I. Nuclear magnetic resonance analysis of ferrocenylcarbonium ion. II. Ferrocene catalyzed photochemistry

I. Nuclear magnetic resonance spectra of appropriately substituted ferrocenylcarbonium ions reveal the α-protons of the substituted ring to be more shielded than β-protons. The observation is discussed in terms of various models proposed for the ferrocenylcarbonium ion and is found to support a model in which the iron is bonded to all six carbona of the substituted ring.

II. Ferrocene catalyzes the photoisomerization of the piperylenes and the photodimerization of isoprene. Our results suggest a mechanism in which a complex of ferrocene and diene is excited to its second singlet state which dissociates to a triplet-state ferrocene molecule and a triplet-state diene molecule. The triplet-state diene, then, proceeds to isomerize or attack ground-state diene to form dimers.

I. Nuclear spin-internal-rotation-coupling. II. Fluorine spin-rotation interaction and magnetic shielding in fluorobenzene

Part I.

The interaction of a nuclear magnetic moment situated on an internal top with the magnetic fields produced by the internal as well as overall molecular rotation has been derived following the method of Van Vleck for the spin-rotation interaction in rigid molecules. It is shown that the Hamiltonian for this problem may be written

H_SR = Ῑ · M · Ĵ + Ῑ · M” · Ĵ”

Where the first term is the ordinary spin-rotation interaction and the second term arises from the spin-internal-rotation coupling.

The F¹⁹ nuclear spin-lattice relaxation time (T₁) of benzotrifluoride and several chemically substituted benzotrifluorides, have been measured both neat and in solution, at room temperature by pulsed nuclear magnetic resonance. From these experimental results it is concluded that in benzotrifluoride the internal rotation is crucial to the spin relaxation of the fluorines and that the dominant relaxation mechanism is the fluctuating spin-internal-rotation interaction.

Part II.

The radiofrequency spectrum corresponding to the reorientation of the F¹⁹ nuclear moment in flurobenzene has been studied by the molecular beam magnetic resonance method. A molecular beam apparatus with an electron bombardment detector was used in the experiments. The F¹⁹ resonance is a composite spectrum with contributions from many rotational states and is not resolved. A detailed analysis of the resonance line shape and width by the method of moments led to the following diagonal components of the fluorine spin-rotational tensor in the principal inertial axis system of the molecule:

F/Caa = -1.0 ± 0.5 kHz

F/Cbb = -2.7 ± 0.2 kHz

F/Ccc = -1.9 ± 0.1 kHz

From these interaction constants, the paramagnetic contribution to the F¹⁹ nuclear shielding in C₆H₅F was determined to be -284 ± ppm. It was further concluded that the F¹⁹ nucleus in this molecule is more shielded when the applied magnetic field is directed along the C-F bond axis. The anisotropy of the magnetic shielding tensor, σ_” - σ_⊥, is +160 ± 30 ppm.

I. The crystal structure of potassium bis(tricyanovinyl)amine. II. Nuclear magnetic resonance studies of alkali halide solutions. III. Elucidation of the intramolecular hydrogen bond in acetylacetone by the deuterium isotope effect on the chemical shift of the bridge hydrogen

Part I

Potassium bis-(tricyanovinyl) amine, K⁺N[C(CN)=C(CN)₂]₂^-, crystallizes in the monoclinic system with the space group Cc and lattice constants, a = 13.346 ± 0.003 Å, c = 8.992 ± 0.003 Å, B = 114.42 ± 0.02°, and Z = 4. Three dimensional intensity data were collected by layers perpendicular to b* and c* axes. The crystal structure was refined by the least squares method with anisotropic temperature factor to an R value of 0.064.

The average carbon-carbon and carbon-nitrogen bond distances in –C-CΞN are 1.441 ± 0.016 Å and 1.146 ± 0.014 Å respectively. The bis-(tricyanovinyl) amine anion is approximately planar. The coordination number of the potassium ion is eight with bond distances from 2.890 Å to 3.408 Å. The bond angle C-N-C of the amine nitrogen is 132.4 ± 1.9°. Among six cyano groups in the molecule, two of them are bent by what appear to be significant amounts (5.0° and 7.2°). The remaining four are linear within the experimental error. The bending can probably be explained by molecular packing forces in the crystals.

