Uranyl Complexes of Carboxyl-Functionalized Ionic Liquids

Uranium(VI) oxide has been dissolved in three different ionic liquids functionalized with a carboxyl group: betainium bis[trifluoromethyl)sulfonyl]imide, 1-(carboxymethyl)-3-methylimidazolium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide, and N-(carboxymethyl)-N-methylpyrrolidinium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide. The dissolution process results in the formation of uranyl complexes with zwitterionic carboxylate ligands and bis[trifluoromethyl)sulfonyl]imide (bistriflimide) counterions. An X-ray diffraction study on single crystals of the uranyl complexes revealed that the crystal structure strongly depends on the cationic core appended to the carboxylate groups. The betainium ionic liquid gives a dimeric uranyl complex, the imidazolium ionic liquid a monomeric complex, and the pyrrolidinium ionic liquid a one-dimensional polymeric uranyl complex, Extended X-ray absorption fine structure measurements have been performed on the betainium uranyl complex. The absorption and luminescence spectra of the uranyl betainium complex have been studied in the solid state and dissolved in water, in acetonitrile, and in the ionic liquid betainium bistriflimide. The carboxylate groups remain coordinated to uranyl in acetonitrile and in betainium bistriflimide but not in water.

KINETIC-STUDY OF PHOTOINDUCED ELECTRON-TRANSFER REACTIONS SENSITIZED BY COLLOIDAL CDS

The kinetics of the recovery of the photoinduced transient bleaching of colloidal CdS in the presence of different electron acceptors are examined. In the presence of the zwitterionic viologen, N,N'-dipropyl-2,2'-bipyridinium disulphonate, excitation of colloidal CdS at different flash intensities generates a series of decay profiles which are superimposed when normalized. The shape of the decay curves are as predicted by a first-order activation-controlled model for a log-normal distribution of particles sizes. In contrast, the variation in flash intensity in the presence of a second viologen, N,N'-dipropyl-4,4'-bipyridinium sulphonate, generates normalized decay traces which broaden with increasing flash intensity. This behaviour is predicted by a zero-order diffusion-controlled model for a log-normal distribution of particle radii. The photoreduction of a number of other oxidants sensitized by colloidal CdS is examined and the shape of the decay kinetics interpreted via either the first- or zero-order kinetics models. The rate constants and activation energies derived using these models are consistent with the values expected for an activation- or diffusion-controlled reaction.

Corticosteroids and peritonsillar abscess formation in infectious mononucleosis

Peritonsillar abscess formation is an uncommon complication of infectious mononucleosis (IM). Early case reports implicated corticosteroids in the development of such abscesses, however, subsequent studies suggested that these drugs do not promote the formation of abscesses at several sites outside the central nervous system. It has recently been demonstrated that zwitterionic polysaccharides, in bacterial capsules, form complexes with CD4(+) T lymphocytes leading to abscess formation. A patient is presented who developed peritonsillar abscess a few days after initiation of corticosteroid therapy for IM; the medical literature was reviewed in respect of this subject. It appears that the occurrence of these abscesses in IM is not strongly linked to corticosteroid treatment. The authors, therefore, recommend that steroids should not be withheld from patients with severe IM on the basis that they may precipitate the development of peritonsillar abscess.

Removal of naphthenic acids from crude oil using amino acid ionic liquids

A number of tetraalkylammonium and tetraalkylphosphonium amino acid based ionic liquids (AAILs) have been successfully used and recycled for the reactive extraction of naphthenic acids from crude oil and crude oil distillates. Spectral studies show that the mechanism by which this occurs is through the formation of a zwitterionic complex. Therein, the amino acid anion plays a key role in the formation of this complex. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Flux of ionic dyes across microneedle-treated skin:effect of molecular characteristics

Drug flux across microneedle (MN)-treated skin is influenced by the characteristics of the MN array, formed microconduits and physicochemical properties of the drug molecules in addition to the overall diffusional resistance of microconduits and viable tissue. Relative implication of these factors has not been fully explored. In the present study, the in vitro permeation of a series of six structurally related ionic xanthene dyes with different molecular weights (MW) and chemical substituents, across polymer MN-pretreated porcine skin was investigated in relation of their molecular characteristics. Dyes equilibrium solubility, partition coefficient in both n-octanol or porcine skin/aqueous system, and dissociation constants were determined. Results indicated that for rhodamine dyes, skin permeation of the zwitterionic form which predominates at physiological pH, was significantly reduced by an increase in MW, the skin thickness and by the presence of the chemically reactive isothiocyanate substituent. These factors were generally shown to override the aqueous solubility, an important determinant of drug diffusion in an aqueous milieu. The data obtained provided more insight into the mechanism of drug permeation across MN-treated skin, which is of importance to both the design of MN-based transdermal drug delivery systems and of relevance to skin permeation research.

