Third-generation synchrotron x-ray diffraction of 6-μm crystal of raite, ≈Na3Mn3Ti0.25Si8O20(OH)2⋅10H2O, opens up new chemistry and physics of low-temperature minerals

The crystal structure of raite was solved and refined from data collected at Beamline Insertion Device 13 at the European Synchrotron Radiation Facility, using a 3 × 3 × 65 μm single crystal. The refined lattice constants of the monoclinic unit cell are a = 15.1(1) Å; b = 17.6(1) Å; c = 5.290(4) Å; β = 100.5(2)°; space group C2/m. The structure, including all reflections, refined to a final R = 0.07. Raite occurs in hyperalkaline rocks from the Kola peninsula, Russia. The structure consists of alternating layers of a hexagonal chicken-wire pattern of 6-membered SiO4 rings. Tetrahedral apices of a chain of Si six-rings, parallel to the c-axis, alternate in pointing up and down. Two six-ring Si layers are connected by edge-sharing octahedral bands of Na+ and Mn3+ also parallel to c. The band consists of the alternation of finite Mn–Mn and Na–Mn–Na chains. As a consequence of the misfit between octahedral and tetrahedral elements, regions of the Si–O layers are arched and form one-dimensional channels bounded by 12 Si tetrahedra and 2 Na octahedra. The channels along the short c-axis in raite are filled by isolated Na(OH,H2O)6 octahedra. The distorted octahedrally coordinated Ti4+ also resides in the channel and provides the weak linkage of these isolated Na octahedra and the mixed octahedral tetrahedral framework. Raite is structurally related to intersilite, palygorskite, sepiolite, and amphibole.

The chemistry of the S-nitrosoglutathione/glutathione system

S-Nitrosothiols have generated considerable interest due to their ability to act as nitric oxide (NO) donors and due to their possible involvement in bioregulatory systems—e.g., NO transfer reactions. Elucidation of the reaction pathways involved in the modification of the thiol group by S-nitrosothiols is important for understanding the role of S-nitroso compounds in vivo. The modification of glutathione (GSH) in the presence of S-nitrosoglutathione (GSNO) was examined as a model reaction. Incubation of GSNO (1 mM) with GSH at various concentrations (1–10 mM) in phosphate buffer (pH 7.4) yielded oxidized glutathione, nitrite, nitrous oxide, and ammonia as end products. The product yields were dependent on the concentrations of GSH and oxygen. Transient signals corresponding to GSH conjugates, which increased by one mass unit when the reaction was carried out with 15N-labeled GSNO, were identified by electrospray ionization mass spectrometry. When morpholine was present in the reaction system, N-nitrosomorpholine was formed. Increasing concentrations of either phosphate or GSH led to lower yields of N-nitrosomorpholine. The inhibitory effect of phosphate may be due to reaction with the nitrosating agent, nitrous anhydride (N2O3), formed by oxidation of NO. This supports the release of NO during the reaction of GSNO with GSH. The products noted above account quantitatively for virtually all of the GSNO nitrogen consumed during the reaction, and it is now possible to construct a complete set of pathways for the complex transformations arising from GSNO + GSH.

Chemistry for the analysis of protein–protein interactions: Rapid and efficient cross-linking triggered by long wavelength light

Chemical cross-linking is a potentially useful technique for probing the architecture of multiprotein complexes. However, analyses using typical bifunctional cross-linkers often suffer from poor yields, and large-scale modification of nucleophilic side chains can result in artifactual results attributable to structural destabilization. We report here the de novo design and development of a type of protein cross-linking reaction that uses a photogenerated oxidant to mediate rapid and efficient cross-linking of associated proteins. The process involves brief photolysis of tris-bipyridylruthenium(II) dication with visible light in the presence of the electron acceptor ammonium persulfate and the proteins of interest. Very high yields of cross-linked products can be obtained with irradiation times of <1 second. This chemistry obviates many of the problems associated with standard cross-linking reagents.

An important 2′-OH group for an RNA–protein interaction

We have investigated the role of 2′-OH groups in the specific interaction between the acceptor stem of Escherichia coli tRNACys and cysteine-tRNA synthetase. This interaction provides for the high aminoacylation specificity observed for cysteine-tRNA synthetase. A synthetic RNA microhelix that recapitulates the sequence of the acceptor stem was used as a substrate and variants containing systematic replacement of the 2′-OH by 2′-deoxy or 2′-O-methyl groups were tested. Except for position U73, all substitutions had little effect on aminoacylation. Interestingly, the deoxy substitution at position U73 had no effect on aminoacylation, but the 2′-O-methyl substitution decreased aminoacylation by 10-fold and addition of the even bulkier 2′-O-propyl group decreased aminoacylation by another 2-fold. The lack of an effect by the deoxy substitution suggests that the hydrogen bonding potential of the 2′-OH at position U73 is unimportant for aminoacylation. The decrease in activity upon alkyl substitution suggests that the 2′-OH group instead provides a monitor of the steric environment during the RNA–synthetase interaction. The steric role was confirmed in the context of a reconstituted tRNA and is consistent with the observation that the U73 base is the single most important determinant for aminoacylation and therefore is a site that is likely to be in close contact with cysteine-tRNA synthetase. A steric role is supported by an NMR-based structural model of the acceptor stem, together with biochemical studies of a closely related microhelix. This role suggests that the U73 binding site for cysteine-tRNA synthetase is sterically optimized to accommodate a 2′-OH group in the backbone, but that the hydroxyl group itself is not involved in specific hydrogen bonding interactions.