Part II

The nuclear magnetic resonance of ⁸¹Br and ¹²⁷I in aqueous solutions were studied. The cation-halide ion interactions were studied by studying the effect of the Li⁺, Na⁺, K⁺, Mg⁺⁺, Cs⁺ upon the line width of the halide ions. The solvent-halide ion interactions were studied by studying the effects of methanol, acetonitrile, and acetone upon the line width of ⁸¹Br and ¹²⁷I in the aqueous solutions. It was found that the viscosity plays a very important role upon the halide ions line width. There is no specific cation-halide ion interaction for those ions such as Mg⁺⁺, Di⁺, Na⁺, and K⁺, whereas the Cs⁺ - halide ion interaction is strong. The effect of organic solvents upon the halide ion line width in aqueous solutions is in the order acetone ˃ acetonitrile ˃ methanol. It is suggested that halide ions do form some stable complex with the solvent molecules and the reason Cs⁺ can replace one of the ligands in the solvent-halide ion complex.

Part III

An unusually large isotope effect on the bridge hydrogen chemical shift of the enol form of pentanedione-2, 4(acetylacetone) and 3-methylpentanedione-2, 4 has been observed. An attempt has been made to interpret this effect. It is suggested from the deuterium isotope effect studies, temperature dependence of the bridge hydrogen chemical shift studies, IR studies in the OH, OD, and C=O stretch regions, and the HMO calculations, that there may probably be two structures for the enol form of acetylacetone. The difference between these two structures arises mainly from the electronic structure of the π-system. The relative population of these two structures at various temperatures for normal acetylacetone and at room temperature for the deuterated acetylacetone were calculated.

Part I. Approximate Hartree-Fock wavefunctions one-electron properties and electronic structure of the water molecule. Part II. Perturbation-variational calculation of the nuclear spin-spin isotope coupling constant in HD

Part I

Several approximate Hartree-Fock SCF wavefunctions for the ground electronic state of the water molecule have been obtained using an increasing number of multicenter s, p, and d Slater-type atomic orbitals as basis sets. The predicted charge distribution has been extensively tested at each stage by calculating the electric dipole moment, molecular quadrupole moment, diamagnetic shielding, Hellmann-Feynman forces, and electric field gradients at both the hydrogen and the oxygen nuclei. It was found that a carefully optimized minimal basis set suffices to describe the electronic charge distribution adequately except in the vicinity of the oxygen nucleus. Our calculations indicate, for example, that the correct prediction of the field gradient at this nucleus requires a more flexible linear combination of p-orbitals centered on this nucleus than that in the minimal basis set. Theoretical values for the molecular octopole moment components are also reported.

Part II

The perturbation-variational theory of R. M. Pitzer for nuclear spin-spin coupling constants is applied to the HD molecule. The zero-order molecular orbital is described in terms of a single 1s Slater-type basis function centered on each nucleus. The first-order molecular orbital is expressed in terms of these two functions plus one singular basis function each of the types e^-r/r and e^-r ln r centered on one of the nuclei. The new kinds of molecular integrals were evaluated to high accuracy using numerical and analytical means. The value of the HD spin-spin coupling constant calculated with this near-minimal set of basis functions is J_HD = +96.6 cps. This represents an improvement over the previous calculated value of +120 cps obtained without using the logarithmic basis function but is still considerably off in magnitude compared with the experimental measurement of J_HD = +43 0 ± 0.5 cps.

I. Efforts toward the synthesis of aliphatic iodonium salts. II. Flourine-19 nuclear magnetic resonance spectroscopy of cyclic and bicyclic systems

The synthesis of iodonium salts of the general formula [C₆H₅IR]⁺X^-, where R is an alkyl group and x- is a stabilizing anion, was attempted. For the choice of R three groups were selected, whose derivatives are known to be sluggish in S_N1 and S_N2 substitutions: cyclopropyl, 7, 7 -dimethyl-1-norbornyl, and 9 -triptycyl. The synthetic routes followed along classical lines which have been exploited in recent years by Beringer and students. Ultimately, the object of the present study was to study the reactions of the above salts with nucleophiles. In none of the three cases, however, was it possible to isolate a stable salt. A thermodynamic argument suggests that this must be due to kinetic instability rather than thermodynamic instability. Only iodocyclopropane and 1-iodoapocamphane formed isolable iododichlorides.

