la porphyrine hautement [pi]-conjuguée: 9, 18, 27, 36-tétra-(4-carboxyphényléthynyl)tétrabenzoporphyrinatozinc(II) (TCPEBP, avec Na+ comme contre-ion) par des fonctionnalisations en positions meso- et β, β-, qui présente un déplacement vers le rouge de la bande de Soret et des bandes Q. TCPEBP était utilisé comme donneur d’électrons pour fabriquer des motifs supramoléculaires avec le [Pd32+] comme accepteur d’électrons. Des expériences en parallèle ont été menées en utilisant la 5, 10, 15, 20-tétra-(4-carboxyphényl)éthynylporphyrinatozinc(II) (TCPEP, avec Na+ comme contre-ion). Des calculs DFT et TDDFT ont été réalisés pour de nouveau déterminer de façon théorique les structures de ces systèmes. Les constantes d’association pour les assemblages TCPEBP•••[Pd32+]x sont les plus élevées parmi tous les assemblages entre des porphyrines et le cluster de palladium rencontrés dans la littérature. La TAS a montré, encore une fois, des processus de transferts d’électrons dans des échelles de l’ordre de 75-110 fs. Cependant, les transferts de retour d’électrons sont aussi très rapides (< 1 ps), ce qui est un obstacle potentiel pour des applications en cellules solaires à pigment photosensible (DSSCs). Dans la quatrième section, le chapitre 6, les transferts d’énergie triplets (TET) ont été étudiés pour les assemblages MCP•••[Pd32+] et [Pd32+]•••DCP•••[Pd32+]. Les analyses spectrales des états transitoires dans l’échelle de temps de la ns-[mu]s démontrent de façon évidente les TETs; ceux-ci présentent des transferts d’énergie lents et/ou des vitesses moyennes pour des transferts d’énergie T1-T1 (3dye*•••[Pd32+] → dye•••3[Pd32+]*) opérant à travers exclusivement le mécanisme de Förster avec des valeurs de kET autour de ~ 1 × 105 s-1 selon les mesures d’absorption transitoires à 298 K. Des forces motrices non-favorables rendent ces types de processus non-opérants ou très lents dans les états T1. L’état T1 de [Pd32+] (~8190 cm-1) a été qualitativement déterminé par DFT et par la mise en évidence de l’émission S0 ← Tn retardée à 680-700 nm provenant de l’annihilation T1-T1, ce qui fait que ce cluster peut potentiellement agir comme un donneur à partir de ses états Tn, et accepteur à partir de T1 à l’intérieur de ces assemblages. Des pertes d’intensités de types statiques pour la phosphorescence dans le proche-IR sont observées à 785 nm. Ce travail démontre une efficacité modérée des colorants à base de porphyrines pour être impliquée dans des TETs avec des fragments organométalliques, et ce, même attachées grâce à des interactions ioniques. En conclusion, les assemblages ioniques à base de porphyrines et de clusters de palladium présentent des propriétés de transferts d’électrons S1 ultra-rapides, et des transferts d’énergie T1 de vitesses modérées, ce qui est utile pour de possibles applications comme outils optoélectroniques. D’autres études, plus en profondeur, sont présentement en progrès.

BODIPY-Porphyrazin-Hybride als panchromatische Lichtsammelsysteme für farbstoffsensibilisierte Solarzellen

