Altering peptide fibrillization by polymer conjugation

A strategy is presented that exploits the ability of synthetic polymers of different nature to disturb the strong selfassembly capabilities of amyloid based β-sheet forming peptides. Following a convergent approach, the peptides of interest were synthesized via solid-phase peptide synthesis (SPPS) and the polymers via reversible addition−fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization, followed by a copper(I) catalyzed azide− alkyne cycloaddition (CuAAC) to generate the desired peptide− polymer conjugates. This study focuses on a modified version of the core sequence of the β-amyloid peptide (Aβ), Aβ(16−20) (KLVFF). The influence of attaching short poly(Nisopropylacrylamide) and poly(hydroxyethylacrylate) to the peptide sequences on the self-assembly properties of the hybrid materials were studied via infrared spectroscopy, TEM, circular dichroism and SAXS. The findings indicate that attaching these polymers disturbs the strong self-assembly properties of the biomolecules to a certain degree and permits to influence the aggregation of the peptides based on their β-sheets forming abilities. This study presents an innovative route toward targeted and controlled assembly of amyloid-like fibers to drive the formation of polymeric nanomaterials.

Phosphorescence quantum yield enhanced by intermolecular hydrogen bonds in Cu4I4 clusters in the solid state

Organo-copper(I) halide complexes with a Cu4I4 cubane core and cyclic amines as ligands have been synthesized and their crystal structures have been defined. Their solid state photophysical properties have been measured and correlated with the crystal structure and packing. A unique and remarkably high luminescence quantum yield (76%) has been measured for one of the complexes having the cubane clusters arranged in a columnar structure and held together by N–HI hydrogen bonds. This high luminescence quantum yield is correlated with a slow radiationless deactivation rate of the excited state and suggests a rather strong enhancement of the cubane core rigidity bestowed by the hydrogen bond pattern. Some preliminary thin film deposition experiments show that these compounds could be considered to be good candidates for applications in electroluminescent devices because of their bright luminescence, low cost and relatively easy synthesis processes

Self-immolative base-mediated conjugate release from triazolylmethylcarbamates

A range of carbamate functionalized 1,4-disubstituted triazoles featuring a base sensitive trigger residue, plus a model aromatic amine reporter group, were prepared via copper(I) catalysed azide–alkyne cycloaddition and evaluated for their self-immolative characteristics. This study revealed a clear structure–reactivity relationship, via Hammett analysis, between the structure of the 1,4-disubstituted triazole and the rate of self-immolative release of the amine reporter group, thus demonstrating that under basic conditions this type of triazole derivative has the potential to be employed in a range of chemical release systems.

Gamma phases in Cu-Al alloys and the influence of a square shaped phase in the electrochemical behavior of a Cu-13.6wt% Al alloy

The electrochemical behavior of Cu-xAl alloys, with 11 wt%less than or equal to x less than or equal to 15wt%, in 0.5 M H2SO4 was studied by means of open-circuit potential decay measurements, quasi-stationary and fast cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy. Some of the alloys (x less than or equal to 14%), when quenched formed martensitic structures. Alloys with greater than or equal to 13% showed a little square-shaped phase when quenched from temperatures around 800 degrees C. It was observed that in sulfuric medium, these formations were dealuminized differently than the martensitic phase. The values of the rest potentials are more influenced by the heat treatment rather than by the alloy composition. An anodic Tafel slope of ca. 60 mV/decade was observed for all the alloys, independently of the heat treatment. This is explained in terms of a competition between two processes: copper oxidation and copper(I) deproportionation. In the cyclic voltammetric experiments it was observed an anodic current peak, related with copper oxidation with a possible formation of some interfacial species, and a cathodic current peak during the reverse potential scan, associated with the reduction of soluble species and/or of the film. The AC Impedance data were interpreted in terms of electric equivalent circuits.