Several methylated 2, 2-difluoronorbornanes were prepared with the intent of correlating fluorine -19 chemical shifts with geometric features in a rigid system. The effect of a methyl group on the shielding of a β -fluorine is dependent upon the dihedral angle; the maximum effect (an upfield shift of the resonance) occurs at 0° and 180°, whereas almost no effect is felt at a dihedral angle of 120°. The effect of a methyl group on a γ -fluorine is to strongly shift the resonance downfield when fluorine and methyl group are in a 1, 3 - diaxial-like relationship. Molecular orbital calculations of fluorine shielding in a variety of molecules were carried out using the formalism developed by Pople; the results are, at best, in modest agreement with experiment.

Resolução numérica de escoamentos compressíveis empregando um método de partículas livre de malhas e o processamento em paralelo (CUDA)

Os métodos numéricos convencionais, baseados em malhas, têm sido amplamente aplicados na resolução de problemas da Dinâmica dos Fluidos Computacional. Entretanto, em problemas de escoamento de fluidos que envolvem superfícies livres, grandes explosões, grandes deformações, descontinuidades, ondas de choque etc., estes métodos podem apresentar algumas dificuldades práticas quando da resolução destes problemas. Como uma alternativa viável, existem os métodos de partículas livre de malhas. Neste trabalho é feita uma introdução ao método Lagrangeano de partículas, livre de malhas, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) voltado para a simulação numérica de escoamentos de fluidos newtonianos compressíveis e quase-incompressíveis. Dois códigos numéricos foram desenvolvidos, uma versão serial e outra em paralelo, empregando a linguagem de programação C/C++ e a Compute Unified Device Architecture (CUDA), que possibilita o processamento em paralelo empregando os núcleos das Graphics Processing Units (GPUs) das placas de vídeo da NVIDIA Corporation. Os resultados numéricos foram validados e a eficiência computacional avaliada considerandose a resolução dos problemas unidimensionais Shock Tube e Blast Wave e bidimensional da Cavidade (Shear Driven Cavity Problem).

Nuclear magnetic resonance studies of protein conformation: I. Ribonuclease S. II. Hemoglobin

Fluorine nuclear magnetic resonance techniques have been used to study conformational processes in two proteins labeled specifically in strategic regions with covalently attached fluorinated molecules. In ribonuclease S, the ϵ-amino groups of lysines 1 and 7 were trifluoroacetylated without diminishing enzymatic activity. As inhibitors bound to the enzyme, changes in orientation of the peptide segment containing the trifluoroacetyl groups were detected in the nuclear magnetic resonance spectrum. pH Titration of one of the histidines in the active site produced a reversal of the conformational process.

Hemoglobin was trifluoroacetonylated at the reactive cysteine 93 of each β chain. The nuclear magnetic resonance spectrum of the fluorine moiety reflected changes in the equilibrium position of the β chain carboxy terminus upon binding of heme ligands and allosteric effectors. The chemical shift positions observed in deoxy- and methemoglobin were pH dependent, undergoing an abnormally steep apparent titration which was not observed in hemoglobin from which histidine β 146 had been removed enzymatically. The abnormal sharpness of these pH dependent processes is probably due to interactions between several ionizing groups.

The carbon monoxide binding process was studied by concurrent observation of the visible and nuclear magnetic resonance spectra of trifluoroacetonylated hemoglobin at fractional ligand saturations throughout the range 0-1.0. Comparison of the ligand binding process observed in these two ways yields evidence for a specific order of ligand binding. The sequence of events is sensitive to the pH and organic phosphate concentration of the medium, demonstrating the delicately balanced control system produced by interactions between the hemoglobin subunits and the effectors.

