Synthesis, structure and reactivity of novel CuI, CuII and CuIII complexes containing triaza and hexaaza macrocyclic ligands

El treball de tesi s'emmarca dins del camp de la bioinorgànica, disciplina que estudia les propietats estructurals i de reactivitat dels centres actius dels enzims, servint-se de models síntètics de baix pes molecular per tal d'intentar reproduïr la reactivitat presentada per l'enzim i conèixer els mecanismes de reacció a nivell molecular que tenen lloc en els processos biològics.1 Més concretament el treball posa especial èmfasi en els processos d'activació d'oxigen molecular que tenen lloc en les metaloproteïnes de Coure del Tipus 3, com són l'hemocianina i la tirosinasa, ambdues presentant un complex dinuclear de Cu(I)) en el centre actiu de la forma reduïda, capaç d'activar l'O2 cap a espècies de tipus peròxid.2 Un altre camp d'interès ha estat l'estudi dels processos d'activació d'enllaços C-H no activats en hidrocarburs, tant per la seva importàcia a nivell industrial com per comprendre els mecanismes intrínsecs d'aquesta activació a través de metalls de trancisió.3,4 Durant el treball de tesi presentat s'ha desenvolupat la síntesi de nous complexes de Coure(I), Coure(II) y Cu(III) utilitzant lligands macrocíclics de tipus triaza i hexaaza, i s'han estudiat la seves propietats estructurals així com la seva reactivitat. La reacció dels lligands triazacíclics H32m, H2Me33m i H33m amb sals de coure(II) dóna lloc a una reacció de desproporció de Cu(II) per obtenir-se en quantitats equimolars un complex organometàl·lic de Cu(III) i un complex de Cu(I). La caracterizació estructural exhaustiva dels complexes del tipus aryl-Cu(III) evidencia la formació d'un enllaç organometàl·lic entre l'àtom de Cu(III) i el carboni més próxim de l'anell aromàtic del lligand. Aquesta reacció, a més de representar una nova forma de desproporció en la química del Cu, suposa l'activació d'un enllaç C-H aromàtic a temperatura ambient que, mitjançant l'estudi cinètic d'aquesta desproporció per espectroscòpia UV-Vis, dels càlcul de l'efecte cinètic isotòpic utilitzant el lligand deuterat en el C-H de l'anell, juntament amb el recolzament teòrics dels càlculs DFT per a la optimització de geometries d'intermedis de reacció, ens permeten proposar un mecanisme de reacció pel nostre sistema, on l'activació de l'enllaç C-H aromàtic transcorre per la formació d'un enllaç de tipus agòstic C-H ? Cu(II),5 seguit de la desprotonació del C-H aromàtic per acció d'una base i posterior transferència electrònica per obtenir el complex organometàlic de Cu(III) i el complex de de Cu(I). En quant a la reactivitat d'aquests complexes organometàl·lics aryl-Cu(III) s'ha observat que una base en medi aquós causa la inestabilitat d'aquests compostos, evolucionant cap a la inserció d'un àtom d'oxigen sobre la posició activada de l'anell aromàtic, per a donar lloc a un complex dinuclear de Cu(II) amb dos grups fenoxo actuant de pont entre els àtoms metàl·lics. La reacció transcorre per un intermedi colorejat, caracteritzat com el complex ayl-Cu(III) monodesprotonat en una de les seves amines benzíliques, els quals s'observen igualment en la reacció dels correponents complexos de Cu(I) amb oxigen molecular (O2). És en els nostres sistemes en els quals es descriu per primera vegada la participació d'intermedis organometàl·lics Cu(III)-C en processos d'hidroxilació aromàtica, tals com el desenvolupat per l'enzim tirosinasa o per alguns dels seus models químics de síntesi.6,7,8 S'han estudiat les propietats magnètiques dels quatre bis(fenoxo)complexes de Cu(II) descrits, obtenint-se uns acoplaments de tipus antiferromagnètic o ferromagnètic de diversa magnitud, depenent del solapament orbitalari a l'enllaç Cu-O, a través del qual es produeix el superintercanvi. Nous complexos de Cu(I) sintetitzats amb lligands hexaazamacrocíclics han estat estudiats, i posant especial èmfasi a la seva reactivitat respecta a l'activació d'oxigen molecular (O2). S'ha observat una reactivitat diferenciada segons la concentració de complex de Cu(I) utilitzada, de manera que a altes concentracions s'obté un carbonato complex tetranuclear de Cu(II) per fixació de CO2 atmosfèric, mentre que a baixes concentracions s'observa la hidroxilació aromàtica intramolecular d'un dels anells benzílics del lligand, reacció que presumiblement transcorre per atac electrofílic d'un peroxo complex intermedi sobre el sistema ? de l'anell.6 Els resultats obtinguts en aquest treball ens mostren la facilitat per activar enllaços C-H aromàtics per metalls de transició de la primera sèrie (Cu, Ni) quan aquests estan suficientment pròxims a l'enllaç C-H, en unes condicions de reacció molt suaus (1atm., temperatura ambient). Els nous complexos organometàl·lics Aryl-Cu(III) són el producte d'una nova reacció de desproporció de Cu(II), així com un posició aromàtica activada que podria ser el punt de partida per l'estudi de funcionalització selectiva d'aquests grups aromàtics.