Symmetry arguments in chemistry

The use (and misuse) of symmetry arguments in constructing molecular models and in the interpretation of experimental observations bearing on molecular structure (spectroscopy, diffraction, etc.) is discussed. Examples include the development of point groups and space groups for describing the external and internal symmetry of crystals, the derivation of molecular symmetry by counting isomers (the benzene structure), molecular chirality, the connection between macroscopic and molecular chirality, pseudorotation, the symmetry group of nonrigid molecules, and the use of orbital symmetry arguments in discussing aspects of chemical reactivity.

Acridones: a chemically new group of protonophores.

Although the interaction of proton-conducting ionophores (protonophores) with photosynthetic electron transport has been extensively studied during the past decade, the mode of action of protonophores remained uncertain. For a better understanding of the molecular mechanism of the action of protonophores, the introduction of chemically new types of molecules will be required. In this work, we demonstrate that acridones (9-azaanthracene-10-ones) completely fulfill this requirement. At low concentrations of acridones, the thermoluminescence bands at +20 degrees C and +10 degrees C were strongly inhibited, while normal electron transport activity was retained. This indicates that the concentrations of S2 and S3 states involved in the generation of these bands are reduced. At higher concentrations, an increased activity of electron transport was observed, which is attributed to the typical uncoupler effect of protonophores. Indeed, acridones accelerate the decay of the electrochromic absorbance change at 515 nm and also inhibit the generation of the transmembrane proton gradient, measured as an absorbance transient of neutral red. Variable fluorescence induction was quenched even at low concentrations of acridones but was restored by either a long-term illumination or high light intensity. Acridones, similarly to other protonophores, promoted the autooxidation of the high-potential form of cytochrome b559 and partially converted it to lower potential forms. These results suggest that acridones, acting as typical protonophores, uncouple electron transport, accelerate the deactivation of the S2 and S3 states on the donor side, and facilitate the oxidation of cytochrome b559 on the acceptor side of photosystem II.

Theoretical insights on electron donor-acceptor interactions involving carbon dioxide

Electron donor-acceptor (EDA) interactions are widely involved in chemistry and their understanding is essential to design new technological applications in a variety of fields ranging from material sciences and chemical engineering to medicine. In this work, we study EDA complexes of carbon dioxide with ketones using several ab initio and Density Functional Theory methods. Energy contributions to the interaction energy have been analyzed in detail using both variational and perturbational treatments. Dispersion energy has been shown to play a key role in explaining the high stability of a non-conventional structure, which can roughly be described by a cooperative EDA interaction.

Assessment of Competences in the Physical Chemistry Area: Use of the Department Teaching Portfolio

Competences have become a standard learning outcome in present university education within the European Higher Education Area (EHEA). In this regard, updated tools for their assessment have turned out essential in this new teaching-learning paradigm. Among them, one of the most promising tools is the “learner´s portfolio”, which is based on the gathering and evaluation of a range of evidences from the student, which provides a wider and more realistic view of his/her competence acquisition. Its appropriate use as a formative (continuous) assessment instrument allows a deeper appraisal of student´s learning, provided it does not end up as another summative (final) evaluation tool. In this contribution we propose the use of the portfolio as a unifying assessment tool within a university department (Physical Chemistry), exemplifying how the portfolio could yield both personalized student reports and averaged area reports on competence acquisition. A proposed stepwise protocol is given to organize the individual competence reports and estimate the global competence level following a bottom-up approach (i.e. ranging from the class group, subject, grade, and academic course).

The current challenges of Color Physics and Chemistry

Day of Chemistry, Invited conference, San Alberto Magno 2014

Reductive Removal of the Pivaloyl Protecting Group from Tetrazoles by a Naphthalene-Catalyzed Lithiation Process

The reaction of various 1-pivaloyl-1H-tetrazoles with excess lithium and a catalytic amount of naphthalene (20 mol%) led, after treatment with methanol, to the corresponding free tetrazoles through reductive C–N bond cleavage. This methodology represents a reasonable alternative to other nonreductive protocols.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Design and synthesis of constrained azacyclic pyrrolidine analogues of FTY720 as anticancer agents & metal coordination-controlled and bifunctional catalysis toward tertiary β-Ketols

Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.

Chemical composition of glauconite and montmorillonite group minerals from sediments and rocks of the Norwegian Sea

Two quadrupole splitting doublets with delta E_q = 0.74 and 1.62 mm/s were found in the montmorillonite spectra. The more intense doublet corresponds to iron in a somewhat distorted tetrahedral coordination, while the less intense corresponds to quadri-coordinated iron. The EPR spectrum also exhibits two lines with a q-factor of 3 and 4.3, which corresponds to transformed minerals.

School of Pharmacy. U of M [Chemistry Laboratory]

From north with group of students on lawn. Built in 1856. First chemical laboratory at a state university. Building served medical students and others as both laboratory and classroom. Situated just west and south of the original medical building. Additions made to the one-story building in 1861, 1866, 1868, 1874. In 1880 a two-story addition was added with subsequent additions in 1889 and 1901. Became Economics Building in 1908. Pharmacology occupied north wing 1908-1981. Destroyed by fire Christmas Eve 1981.