Synthesis, characterization and thermal behavior of heterobimetallic carbonyl compounds of the type [W(CO)(4)(bipy)(CuX)] (X=Cl, N-3, ClO4 and BF4)

Four new heterobimetallic metal carbonyls were synthesized by the reaction of [W(CO)4(bipy)] (1) with copper(I) compounds leading to species with the general formula [W(CO)4(bipy)(CuX)] (X = Cl, N3, ClO4, BF4) (2-5). The metal carbonyl compounds were characterized by elemental analysis, infrared and UV -visible electronic spectroscopy and thermogravimetric analysis. The IR data for 2-5 show carbonyl stretching band patterns similar to compound 1 ; ie they exhibit the same number of bands. The UV - vis results show a dissociation reaction generating the starting compound 1 and CuX as consequence of a weak interaction between 1 and CuX. Thermal decomposition mechanisms as well as the thermal stability are influenced by the CuX fragments. The thermal stability decreases in the order [W(CO)4(bipy)] > [W(CO)4(bipy)(CuCl)] > [W(CO)4(bipy) (CuBF4)]. The X-ray results show the formation of WO3, CuWO4, Cu2O and CuO as final decomposition products.

Oligosilyl- und Stannylderivate des Kupfers

Benzyltris(trimethylsilyl)silan konnte durch Reaktion mit Lithiummethanid oder Alkalimetall-tert-butanolaten (M-OtBu, M = Na, K, Rb, Cs) in die entsprechenden Alkalimetall-benzylbis(trimethylsilyl)silanide (M-Bnz, Bnz = Si(SiMe3)2CH2Ph) überführt werden. Die Strukturen dieser Verbindungen weisen viele Gemeinsamkeiten mit den entsprechenden Hypersilylverbindungen (Hypersilyl bzw. Hyp = Si(SiMe3)3) auf. Mit Ausnahme der Lithiumverbindung weisen die Natrium-, Kalium- und Rubidiumverbindungen jedoch noch intramolekulare Wechselwirkungen des Benzylrestes mit den Alkalimetallkationen auf. Die Benzylbis(trimethylsilyl)silanide der Alkalimetalle eignen sich zur Darstellung von Kupfersilylverbindungen. So konnten heteroleptische Cuprate (Bnz-Cu-OtBu-, Bnz-Cu-Hyp-) und monoleptische Cuprate (CuBnz2-), aber auch das ungeladene Kupfer-benzyl-bis(trimethylsilyl)silanid hergestellt werden. Auf analoge Weise wurde versucht, Alkalimetall- und Kupferverbindungen des Phenylbis(trimethylsilyl)silanides herzustellen. Da aber bereits bei der Synthese der Alkalimetallverbindungen die entsprechenden Hypersilanide als schwer abtrennbare Nebenprodukte entstanden, konnten keine ausführlichen Untersuchungen angestellt werden. Es konnten die Natrium- und Kaliumsalze des Dihypersilylcuprates hergestellt und strukturell charakterisiert werden. Die Natriumverbindung wurde nur als Nebenprodukt einer Reaktion von Kupfer(I)-cyanid mit Natriumhypersilanid erhalten, die entsprechende Kaliumverbindung ließ sich jedoch mit guten Ausbeuten gezielt aus Kupfer(I)-tert-butanolat herstellen. Beide Verbindungen weisen ein hantelförmiges Hyp-Cu-Hyp-Anion auf, die THF- bzw. THP-koordinierten Kationen liegen isoliert vom Anion vor. Eine neue Klasse von Kupfersilylverbindungen konnten durch Reaktion von Kupfer(I)-cyanid mit Alkalimetallhypersilaniden erzeugt werden. Dabei entstehen heteroleptische Cyano-hypersilyl-cuprate. Großen Einfluss auf die Strukturen üben die Alkalimetallkationen und Lösungsmittelmoleküle aus. So findet man bei den Lithiumverbindungen zweikernige Kupferkomplexe, die je nach Lösungsmittelgehalt unterschiedliche Anordnungen der Cyanid- und Hypersilanidanionen aufweisen. Lediglich die Kaliumverbindung weist lineare Cyanid-Kupfer-Hypersilanid-Einheiten auf, wie man sie analog von Organyl-cyano-cupraten kennt. Trotz vieler Gemeinsamkeiten vieler Silyl- und entsprechender Stannylverbindungen bezüglich Struktur und Reaktivität, erwies sich die Darstellung von Kupferstannyl-verbindungen schwieriger als erwartet. Zwar konnte in einer mehrstufigen Reaktion Kupfer-tris(trimethylsilyl)stannanid erhalten werden, auftretende Zwischen- und Nebenprodukte weisen jedoch auf das Auftreten von Umlagerungen und Redoxprozesse hin, die bei entsprechenden Kupfersilylverbindungen nicht beobachtet wurden.