In farbstoffsensibilisierten Solarzellen (DSSC) spielen Chromophore, die als Lichtsammel- und Energie-/Elektronentransfersysteme fungieren, eine zentrale Rolle. Phthalocyanine mit ihren intensiven Absorptionsbanden um 400 nm und 700 nm besitzen großes Potential für die effektive Sensibilisierung von Solarzellen. Trotz ihrer vielversprechenden physikochemischen Eigenschaften und intensiver Bemühungen erreichen Phthalocyanin-sensibilisierte Solarzellen nicht die Effizienzen, die bisher mit anderen Chromophorklassen erzielt werden konnten. In der vorliegenden Dissertation wurde die Entwicklung effizienter Lichtsammelsysteme für DSSC auf der Basis von Aza-substituierten Phthalocyaninen, sogenannten Pyrazinoporphyrazinen, verfolgt. Ein besonderer Fokus lag dabei auf einer Verbesserung der Absorptionseigenschaften der Chromophore im Bereich ihrer intrinsischen Absorptionslücke zwischen den Maxima um 400 nm und 700 nm. Um diese optische Lücke zu schließen wurden komplementär absorbierende BODIPY-Farbstoffe kovalent an synthetisch maßgeschneiderte Porphyrazine gebunden. Insgesamt wurden sechs neue Porphyrazin-Sensibilisatoren synthetisiert und photophysikalisch sowie elektrochemisch charakterisiert. Alle in dieser Arbeit untersuchten Porphyrazine tragen sterisch anspruchsvolle Tri(p-tolyl)propinyl-Gruppen um Agglomerationen zu vermeiden. Darüber hinaus wurden die Porphyrazine peripher entweder mit Hydroxy- oder Carboxygruppen als Bindungsstellen für oxidische Materialien ausgestattet sowie mit sechs BODIPY-Auxiliarfarbstoffen funktionalisiert, deren Substitutionsmuster variiert wurden. Zur Darstellung der komplexen Porphyrazine wurde eine Syntheseroute erarbeitet, die statistische Cyclisierungen unterschiedlicher Dinitril-Vorstufen beinhaltete und es ermöglichte, funktionelle Gruppen erst am vorgeformten Makrocyclus einzuführen. Die photophysikalische Untersuchung der hochfunktionalisierten Farbstoffe erfolgte über UV/Vis- und Fluoreszenzspektroskopie. Im Fall der BODIPY-Porphyrazin-Hybride schließt die zusätzliche Absorptionsbande der peripheren BODIPY-Einheiten die intrinsische Absorptionslücke der Porphyrazine. Die Hybride zeigen somit eine breite Absorption über den gesamten sichtbaren Spektralbereich mit hohen Extinktionskoeffizienten von ca. 4·10^5 M^−1cm^−1. Mittels Fluoreszenz- und Anregungsspektren wurde ein photoinduzierter Energie-transfer von den BODIPY-Einheiten auf den Porphyrazinkern nachgewiesen. Das elektrochemische Verhalten der BODIPY- und Porphyrazin-Verbindungen wurde mittels Cyclo- und Square-Wave-Voltammetrie untersucht. Die Effizienzen der Lichtenergieumwandlung wurden mit Hilfe von selbst-hergestellten und standardisierten farbstoffsensibilisierten Solarzellen bewertet. Alle Solarzellen zeigten eine messbare Photoaktivität unter Bestrahlung. Die Wirkungsgrade der Zellen lagen jedoch alle unter 1 %. Generell führten die Carboxyl-funktionalisierten Porphyrazine zu besseren Wirkungsgraden als die analogen, mit der tripodalen Ankergruppe ausgestatteten Derivate. Die mit Hilfe von Adsorptionsisothermen ermittelten Bindungskonstanten der Adsorption der Farbstoffe auf der TiO2-Oberfläche zeigten, dass beide Hafteinheiten eine feste Verankerung der Chromophore auf den TiO2-Elektroden ermöglichten. Insgesamt wirkte sich die Präsenz der peripheren BODIPY-Farbstoffe positiv auf die Wirkungsgrade der Solarzellen aus, jedoch nur in geringem Maß. Dieses Ergebnis wurde hauptsächlich auf die geringe Energiedifferenz zwischen der Leitungsbandkante des TiO2 und den LUMO-Energieniveaus der Chromophore zurückgeführt. Zusätzlich scheinen konkurrierende Prozesse wie die direkte Photoelektroneninjektion von den BODIPY-Einheiten in das TiO2 eine wichtige Rolle zu spielen. Neben der Anwendung in DSSC wurde die Wechselwirkung der Porphyrazine mit Graphen untersucht. Hierzu wurden A3B-Porphyrazine mit Pyrenyl-Seitenketten ausgestattet, die eine nicht-kovalente Verankerung des Chromophors auf Graphen ermöglichen. UV/Vis- und Fluoreszenzmessungen gaben u.a. erste Hinweise auf eine elektronische Kommunikation zwischen den beiden Hybridpartnern.