Cationic Antimicrobial Peptide Cytotoxicity

Fluorescence microscopy serves as a valuable tool for assessing the structural integrity and viability of eukaryotic cells. Through the use of calcein AM and the DNA stain 4,6-diamidino-2 phenylindole (DAPI), cell viability and membrane integrity can be qualified. Our group has previously shown the ultra-short cationic antimicrobial peptide H-OOWW-NH₂; the amphibian derived 27-mer peptide Maximin-4and the ultra-short lipopeptide C₁₂-OOWW-NH₂ to be effective against a range of bacterial biofilms [1], displaying potential for use in the prevention of medical device-related infections [2]. Analysis of fluorescence micrographs, after staining with calcein AM and DAPI, shows the likely mode of cytotoxic action of cationic antimicrobial peptides and lipopeptides are via directmembrane disruption in eukaryotic cells. Selectivity is towards cidal action against prokaryotic cells, whose membranes are anionic in composition, such as those of bacteria, rather than for neutral zwitterionic membranes of eukaryotic cells. Membrane selectivity is determined by a multitude of physical parameters, particularly charge and hydrophobicity. The charge of the antimicrobial determines the extent of the initial electrostatic interactions with both prokaryotic and eukaryotic membranes, with a larger cationic charge favoring antimicrobial action. Tailoring of these properties is likely to be the key in successfully transferring antimicrobial peptides from laboratory experiments into clinical practice as safe pharmaceutical formulations.

Heat stress adaptation in hyperthermophiles: bosynthesis of inositol-containing compatible solutes

Dissertation presented to obtain the Ph.D. degree in Biochemistry

(Un)suitability of the use of pH buffers in biological, biochemical and environmental studies and their interaction with metal ions – a review

The use of buffers to maintain the pH within a desired range is a very common practice in chemical, biochemical and biological studies. Among them, zwitterionic N-substituted aminosulfonic acids, usually known as Good’s buffers, although widely used, can complex metals and interact with biological systems. The present work reviews, discusses and updates the metal complexation characteristics of thirty one commercially available buffers. In addition, their impact on biological systems is also presented. The influences of these buffers on the results obtained in biological, biochemical and environmental studies, with special focus on their interaction with metal ions, are highlighted and critically reviewed. Using chemical speciation simulations, based on the current knowledge of the metal–buffer stability constants, a proposal of the most adequate buffer to employ for a given metal ion is presented.

Metal complexes involving pyridoxine and pyridoxamine

Solid complexes of pyridoxine with Mn(II) , Cd(II) and Zn(II) have been isolated, as well as compounds containing Cu(II), Ni(II), Co(III), Cd(II) and Zn(II), and pyridoxamine in various protonated forms. Infrared spectra provide evidence for protonation at the pyridine nitrogen site in the complexes, but not in the neutral vitamins and the complexes of anionic pyridoxamine. Thus the complexed vitamins are in zwitterionic forms, with chelation probably occurring through the phenolate oxygen and either the amino or the hydroxy group at the 4' position.

The crystal and molecular structure of bis (pyridoxamine) copper (II) dinitrate monohydrate

The crystal structure of Cu(PM)2(N03hoH20 (where PM is pyridoxamine, CSHI2N202) has been determined from three dimensional x-ray diffraction data. The crystals are triclinic, space group pI, a = 14.248 (2), b = 8.568 (1), c = 9.319 (1) 1, a = 94.08 (1), e = 89.73 (1), y~~ 99.18 (1)°, z = 2, jl(MoK) = 10.90 em-I, Po = 1.61 g/cm3 and Pc = 1.61 g/em3• The structure a was solved by Patterson techniques from data collected on a Picker 4-circle diffractometer to 26max = 45°. All atoms, including hydrogens, have been located. Anisotropic thermal parameters have been refined for all nonhydrogen atoms. For the 2390 independent reflections with F ? 3cr(F) , R = 0.0408. The results presented here provide the first detailed structural information of a metal complex with PM itself. The copper atoms are located on centres of symmetry and each is chela ted by two PM zwitterions through the amino groups and phenolate oxygen atoms. The zwitterionic form found in this structure involves the loss of a proton from the phenolate group and protonation of the pyridine ring nitrogen atoms. The two independent Cu(PM)2 moieties are symmetrically bridged by a single oxygen atom from one of the nitrate groups. The second nitrate group is not coordinated to the copper atoms but is central to an extensive hydrogen bonding network involving the water molecule and uncoordinated functional groups of PM.