3D-Cryo-Elektronenmikroskopie des 4x6-Hämocyanins der Vogelspinne Eurypelma californicum unter Oxy- und Deoxybedingungen

Arthropodenhämocyanine und Molluskenhämocyanine, die extrazellulären Atmungsproteine der Arthropoden und Mollusken, unterscheiden sich grundsätzlich im Aufbau, besitzen aber ähnliche aktive Zentren, welche in ihrer oxydierten Form für die Blaufärbung der Hämocyanine verantwortlich sind. Sauerstoff wird im Bindungszentrum zwischen zwei, von sechs Histidinen ligandierten, Kupfer(I)Ionen gebunden. Arthropodenhämocyanine bauen sich artspezifisch aus 1, 2, 4, 6, oder 8 Hexameren mit D3-Symmetrie auf. Die Untereinheiten von je ca. 75 kDa falten sich in drei Domänen unterschiedlicher Funktionen. Der komplexe, hierarchische Zusammenbau der Arthropodenhämocyanine hängt von der Heterogenität der Untereinheiten ab. Die 7 verschieden Sequenzen des 4x6-Hämocyanins von Eurypelma californicum (EcHc) sind biochemisch in der Quartärstruktur lokalisiert. Bislang fehlte noch ein unabhängig erstelltes 3D-Modell der geometrischen Gesamtstruktur welche die hexamere und monomere Topographie eindeutig zeigt. Dessen Erstellung war Gegenstand dieser Arbeit, in Verbindung mit der Zielsetzung, die 3D-Rekonstruktion in den beiden extremen physiologischen Zuständen, mit und ohne gebundenen Sauerstoff, zu erzeugen. Dazu wurden in einer eigens entwickelten Atmosphären-Präparationskammer die Proteine in Lösung schockgefrorenen und mittels Cryo-3D-Elektronenmikroskopie gemessen. Aus den daraus gewonnen Projektionsbildern ließen sich mit der ”Single Particle Analyse“ die 3D-Informationen zurückberechnen. Die 3D-Rekonstruktionen wurden mit der publizierten Röntgenkristallstruktur des hexameren Referenz-Hämocyanins der Languste Panulirus interruptus verifiziert. Die Rekonstruktionen erlaubten die eindeutige Messung diverser in der Literatur diskutierter Parameter der Architektur des 4x6-EcHc und darüber hinaus weiterer geometrischer Parameter, welche hier erstmals veröffentlicht werden. SAXS-Daten sagen extreme Translationen und Rotationen von Teilquartärstrukturen zwischen oxy- und deoxy-EcHc voraus, was von den 3D-Rekonstruktionen der beiden Zustände nicht bestätigt werden konnte: Die 16 Å Rekonstruktion der Deoxyform weicht geometrisch nicht von der 21 Å Rekonstruktion der Oxyform ab. Die Einpassung der publizierten Röntgenstruktur der Untereinheit II des Hämocyanin des Pfeilschwanzkrebses Limulus polyphemus in die Rekonstruktionen unterstützt eine auf der hexameren Hierarchieebene lokalisierte Dynamik der Oxygenierung. Mittels Einpassung modellierter molekularer Strukturen der EcHc-Sequenzen konnte eine erste Vermutung zur Lokalisation der beiden zentralen Linker-Untereinheiten b und c des 4x6-Moleküls gemacht werden: Demnach würde Untereinheit b in den exponierten Hexameren des Moleküls liegen. Aussagen über die Quartärstrukturbindungen auf molekularer Ebene aufgrund der Einpassung modellierter molekularer Daten in die Rekonstruktionen sind als spekulativ einzustufen: a) Die Auflösung der Rekonstruktion ist verbesserungswürdig. b) Es gibt keine adäquate Vorlage für eine verlässliche Strukturvorhersage; die verschiedenen EcHc-Sequenzen liegen nur als Modellierung vor. c) Es wäre eine flexible Einpassung notwendig, um Ungenauigkeiten in den modellierten Strukturen durch Sekundärstrukturanpassung zu minimieren.