Investigation of organic semiconductor/water interfaces for optobioelectronic devices

The thesis investigates the potential of photoactive organic semiconductors as a new class of materials for developing bioelectronic devices that can convert light into biological signals. The materials can be either small molecules or polymers. When these materials interact with aqueous biological fluids, they give rise to various electrochemical phenomena, including photofaradaic or photocapacitive processes, depending on whether photogenerated charges participate in redox processes or accumulate at an interface. The thesis starts by studying the behavior of the H2Pc/PTCDI molecular p/n thin-film heterojunction in contact with aqueous electrolyte. An equivalent circuit model is developed, explaining the measurements and predicting behavior in wireless mode. A systematic study on p-type polymeric thin-films is presented, comparing rr-P3HT with two low bandgap conjugated polymers: PBDB-T and PTB7. The results demonstrate that PTB7 has superior photocurrent performance due to more effective electron-transfer onto acceptor states in solution. Furthermore, the thesis addresses the issue of photovoltage generation for wireless photoelectrodes. An analytical model based on photoactivated charge-transfer across the organic-semiconductor/water interface is developed, explaining the large photovoltages observed for polymeric p-type semiconductor electrodes in water. Then, flash-precipitated nanoparticles made of the same three photoactive polymers are investigated, assessing the influence of fabrication parameters on the stability, structure, and energetics of the nanoparticles. Photocathodic current generation and consequent positive charge accumulation is also investigated. Additionally, newly developed porous P3HT thin-films are tested, showing that porosity increases both the photocurrent and the semiconductor/water interfacial capacity. Finally, the thesis demonstrates the biocompatibility of the materials in in-vitro experiments and shows safe levels of photoinduced intracellular ROS production with p-type polymeric thin-films and nanoparticles. The findings highlight the potential of photoactive organic semiconductors in the development of optobioelectronic devices, demonstrating their ability to convert light into biological signals and interface with biological fluids.

Sensitization Prevalence, Antibody Cross-Reactivity and Immunogenic Peptide Profile of Api g 2, the Non-Specific Lipid Transfer Protein 1 of Celery

Background: Celery (Apium graveolens) represents a relevant allergen source that can elicit severe reactions in the adult population. To investigate the sensitization prevalence and cross-reactivity of Api g 2 from celery stalks in a Mediterranean population and in a mouse model. Methodology: 786 non-randomized subjects from Italy were screened for IgE reactivity to rApi g 2, rArt v 3 (mugwort pollen LTP) and nPru p 3 (peach LTP) using an allergen microarray. Clinical data of 32 selected patients with reactivity to LTP under investigation were evaluated. Specific IgE titers and cross-inhibitions were performed in ELISA and allergen microarray. Balb/c mice were immunized with purified LTPs; IgG titers were determined in ELISA and mediator release was examined using RBL-2H3 cells. Simulated endolysosomal digestion was performed using microsomes obtained from human DCs. Results: IgE testing showed a sensitization prevalence of 25.6% to Api g 2, 18.6% to Art v 3, and 28.6% to Pru p 3 and frequent co-sensitization and correlating IgE-reactivity was observed. 10/32 patients suffering from LTP-related allergy reported symptoms upon consumption of celery stalks which mainly presented as OAS. Considerable IgE cross-reactivity was observed between Api g 2, Art v 3, and Pru p 3 with varying inhibition degrees of individual patients' sera. Simulating LTP mono-sensitization in a mouse model showed development of more congruent antibody specificities between Api g 2 and Art v 3. Notably, biologically relevant murine IgE cross-reactivity was restricted to the latter and diverse from Pru p 3 epitopes. Endolysosomal processing of LTP showed generation of similar clusters, which presumably represent T-cell peptides. Conclusions: Api g 2 represents a relevant celery stalk allergen in the LTP-sensitized population. The molecule displays common B cell epitopes and endolysosomal peptides that encompass T cell epitopes with pollen and plant-food derived LTP.

Graph based study of allergen cross-reactivity of plant lipid transfer proteins (LTPs) using microarray in a multicenter study.

The study of cross-reactivity in allergy is key to both understanding. the allergic response of many patients and providing them with a rational treatment In the present study, protein microarrays and a co-sensitization graph approach were used in conjunction with an allergen microarray immunoassay. This enabled us to include a wide number of proteins and a large number of patients, and to study sensitization profiles among members of the LTP family. Fourteen LTPs from the most frequent plant food-induced allergies in the geographical area studied were printed into a microarray specifically designed for this research. 212 patients with fruit allergy and 117 food-tolerant pollen allergic subjects were recruited from seven regions of Spain with different pollen profiles, and their sera were tested with allergen microarray. This approach has proven itself to be a good tool to study cross-reactivity between members of LTP family, and could become a useful strategy to analyze other families of allergens.