Theoretical study of reactivity and dynamics of hybride-bridged diruthenium complexes and silylium

Esta tesis presenta un estudio computacional de los sistemas con hidruros puente. En la primera parte se estudia la química de complejos de dirutenio con cuatro hidruros puente. Esto incluye las siguientes reacciones: el intercambio del hidruro con hidrógeno molecular; la activación del enlace C-H del etileno para formar el complejo de bis(vinilo)-etileno; el acoplamiento C-C entre el etileno coordinado y dos ligandos vinilo para producir el complejo rutenaciclopentadieno. Al final de esta parte, se discuten a detalle los mecanismos de estas reacciones. Además, se demostró la importancia de la flexibilidad de los ligandos hidruro y la cooperación entre los dos centros metálicos. En la segunda parte, se estudió el comportamiento fluxional de dos complejos μ-silileno y de un catión sililio. Con esto, se estableció la ruta más favorable en donde se realiza el intercambio de los ligandos hidruro y de los grupos metilo en los complejos μ-silileno. Finalmente, se encontró que hay dos posibles rutas relativas al cambio en la posición del puente Si-H-Si en el cation sililio poliagóstico, asociadas con la rotación interna de los grupos sililo.

Systematic studies on 3d-3d and 3d-4f multimetallic complexes with interesting magnetic and/or luminescent properties

324 p.

Feature-point detection using distance transforms: Application to tracking tropical convective complexes

The identification, tracking, and statistical analysis of tropical convective complexes using satellite imagery is explored in the context of identifying feature points suitable for tracking. The feature points are determined based on the shape of complexes using the distance transform technique. This approach has been applied to the determination feature points for tropical convective complexes identified in a time series of global cloud imagery. The feature points are used to track the complexes, and from the tracks statistical diagnostic fields are computed. This approach allows the nature and distribution of organized deep convection in the Tropics to be explored.

Hydrogen-bonded interpolymer complexes. Formation, structure and applications

Noncovalent interactions play key roles in many natural processes leading to the self-assembly of molecules with the formation of supramolecular structures. One of the most important forces responsible for self-assembly is hydrogen bonding, which also plays an important role in the self-assembly of synthetic polymers in aqueous solutions. Proton-accepting polymers can associate with proton-donating polymers via hydrogen bonding in aqueous solutions and form polymer-polymer or interpolymer complexes. There has been an increased interest among researchers in hydrogen-bonded interpolymer complexes since the first pioneering papers were published in the early 1960s. Several hundred research papers have been published on various aspects of complex formation reactions in solutions and interfaces, properties of interpolymer complexes and their potential applications. This book focuses on the latest developments in the area of interpolymer complexation via hydrogen bonding. It represents a collection of original and review articles written by recognized experts from Germany, Greece, Kazakhstan, Poland, Romania, Russia, UK, Ukraine, and the USA. It highlights many important applications of interpolymer complexes, including the stabilization of colloidal systems, pharmaceuticals, and nanomaterials.

Solvent Effects on the Formation of Nanoparticles and Multilayered Coatings Based on Hydrogen-Bonded Interpolymer Complexes of Poly(acrylic acid) with Homo- and Copolymers of N-Vinyl Pyrrolidone

The formation of hydrogen-bonded interpolymer complexes between poly(acrylic acid) and poly(N-vinyl pyrrolidone) as well as amphiphilic copolymers of N-vinyl pyrrolidone with vinyl propyl ether has been studied in aqueous and organic solutions. It was demonstrated that introduction of vinyl propyl ether units into the macromolecules of the nonionic polymer enhances their ability to form complexes in aqueous solutions due to more significant contribution of hydrophobic effects. The complexation was found to be a multistage process that involves the formation of primary polycomplex particles, which further aggregate to form spherical nanoparticles. Depending on the environmental factors (pH, solvent nature), these nanoparticles may either form stable colloidal solutions or undergo further aggregation, resulting in precipitation of interpolymer complexes. In organic solvents, the intensity of complex formation increases in the following order: methanol < ethanol < isopropanol < dioxane. The multilayered coatings were developed using layer-by-layer deposition of interpolymer complexes on glass surfaces. It was demonstrated that the solvent nature affects the efficiency of coating deposition.