Synthese und photophysikalische Eigenschaften funktionalisierter 1-Oligoalkinylamide

Synthese und photophysikalische Eigenschaften funktionalisierter 1-Oligoalkinylamide Torsten Schweikert Zusammenfassung der Dissertation zur Erlangung des Grades „Doktor der Naturwissenschaften“ Die Zielsetzung dieser Arbeit bestand aus der Synthese verschiedener 1-Oligoalkinylamide und deren Funktionalisierung mit endständigen Akzeptoreinheiten, um einen Zugang zu konjugierten Donor-Akzeptor-substituierten Acetylenchromophoren zu realisieren, welche die Aminogruppe direkt am Acetylenkohlenstoff tragen. In einer kupfer(I)-katalysierten Cadiot-Chodkiewicz-Reaktion konnten terminale 1-Alkinylamide 1 mit verschiedenen substituierten 1-Bromalkinen 2 zu den 1-Oligoalkinylamiden 3 umgesetzt werden. Die Reaktion zeichnet sich durch eine hohe Toleranz gegenüber verschiedenen funktionellen Gruppen aus und lieferte die 1-Oligoalkinylamide 3 in Ausbeuten von 34 bis 99 %. NR1EWGNR2R1EWGR2Br5 Mol-% CuI30 Mol-% NH2OH·H2O2.0 Äquiv. n-BuNH2MeOH0 °C - 40 °C, 0.5 - 2 h34 - 99 %1.5 Äquiv. 213R1: Phenyl, 2-Iodphenyl, Benzyl, AlkylR2: Alkyl, Hydroxyalkyl, O-Tetrahydropyranyloxyalkyl, Methylester, 4-Nitrophenyl, 4-Cyanophenyl, 4-Dimesitylborylphenylnn Mittels UV/Vis-Spektroskopie sind die verschiedenen Donor-Akzeptor-substituierten Chromophore auf ihre photophysikalischen Eigenschaften hin untersucht worden. Dabei zeigten sich verschiedene Effekte bei Variation der Donor- und Akzeptorgruppen sowie bei Verlängerung der Acetylenbrücke auf die Lage der Charge-Transfer-Bande. Die Solvatochromie der Absorptionsbanden zeigte das Vorhandensein eines permanenten Dipolmoments der Verbindungen. Die elektrooptische Absorptionsmessung konnte schließlich Informationen über die Größe der Dipolmomente im Grundzustand und im angeregten Franck-Condon-Zustand liefern. Die elektrischen Dipolmomente der Verbindungen im Grundzustand in 1,4-Dioxan und Cyclohexan liegen im Bereich von (9.4 – 12.2)10-30 Cm. Nach optischer Anregung erhöhen sich die Dipolmomente um (25.0 – 92.3)10-30 Cm, wobei die Änderung des Dipolmoments bei optischer Anregung ein Maximum für die 1-Diinylamide durchläuft und bei drei konjugierten Acetylenbindungen stark abnimmt. Die synthetisierten 1-Diinylamide fanden ferner Anwendung in der Synthese von funktionalisierten 3-Alkinylindolen, wobei mittels einer palladiumkatalysierten Heteroanellierungssequenz in 2-Position am Indol ein Schwefel- oder Stickstoffnucleophil eingeführt werden konnte.

Synthesis Of Triblock Copolymers By Radical Trap Assisted-Atom Transfer Radical Coupling

Monobrominated diblock copolymers composed of poly(styrene) (PSt), poly(methylacrylate) (PMA), or poly(methyl methacrylate) (PMMA) were synthesized by consecutive atom transfer radical polymerizations (ATRP). The brominated diblocks were utilized in atom transfer radical coupling (ATRC) and radical trap-assisted ATRC (RTA-ATRC) reactions to form ABA type triblock copolymers. Once PMMA-PStBr and PSt-PMABrBr were produced by ATRP, the synthes of PSt-PMA-PSt and PMMA-PSt- PMMA by ATRC and also by RTA-ATRC were attempted. The coupling methods were compared and it was found that RTA-ATRC succeeded in synthesizing PSt-PMA-PSt where ATRC could not, and that RTA-ATRC improved coupling over ATRC for PMMAPSt- PMMA. Incorporation of the radical trap 2-methyl-2-nitrosopropane (MNP) midchain allowed for simple thermal cleavage of the triblock to confirm the RTA-ATRC pathway occurred in preference over the head to head radical coupling pathway of ATRC. Triblocks made by ATRC did not cleave under our conditions, as no MNP was present and thus no labile C-O bond was incorporated. The RTA-ATRC pathway allowed for lower catalyst amounts (2 molar equivalents of copper(I)bromide and 2 molar equivalents of copper metal) and a high degree of coupling at lower temperatures (40°C). The RTA-ATRC improved upon ATRC because of its ability to generate a persistent radical and proceed by first order kinetics with respect to the chain end radical.