Reactivity of Beer Bitter Acids Toward the 1-Hydroxyethyl Radical as Probed by Spin-Trapping Electron Paramagnetic Resonance (EPR) and Electrospray Ionization-Tandem Mass Spectrometry (ESI-MS/MS)

The iso-alpha-acids or isohumulones are the major contributors to the bitter taste of beer, and it is well-recognized that they are degraded during beer aging. In particular, the trans-isohumulones seem to be less stable than the cis-isohumulones. The major radical identified in beer is the 1-hydroxyethyl radical; however, the reactivity between this radical and the isohumulones has not been reported until now. Therefore, we studied the reactivity of isohumulones toward the 1-hydroxyethyl radical through a competitive kinetic approach. It was observed that both cis- and trans-isohumulones and dihydroisohumulones are decomposed in the presence of 1-hydroxyethyl radicals, while the reactivities are comparable. On the other hand, the tetrahydroisohumulones did not react with 1-hydroxyethyl radicals. The apparent second-order rate constants for the reactions between the 1-hydroxyethyl radical and these compounds were determined by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy and electrospray ionization-tandem mass spectrometry [ESI(+)-MS/MS]. It follows that degradation of beer bitter acids is highly influenced by the presence of 1-hydroxyethyl radicals. The reaction products were detected by liquid chromatography electrospray ionization-ion trap-tandem mass spectrometry (LC-ESI-IT-MS/MS), and the formation of oxidized derivatives of the isohumulones was confirmed. These data help to understand the mechanism of beer degradation upon aging.

The use of transmission electron microscopy and oocyte transfer to evaluate in vitro maturation of equine oocytes in different culture conditions

The current study evaluates the ability of equine oocytes matured in different conditions to undergo nuclear and cytoplasmic maturation.. After oocyte transfer, embryonic development was diagnosed at 1.5 and 90 days of gestation. For each group, immature oocytes obtained from slaughterhouse ovaries were matured in vitro (5 replicates). In experiment I, three different media were tested. HTF:BME, SOFaa, and TCM 199. In experiment 11, the HTF:BME was chosen as maturation medium containing pFSH, eFSH, or eFSH + eGH. Nuclear maturation was estimated after stripping the oocytes and staining with Hoechst 33342. The evaluation of cytoplasmic maturation was performed by transmission electron microscopy. For oocyte transfer, six non-cycling recipient mares were used, and 8 to 15 oocytes were transferred in each mare. In experiment I, the results showed no differences (P > .05) in nuclear maturation (MII) among experimental groups. The percentage of MII was 29.3 ( +/- 9.6), 23.4 ( +/- 8.4), and 13.5 ( +/- 12.4) for HTF:BME, SOF, and TCM, respectively. In experiment II, all media tested were efficient in inducing metaphase II. Also, no statistical differences (P > .05) were observed in percentages of nuclear maturation rates when porcine (37.1 +/- 22.4) or equine (25.8 +/- 8.2) FSH were used, or when eFSH + eGH was added to HTF:BME (29.4 +/- 12.3). The analysis of cytoplasmic morphology of oocytes cultured in TCM 199 and SOFaa showed signs of incomplete cytoplasmic maturation and premature cortical reaction. Meanwhile, oocytes cultured in HTF:BME medium presented cytoplasmic characteristics similar to those described by others for in vivo-matured oocytes. The addition of eFSH to the HTF:BME medium resulted in an improvement of cytoplasmic morphology. After oocyte transfer, two mares became pregnant, one from pFSH group and one from eFSH+eGH group. These results indicate that although in vitro matured equine oocytes are capable of fertilization and embryonic development, the percentage of competent oocytes is still low.

Correlation of reactivity with structural factors in a series of Fe(II) substituted cobalt ferrites

A series of powdered cobalt ferrites, CoxFe3-xO4 with 0.66 <= x< 1.00 containing different amounts of Fe-II, were synthesized by a mild procedure, and their Fe and Co site occupancies and structural characteristics were explored using X-ray anomalous scattering and the Rietveld refinement method. The dissolution kinetics, measured in 0.1 M oxalic acid aqueous solution at 70 degrees C, indicate in all cases the operation of a contracting volume rate law. The specific rates increased with the Fell content following approximately a second-order polynomial expression. This result suggests that the transfer of Fe-III controls the dissolution rate, and that the leaching of a first layer of ions Co-II and Fe-II leaves exposed a surface enriched in slower dissolving octahedral Fe-III ions. Within this model, inner vicinal lattice Fe-II accelerates the rate of Fe-III transfer via internal electron hopping. A chain mechanism, involving successive electron transfers, fits the data very well. (C) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Electron spectroscopy of novel charge transfer systems based on polycyclic aromatic hydrocarbons