Decarboxylative Generation of Carbenes for the Synthesis of N-Heterocyclic Carbene Copper(I) Complexes - Applications in the Oxidative Coupling of 2-Naphthols

Le présent mémoire décrit la synthèse et l’utilité de complexes Cu-NHC. En premier lieu, la synthèse de complexes de cuivre porteurs de ligand(s) de type carbène-N-hétérocyclique (NHC) via une génération décarboxylative de carbènes sera présentée. En effet, de précédents rapports font état de l’utilisation de carboxylates d’imidazol(in)ium en tant que précurseurs carbéniques sous conditions thermolytiques. Ainsi, la présente étude montre l’utilisation de ces espèces zwitterioniques pour la synthèse de complexes de cuivre(I) mono- et bis-NHC comportant divers substituants et contre-ions. Une seconde partie du projet se concentrera sur l’évaluation de complexes Cu-NHC en tant que catalyseurs pour la synthèse de 2,2’-binaphtols via une réaction de couplage oxydatif de naphtols. L’objectif de ce projet de recherche est d’étudier les effets de variations structurales de différents complexes Cu-NHC afin de construire un processus catalytique plus efficace. Les effets de la structure du catalyseur sur la réaction de couplage ont été évalués en variant son contre-ion, le nombre de ligands NHC se coordonnant au cuivre, ainsi que la nature des substituants du ligand.

Développement de modèles prédictifs de la toxicocinétique de substances organiques

Les modèles pharmacocinétiques à base physiologique (PBPK) permettent de simuler la dose interne de substances chimiques sur la base de paramètres spécifiques à l’espèce et à la substance. Les modèles de relation quantitative structure-propriété (QSPR) existants permettent d’estimer les paramètres spécifiques au produit (coefficients de partage (PC) et constantes de métabolisme) mais leur domaine d’application est limité par leur manque de considération de la variabilité de leurs paramètres d’entrée ainsi que par leur domaine d’application restreint (c. à d., substances contenant CH3, CH2, CH, C, C=C, H, Cl, F, Br, cycle benzénique et H sur le cycle benzénique). L’objectif de cette étude est de développer de nouvelles connaissances et des outils afin d’élargir le domaine d’application des modèles QSPR-PBPK pour prédire la toxicocinétique de substances organiques inhalées chez l’humain. D’abord, un algorithme mécaniste unifié a été développé à partir de modèles existants pour prédire les PC de 142 médicaments et polluants environnementaux aux niveaux macro (tissu et sang) et micro (cellule et fluides biologiques) à partir de la composition du tissu et du sang et de propriétés physicochimiques. L’algorithme résultant a été appliqué pour prédire les PC tissu:sang, tissu:plasma et tissu:air du muscle (n = 174), du foie (n = 139) et du tissu adipeux (n = 141) du rat pour des médicaments acides, basiques et neutres ainsi que pour des cétones, esters d’acétate, éthers, alcools, hydrocarbures aliphatiques et aromatiques. Un modèle de relation quantitative propriété-propriété (QPPR) a été développé pour la clairance intrinsèque (CLint) in vivo (calculée comme le ratio du Vmax (μmol/h/kg poids de rat) sur le Km (μM)), de substrats du CYP2E1 (n = 26) en fonction du PC n octanol:eau, du PC sang:eau et du potentiel d’ionisation). Les prédictions du QPPR, représentées par les limites inférieures et supérieures de l’intervalle de confiance à 95% à la moyenne, furent ensuite intégrées dans un modèle PBPK humain. Subséquemment, l’algorithme de PC et le QPPR pour la CLint furent intégrés avec des modèles QSPR pour les PC hémoglobine:eau et huile:air pour simuler la pharmacocinétique et la dosimétrie cellulaire d’inhalation de composés organiques volatiles (COV) (benzène, 1,2-dichloroéthane, dichlorométhane, m-xylène, toluène, styrène, 1,1,1 trichloroéthane et 1,2,4 trimethylbenzène) avec un modèle PBPK chez le rat. Finalement, la variabilité de paramètres de composition des tissus et du sang de l’algorithme pour les PC tissu:air chez le rat et sang:air chez l’humain a été caractérisée par des simulations Monte Carlo par chaîne de Markov (MCMC). Les distributions résultantes ont été utilisées pour conduire des simulations Monte Carlo pour prédire des PC tissu:sang et sang:air. Les distributions de PC, avec celles des paramètres physiologiques et du contenu en cytochrome P450 CYP2E1, ont été incorporées dans un modèle PBPK pour caractériser la variabilité de la toxicocinétique sanguine de quatre COV (benzène, chloroforme, styrène et trichloroéthylène) par simulation Monte Carlo. Globalement, les approches quantitatives mises en œuvre pour les PC et la CLint dans cette étude ont permis l’utilisation de descripteurs moléculaires génériques plutôt que de fragments moléculaires spécifiques pour prédire la pharmacocinétique de substances organiques chez l’humain. La présente étude a, pour la première fois, caractérisé la variabilité des paramètres biologiques des algorithmes de PC pour étendre l’aptitude des modèles PBPK à prédire les distributions, pour la population, de doses internes de substances organiques avant de faire des tests chez l’animal ou l’humain.