Dimerization of Poly(methyl methacrylate) Chains Using Radical Trap-Assisted Atom Transfer Radical Coupling

End-brominated poly(methyl methacrylate) (PMMABr) was prepared by atom transfer radical polymerization (ATRP) and employed in a series of atom transfer radical coupling (ATRC) and radical trap-assisted ATRC (RTA-ATRG) reactions. When coupling reactions were performed in the absence of a nitroso radical trap-traditional ATRC condition-very little coupling of the PMMA chains was observed, consistent with disproportionation as the major termination pathway for two PMMA chain-end radicals in our reactions. When 2-methyl-2-nitrosopropane (MNP) was used as the radical trap, coupling of the PMMA chains in this attempted RTA-ATRC reaction was again unsuccessful, owing to capping of the PMMA chains with a bulky nitroxide and preventing further coupling. Analogous reactions performed using nitrosobenzene (NBz) as the radical trap showed significant dimerization, as observed by gel permeation chromatography (GPC) by a shift in the apparent molecular weight compared to the PMMABr precursors. The extent of coupling was found to depend on the concentrion of NBz compared to the PMMABr chain ends, as well as the temperature and time of the coupling reaction. To a lesser extent, the concentrations of copper(I) bromide (CuBr), nitrogen ligand (N,N,N',N',N"-pentamethyldiethylenetriamine = PMDETA), and elemental copper (Cu) were also found to play a role in the success of the RTA-ATRC reaction. The highest levels of dimerization were observed when the coupling reaction was carried out at 80 degrees C for 0.5h, with ratio of 1:4:2.5:8:1 equiv of NBz: CuBr:Cu:PMDETA:PMMABr.

Geochemical and biogeochemical parameters of bottom sediments from the area of the Spitsbergen (Svalbard) Archipelago

Quantitative characteristics for rates of diagenetic processes in the upper (0-30 cm) layer of sedimentary deposits in the area of the Spitsbergen (Svalbard) Archipelago (78°-80°N) were obtained by lithologo-geochemical, radioisotope (35S, 14C), and stable isotope (d34S, d13C) studies. It was proved that rates of diagenetic processes in polar deposits at 123-395 m depth affected by the East Spitsbergen ''warm'' current are mostly determined by bioproductivity and are commensurate with rates of processes in shelf deposits of temperate latitudes. High contents of migratory methane (up to 263 ml/dm**3) and isotopically-light organic carbon (Corg, d13C = -30 per mil PDB) were found in the 1 m layer of shelf deposits (at 123 m sea depth) with low bacterial in situ production of methane. It was shown that methane is not utilized in the deposits by the methanotrophic bacterial community and it may be supplied to the water mass and, probably, to the atmosphere.

Chemical composition of bottom waters and interstitial waters from sediments and deposits within and outside the Haakon Mosby submarine mud volcano in the Norwegian Sea

On the base of data of Cruise 40 of R/V Akademik Keldysh features of formation of saline composition of interstitial waters from sediments containing free hydrocarbons (methane) and gas hydrates (CH4 x 6H2O) were considered. Chemical composition of the interstitial waters is presented for three zones of sediments from the Haakon Mosby submarine mud volcano: (1) zone of kettles containing free hydrocarbons, (2) gas hydrate sediments, and (3) periphery of the volcano. Abnormally high concentrations of bromine and especially iodine characteristic of the interstitial and particularly of the oil-field waters were found. Because of a great interest in natural gas hydrates found in marine sediments, we obtained a possibility to supplement scarce of available published data with some new information.