Organische Ladungstransfersysteme weisen eine Vielfalt von konkurrierenden Wechselwirkungen zwischen Ladungs-, Spin- und Gitterfreiheitsgraden auf. Dies führt zu interessanten physikalischen Eigenschaften, wie metallische Leitfähigkeit, Supraleitung und Magnetismus. Diese Dissertation beschäftigt sich mit der elektronischen Struktur von organischen Ladungstransfersalzen aus drei Material-Familien. Dabei kamen unterschiedliche Photoemissions- und Röntgenspektroskopietechniken zum Einsatz. Die untersuchten Moleküle wurden z.T. im MPI für Polymerforschung synthetisiert. Sie stammen aus der Familie der Coronene (Donor Hexamethoxycoronen HMC und Akzeptor Coronen-hexaon COHON) und Pyrene (Donor Tetra- und Hexamethoxypyren TMP und HMP) im Komplex mit dem klassischen starken Akzeptor Tetracyanoquinodimethan (TCNQ). Als dritte Familie wurden Ladungstransfersalze der k-(BEDT-TTF)2X Familie (X ist ein monovalentes Anion) untersucht. Diese Materialien liegen nahe bei einem Bandbreite-kontrollierten Mottübergang im Phasendiagramm.rnFür Untersuchungen mittels Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie (UPS) wurden UHV-deponierte dünne Filme erzeugt. Dabei kam ein neuer Doppelverdampfer zum Einsatz, welcher speziell für Milligramm-Materialmengen entwickelt wurde. Diese Methode wies im Ladungstransferkomplex im Vergleich mit der reinen Donor- und Akzeptorspezies energetische Verschiebungen von Valenzzuständen im Bereich weniger 100meV nach. Ein wichtiger Aspekt der UPS-Messungen lag im direkten Vergleich mit ab-initio Rechnungen.rnDas Problem der unvermeidbaren Oberflächenverunreinigungen von lösungsgezüchteten 3D-Kristallen wurde durch die Methode Hard-X-ray Photoelectron Spectroscopy (HAXPES) bei Photonenenergien um 6 keV (am Elektronenspeicherring PETRA III in Hamburg) überwunden. Die große mittlere freie Weglänge der Photoelektronen im Bereich von 15 nm resultiert in echter Volumensensitivität. Die ersten HAXPES Experimente an Ladungstransferkomplexen weltweit zeigten große chemische Verschiebungen (mehrere eV). In der Verbindung HMPx-TCNQy ist die N1s-Linie ein Fingerabdruck der Cyanogruppe im TCNQ und zeigt eine Aufspaltung und einen Shift zu höheren Bindungsenergien von bis zu 6 eV mit zunehmendem HMP-Gehalt. Umgekehrt ist die O1s-Linie ein Fingerabdruck der Methoxygruppe in HMP und zeigt eine markante Aufspaltung und eine Verschiebung zu geringeren Bindungsenergien (bis zu etwa 2,5eV chemischer Verschiebung), d.h. eine Größenordnung größer als die im Valenzbereich.rnAls weitere synchrotronstrahlungsbasierte Technik wurde Near-Edge-X-ray-Absorption Fine Structure (NEXAFS) Spektroskopie am Speicherring ANKA Karlsruhe intensiv genutzt. Die mittlere freie Weglänge der niederenergetischen Sekundärelektronen (um 5 nm). Starke Intensitätsvariationen von bestimmten Vorkanten-Resonanzen (als Signatur der unbesetzte Zustandsdichte) zeigen unmittelbar die Änderung der Besetzungszahlen der beteiligten Orbitale in der unmittelbaren Umgebung des angeregten Atoms. Damit war es möglich, präzise die Beteiligung spezifischer Orbitale im Ladungstransfermechanismus nachzuweisen. Im genannten Komplex wird Ladung von den Methoxy-Orbitalen 2e(Pi*) und 6a1(σ*) zu den Cyano-Orbitalen b3g und au(Pi*) und – in geringerem Maße – zum b1g und b2u(σ*) der Cyanogruppe transferiert. Zusätzlich treten kleine energetische Shifts mit unterschiedlichem Vorzeichen für die Donor- und Akzeptor-Resonanzen auf, vergleichbar mit den in UPS beobachteten Shifts.rn