Synthesis and evaluation of novel boron-containing complexes of potential use for the selective treatment of malignant melanoma

Boron-containing complexes that have the potential to irreversibly accumulate in melanoma cells have been prepared by reaction of amino acids with 9-methoxy-9-borabicyclo[3.3.1]nonane. The ability of each complex to act as a substrate for tyrosinase has been probed by oximetry. Increased uptake of the lead candidate in a tyrosinase-rich cell line, compared with a tyrosinase-absent cell line, is reported, with results correlating well with that for a drug currently approved for BNCT.

The synthesis of chiral N-heterocyclic carbene–borane and –diorganoborane complexes and their use in the asymmetric reduction of ketones

Chiral N-heterocyclic carbene–borane complexes have been synthesised, and have been shown to reduce ketones with Lewis acid promotion. Chiral N-heterocyclic carbene–borane and –diorganoborane complexes can reduce ketones with enantioselectivities up to 75% and 85% ee, respectively.

Spatiotemporal modelling of CheY complexes in Escherichia coli chemotaxis

The chemotaxis pathway of Escherichia coli is one of the best studied and modelled biological signalling pathways. Here we extend existing modelling approaches by explicitly including a description of the formation and subcellular localization of intermediary complexes in the phosphotransfer pathway. The inclusion of these complexes shows that only about 60% of the total output response regulator (CheY) is uncomplexed at any moment and hence free to interact with its target, the flagellar motor. A clear strength of this model is its ability to predict the experimentally observable subcellular localization of CheY throughout a chemotactic response. We have found good agreement between the model output and experimentally determined CheY localization patterns. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Follistatin complexes Myostatin and antagonises Myostatin-mediated inhibition of myogenesis

Follistatin is known to antagonise the function of several members of the TGF-beta family of secreted signalling factors, including Myostatin, the most powerful inhibitor of muscle growth characterised to date. In this study, we compare the expression of Myostatin and Follistatin during chick development and show that they are expressed in the vicinity or in overlapping domains to suggest possible interaction during muscle development. We performed yeast and mammalian two-hybrid studies and show that Myostatin and Follistatin interact directly. We further show that single modules of the Follistatin protein cannot associate with Myostatin suggesting that the entire protein is required for the interaction. We analysed the interaction kinetics of the two proteins and found that Follistatin binds Myostatin with a high affinity of 5.84 x 10(-10) M. We next tested whether Follistatin suppresses Myostatin activity during muscle development. We confirmed our previous observation that treatment of chick limb buds with Myostatin results in a severe decrease in the expression of two key myogenic regulatory genes Pax-3 and MyoD. However, in the presence of Follistatin, the Myostatin-mediated inhibition of Pax-3 and MyoD expression is blocked. We additionally show that Myostatin inhibits terminal differentiation of muscle cells in high-density cell cultures of limb mesenchyme (micromass) and that Follistatin rescues muscle differentiation in a concentration-dependent manner. In summary, our data suggest that Follistatin antagonises Myostatin by direct protein interaction, which prevents Myostatin from executing its inhibitory effect on muscle development. (C) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

Molybdenum eta(3)-allyl dicarbonyl complexes as a new class of precursors for highly reactive epoxidation catalysts with tert-butyl hydroperoxide

New Mo(II) diimine derivatives of [Mo(q (3)allyl)X(CO)(2)(CH3CN)(2)] (allyl = C3H5 and C5H5O; X = Cl, Br) were prepared, and [MO(eta(3)-C3H5)Cl(CO)(2)(BIAN)] (BIAN = 1,4-(4-chloro)phenyl-2,3-naphthalene-diazabutadiene) (7) was structurally characterized by single-crystal X-ray diffraction. This complex adopted an equatorial-axial arrangement of the bidentate ligand (axial isomer), in contrast with the precursors, found as the equatorial isomer in the solid and fluxional in solution. The new complexes of the type [Mo(eta(3)-allyl)X(CO)(2)(N-N)l (N-N is a bidentate chelating dinitrogen ligand) were tested for the catalytic epoxidation of cyclooctene using tert-butyl hydroperoxide as oxidant. All catalytic systems were 100% selective toward epoxide formation. While their turnover frequencies paralleled those of related Mo(eta) carbonyl compounds or Mo(VI) compounds bearing similar N-donor ligands, they exhibited similar olefin conversions in consecutive catalytic runs. The acetonitrile precursors were generally more active than the diimine complexes, and the chloro derivatives more active than the bromo ones. Combined vibrational and NMR spectroscopy and computational studies (DFT) were used to investigate the nature of the molybdenum species formed in the catalytic system with [Mo(eta(3)-C3H5)Cl(CO)(2){1,4-(2,6-dimethyl)phenyl-2.3-dimethyldiazabuta diene}] (4) and to propose that the resulting species may be dimeric bearing oxide bridges.