Relações sociais, atividade física de lazer e obesidade: evidências longitudinais

A influências das relações sociais na saúde vem sendo largamente investigada em diferentes contextos. No que concerne a influência das relações sociais na atividade física de lazer (AFL) e na obesidade, abordagens multidimensionais e longitudinais, são escassas. O primeiro artigo objetivou investigar o efeito de quatro dimensões do apoio social no engajamento, manutenção, tipo e tempo gasto na prática de AFL em adultos durante um período de dois anos de seguimento (1999-2001). Enquanto que o segundo artigo visou investigar o efeito de cinco indicadores das relações sociais sobre a obesidade e potenciais diferenças de sexo nesta associação, após nove anos de seguimento (1991-2000). Para o primeiro artigo, foram analisados dados longitudinais obtidos através de questionários autopreenchidos aplicados em 3.253 funcionários de uma universidade no Rio de Janeiro (Estudo Pró-Saúde). Enquanto que para o segundo artigo, dados longitudinais do Swedish Level of Living Survey (LNU) foram utilizados. Os resultados do primeiro artigo mostraram associações estatisticamente significativas (p<0,05) entre as dimensões de apoio social e AFL coletiva no grupo de engajamento. Além disso, a dimensão emocional/informação associou-se com o tempo em AFL (OR=2,0; IC95% 1,2-3,9). No grupo de manutenção, o apoio material associou-se com AFL coletiva (OR=1,8; IC95% 1,1-3,1) e a dimensão interação social positiva foi associado com o tempo gasto em AFL (OR=1,65; IC95% 1,1-2,7). Os resultados do segundo artigo mostraram que após o ajuste por fatores de confusão, a falta de apoio emocional (RR = 1,98; 95% IC 1,1-3,8) associou-se à incidência de obesidade entre os homens. Além disso, homens no nível mais baixo de IRS (índice de relações sociais) tiveram risco aumentado de desenvolver obesidade (RR = 2,22; 95% IC 1,1-4,4). Entre as mulheres o IRS não esteve significativamente associado com a obesidade. Contudo, um efeito protetor na obesidade para as mulheres que mudaram o estado civil de casada para nãocasada tenha sido encontrado (RR = 0,39; 95% IC 0,2-0,9). Ao que tange o primeiro artigo, conclui-se que todas as dimensões de apoio social influenciaram o tipo ou o tempo gasto em atividade física de lazer. No entanto, nossos resultados sugerem que o apoio social é mais importante no engajamento do que na situação de manutenção. Esse achado é importante, pois sugere que a manutenção da AFL deve estar associada a outros fatores além do nível individual de apoio social, como um ambiente adequado e políticas de saúde/sociais voltadas para a prática da AFL. Em relação ao segundo artigo, o presente estudo fornece evidências de uma associação inversa entre as relações sociais e a incidência de obesidade, evidenciando diferenças de sexo. Além disso, foi sugerido que preocupações com a imagem corporal entre mulheres poderia ser uma explicação para as diferenças de sexo.

Um método sintético de difusão para aceleração do esquema de fonte de espalhamento em cálculos SN unidimensionais de fonte fixa

O esquema iterativo de fonte de espalhamento (SI) é tradicionalmente aplicado para a convergência da solução numérica de malha fina para problemas de transporte de nêutrons monoenergéticos na formulação de ordenadas discretas com fonte fixa. O esquema SI é muito simples de se implementar sob o ponto de vista computacional; porém, o esquema SI pode apresentar taxa de convergência muito lenta, principalmente para meios difusivos (baixa absorção) com vários livres caminhos médios de extensão. Nesta dissertação descrevemos uma técnica de aceleração baseada na melhoria da estimativa inicial para a distribuição da fonte de espalhamento no interior do domínio de solução. Em outras palavras, usamos como estimativa inicial para o fluxo escalar médio na grade de discretização de malha fina, presentes nos termos da fonte de espalhamento das equações discretizadas SN usadas nas varreduras de transporte, a solução numérica da equação da difusão de nêutrons em grade espacial de malha grossa com condições de contorno especiais, que aproximam as condições de contorno prescritas que são clássicas em cálculos SN, incluindo condições de contorno do tipo vácuo. Para aplicarmos esta solução gerada pela equação da difusão em grade de discretização de malha grossa nas equações discretizadas SN de transporte na grade de discretização de malha fina, primeiro implementamos uma reconstrução espacial dentro de cada nodo de discretização, e então determinamos o fluxo escalar médio em grade de discretização de malha fina para usá-lo nos termos da fonte de espalhamento. Consideramos um número de experimentos numéricos para ilustrar a eficiência oferecida pela presente técnica (DSA) de aceleração sintética de difusão.