Points quantiques : caractérisation et applications en sciences pharmaceutiques

L’imagerie médicale a longtemps été limitée à cause des performances médiocres des fluorophores organiques. Récemment la recherche sur les nanocristaux semi-conducteurs a grandement contribué à l’élargissement de la gamme d’applications de la luminescence dans les domaines de l’imagerie et du diagnostic. Les points quantiques (QDs) sont des nanocristaux de taille similaire aux protéines (2-10 nm) dont la longueur d’onde d’émission dépend de leur taille et de leur composition. Le fait que leur surface peut être fonctionnalisée facilement avec des biomolécules rend leur application particulièrement attrayante dans le milieu biologique. Des QDs de structure « coeur-coquille » ont été synthétisés selon nos besoins en longueur d’onde d’émission. Dans un premier article nous avons modifié la surface des QDs avec des petites molécules bi-fonctionnelles portant des groupes amines, carboxyles ou zwitterions. L’effet de la charge a été analysé sur le mode d’entrée des QDs dans deux types cellulaires. À l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques spécifiques à certains modes d’internalisation, nous avons déterminé le mode d’internalisation prédominant. L’endocytose par les radeaux lipidiques représente le mode d’entrée le plus employé pour ces QDs de tailles similaires. D’autres modes participent également, mais à des degrés moindres. Des disparités dans les modes d’entrée ont été observées selon le ligand de surface. Nous avons ensuite analysé l’effet de l’agglomération de différents QDs sur leur internalisation dans des cellules microgliales. La caractérisation des agglomérats dans le milieu de culture cellulaire a été faite par la technique de fractionnement par couplage flux-force (AF4) associé à un détecteur de diffusion de la lumière. En fonction du ligand de surface et de la présence ou non de protéines du sérum, chacun des types de QDs se sont agglomérés de façon différente. À l'aide d’inhibiteur des modes d’internalisation, nous avons corrélé les données de tailles d’agglomérats avec leur mode d’entrée cellulaire. Les cellules microgliales sont les cellules immunitaires du système nerveux central (CNS). Elles répondent aux blessures ou à la présence d’inflammagènes en relâchant des cytokines pro-inflammatoires. Une inflammation non contrôlée du CNS peut conduire à la neurodégénérescence neuronale et est souvent observée dans les cas de maladies chroniques. Nous nous sommes intéressés au développement d’un nanosenseur pour mesurer des biomarqueurs du début de l’inflammation. Les méthodes classiques pour étudier l’inflammation consistent à mesurer le niveau de protéines ou molécules relâchées par les cellules stressées (par exemple monoxyde d’azote, IL-1β). Bien que précises, ces méthodes ne mesurent qu’indirectement l’activité de la caspase-1, responsable de la libération du l’IL-1β. De plus ces méthode ne peuvent pas être utilisées avec des cellules vivantes. Nous avons construit un nanosenseur basé sur le FRET entre un QD et un fluorophore organique reliés entre eux par un peptide qui est spécifiquement clivé par la caspase-1. Pour induire l’inflammation, nous avons utilisé des molécules de lipopolysaccharides (LPS). La molécule de LPS est amphiphile. Dans l’eau le LPS forme des nanoparticules, avec des régions hydrophobes à l’intérieure. Nous avons incorporé des QDs dans ces régions ce qui nous a permis de suivre le cheminement du LPS dans les cellules microgliales. Les LPS-QDs sont internalisés spécifiquement par les récepteurs TLR-4 à la surface des microglies. Le nanosenseur s’est montré fonctionnel dans la détermination de l’activité de la caspase-1 dans cellules microgliales activées par le LPS. Éventuellement, le senseur permettrait d’observer en temps réel l’effet de thérapies ciblant l’inflammation, sur l’activité de la caspase-1.

Studies On Developing A Facile Route For The Synthesis Of Highly Substituted Quinoline And Indole Derivatives

the thesis entitled “STUDIES ON DEVELOPING A FACILE ROUTE FOR THE SYNTHESIS OF HIGHLY SUBSTITUTED QUINOLINE AND INDOLE DERIVATIVES” portrays our attempt to revisit the mechanism of 1,3- dipolar additions with a view to establishing whether it follows a concerted pathway or a stepwise reaction sequence through the formation of a zwitterionic intermediate, which will definitely contribute to the better use of this technique. Furthermore, we propose to develop novel routes for the synthesis of quinoline and indole derivatives with predefined substitution pattern. The thesis is devided into four chapters