Ecuaciones diferenciales ordinarias para estudiantes de Física

Conceptos fundamentales. - Ecuaciones de primer orden. - Ecuaciones de orden superior. - Sistemas de ecuaciones. - Transformación de Laplace. - Solución para series de ecuaciones lineales. - Métodos aproximados. - Teoría de la estabilidad. - Problemas de contorno de Sturm-Liouville. - Apéndice: Teoremas fundamentales. Métodos simbólicos. Resumen de métodos analíticos exactos. Definición y propiedades de algunas funciones. Tablas de transformadas de Laplace. Tablas de transformadas de Fourier. Soluciones y sugerencias para algunos ejercicios.

DEVELOPMENT AND APPLICATIONS OF TIME-DEPENDENT DENSITY MATRIX FUNCTIONAL THEORY

En esta tesis estudiamos las teorías sobre la Matriz Densidad Reducida (MDR) como un marco prometedor. Nos enfocamos sobre esta teorías desde dos aspectos: Primero, usamos algunos modelos sencillos hechos con dos partículas las cuales estan armónicamente confinadas como una base para ilustrar la utilidad de la matriz densidad. Para tales sistemas, usamos la MDR de un cuerpo para calcular algunas cantidades de interés tales como densidad de momentum. Posteriormente obtenemos los orbitales naturales y su número de ocupación para algunos de los modelos, y en uno de los casos expresamos la MDR de dos cuerpos de manera exacta en términos de la MDR de un cuerpo. También usamos el teorema diferencial del virial para establecer una descripción unificada de la familia entera de estos sistemas modelo en términos de la densidad. En la seguna parte cambiamos a casos fuera del equilibrio y analizamos la así llamada jerarquía BBGKY de ecuaciones para describir la evolución temporal de un sistema de muchos cuerpos en términos de sus MDRs (a todos los órdenes). Proveemos un exhaustivo estudio de los desafíos y problemas abiertos ligados a la truncación de tales jerarquías de ecuaciones para hacerlas aplicables. Restringimos nuestro análisis a la evolución acoplada de la MDR de uno y dos cuerpos, donde los efectos de correlación de alto orden estan embebidos dentro de la aproximación usada para cerrar las ecuaciones. Probamos que dentro de esta aproximación, el número de electrones y la energía total se conservan, sin importar la aproximación usada. Luego, demostramos que aplicando los esquemas de truncación de estado base para llevar los electrones a comportamientos indeseables y no físicos, tales como la violación e incluso la divergencia en la densidad electrónica local, tanto en regímenes correlacionados débiles y fuertes.

Estudo das correlações cinemáticas em topologias de difração dura no contexto do CMS/LHC

O presente trabalho trata do estudo, por meio de simulação de Monte Carlo, de correlações entre variáveis cinemáticas nas topologias de difração simples e de dupla troca de pomeron com vista a delimitar e estudar o espaço de fase referente às topologias citadas, em especial no que se refere á produção inclusiva de dijatos no contexto do experimento CMS/LHC. Será também apresentada uma análise da produção, por difração simples, de dijatos inclusivos a energia no centro de massa √s = 14 TeV (também por simulação de Monte Carlo), na qual estabelecemos um procedimento, a ser usado com dados, para a observação desse tipo de processo. Ainda analisamos a influência de diversos valores da probabilidade de sobrevivência do intervalo de rapidez, [|S|], nos resultados, de forma que com 10 pb -1 de dados acumulados, uma simples observação da produção de dijatos difrativos inclusivos, pelo método proposto, pode vir a excluir valores muito pequenos de [|S|].

Estudo de lacunas de rapidez e caracterização de processos difrativos em eventos de minimum bias a 7TeV no CMS/LHC

Neste trabalho estudamos as características das distribuições da lacuna de rapidez em amostras de eventos de minimum bias de colisões pp a ps=7 TeV no CMS/LHC. Tais eventos são constituídos por processos difrativos, além de processos de QCD mole. São investigados o tamanho e a localização das lacunas, assim como as correlações entre as distribuições obtidas a partir dos objetos reconstruídos no detector e as distribuições obtidas a partir das partículas geradas via simulação Monte Carlo. Uma boa compreensão dessas distribuições pode, eventualmente, possibilitar a caracterização de eventos difrativos nos dados.