Oberflächenuntersuchungen von Metalla-Tetraazaporphyrinen

Ziel dieser Arbeit war es, ein System zu entwickeln, in dem ein durch Licht induzierter Elektronentransfer stattfinden kann. Dazu wurden ein Kupfer(II)- und ein Zink(II)Tetraazaporphyrin mit acht 4-tert-Butylphenyl-Substituenten synthetisiert (Cu4Dinit, Zn4Dinit). Die Energielücke von 1,85 eV zwischen HOMO und LUMO von Cu4Dinit in Lösung wurde mit Hilfe von Cyclovoltammetrie und UV/Vis-Messungen bestimmt. Somit ist sie größer als für Cu4Dinit Moleküle, die auf einer Oberfläche (Wolfram(100)) liegen und mit STM-, STS-Messungen untersucht wurden. Hier beträgt die Energielücke 1,35 eV, was durch eine Drehung der Phenylringe in die Ebene der Pyrrolringe des Makrozyklus und somit durch eine bessere Überlappung der Orbitale erklärt werden kann. Um die Wechselwirkung der Moleküle mit der Oberfläche zu untersuchen, wurde Cu4Dinit, wie oben beschrieben, auf Magnetit aufgedampft. Dadurch wurde ausschließlich die Wechselwirkung zwischen den Elektronenspins des Kupfer(II)-ions und den Elektronenspins des Eisens im Magnetit betrachtet. Durch Messungen der Röntgenabsorption und des XMCD-Effektes konnten das Spinmoment, Bahnmoment und das Gesamtmoment des Kupfers berechnet und eine anisotrope Kopplung des Elektronenspins des Kupferions zum Magnetit, in Abhängigkeit der Magnetisierungsrichtung des Magnetits, festgestellt werden. Wenn der Magnetit senkrecht zur Oberfläche (out-of-plane) magnetisiert ist, ist die Kopplung ferromagnetisch, während bei einer Magnetisierungsrichtung parallel zur Ebene (in-plane) des Magnetits der Elektronenspin des Kupfers antiferromagnetisch mit dem des Eisens koppelt. Dadurch muss der Hamiltonian, der die Wechselwirkung zwischen zwei Spins beschreibt, bei einer anisotropen Kopplung um einen ansiotropen Term ergänzt werden. Das Ergebnis, dass der Elektronenspin des Kupferions durch die Richtung der Magnetisierung des Magnetits beeinflusst werden kann, eröffnet neue Wege, um die Spinkonfiguration von auf der Oberfläche liegenden Molekülen mit ungepaarten Elektronen, wie die zentralen Metallionen der Makrozyklen aber auch die Elektronenspins anderer metallorganischer Komplexe oder molekulare Magnete, durch ein externes Magnetfeld zu beeinflussen. rnDurch die stöchiometrische Templatreaktion von Pyrazino[2,3-f][1,10]-phenanthrolin-2,3-di-carbonitril (Dicnq), Bis(4-tert-Butylphenyl)-fumarodinitril (Dinit) und Kupfer(II)-acetat wurde eine Koordinationsmöglichkeit für ein Ruthenium(II)-ion in einem Tetraazaporphyrin hergestellt und so die Makrozyklen Cu3Dinit1Dicnq und Zn3Dinit1Dicnq synthetisiert, mit Rutheniumionen versetzt und ebenfalls mit Hilfe von Röntgenabsorptionsmessungen und XMCD untersucht. Durch die Vergleiche mit Zn3Dinit1Dicnq und den jeweiligen Verbindungen mit koordinierten Rutheniumionen (Cu3Dinit1Dicnq-1Ru, Zn3Dinit1Dicnq-1Ru) konnte gezeigt werden, dass eine Verschiebung der Elektronendichte des Rutheniumions zu dem zentralen Kupferion des Makrozyklus stattgefunden hat und durch die Koordination eines Rutheniumions in der Peripherie des Tetraazaporphyrins die energetische Lage der Kupferorbitale beeinflusst wird.rnDer Einfluss von vier koordinierten Ruthenium(II)-ionen auf das zentrale Kupferion wurde an Hand des in dieser Arbeit hergestellten Kupfer(II)phenanthralocyanins (Cu4Dicnq) untersucht, das aus vier Dicnq-Liganden und Kupfer(II)-acetat synthetisiert wurde. Auf Grund der schlechten Löslichkeit wurde für die Koordination der Rutheniumionen der Prekursor [Ru(bipy)2Dicnq](PF6)2 hergestellt und daraus der Makrozyklus in einer Templatsynthese mit Kufper(II)-ionen gebildet. Durch diese neue Syntheseroute war es möglich, die Verbindung Cu4Dicnq-4Ru herzustellen und ebenfalls durch Röntgenabsorption und XMCD zu untersuchen und so das Spin- und Bahnmoment zu ermitteln. Ein Teil der Elektronendichte des Rutheniumions in dieser Verbindung wird auf die zusätzlich an das Rutheniumion koordinierten 2,2'-Bipyridine und nicht auf den Makrozyklus, wie in Cu3Dinit1Dicnq-1Ru, geschoben. Trotzdem konnte die Funktionsweise als Modell des Photosystems II durch eine Oxidation durch die Bestrahlung mit einer Quecksilberlampe mit para-Benzochinon beobachtet werden. Dies bestätigte die Funktionsweise des Kupfer(II)phenanthralocyanins mit koordinierten Rutheniumionen, da ein durch Licht induzierter Elektronenübergang auf das para-Benzochinon stattgefunden hat.rn

Saccharide based nanocapsules - From monomer building blocks to improved capsules properties

In dieser Arbeit wurde der vielfältige Nutzen von Kohlenhydraten in Nanokapsel Systemen untersucht. Drei verschiedene Nanokapsel-Typen wurden durch Reaktion an der Grenzfläche von inversen Miniemulsionen hergestellt. Es wurde gezeigt, dass die Kohlenhydrate nach Modifizierung als Monomer an der Kapselbildung teilnehmen können, oder zur Erhöhung der Sensitivität eines verkapselten Kontrastmittels beitragen können. Im Folgenden werden die Ergebnisse der einzelnen Projekte zusammengefasst. Eine neuartige Grenzflächen-Synthese zur Herstellung von Nanokapseln wurde entwickelt und untersucht. Bei der Reaktion handelt es sich um eine Ruthenium katalysierte Olefin-Kreuzmetathese, welche für die Reaktion an der Grenzfläche angepasst wurde. Als wasserlösliches Macromonomer wurde Dextranacrylat synthetisiert. Der Reaktionspartner war ein öl-löslichen Phosphoester (Phenyldi(undec-10-en-1-yl)phosphat). Anhand von NMR-Spektren wurde gezeigt, dass die Kapselbildung auf Olefin Kreuzmetathese beruht. Im Vergleich zu konventionellen Estern haben Phosphorester eine weitere Möglichkeit zur chemischen Funktionalisierung. Dies wurde exemplarisch durch die Verwendung von fluoreszenzmarkierten Phosphoestern gezeigt. Die Markierung wurde verwendet, um die pH-induzierte Abbaubarkeit der Nanokapseln mittels Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie zu beobachten. Ziel des zweiten Projekts war es, Nanostrukturen zu entwickeln, um Infektionen mit Antibiotika-resistenten Bakterien lokal zu behandeln. Dazu wurden mit Dextranmethacrylat vernetzte Poly(acrylamid) basierte Nanogele synthetisiert und Zinknitrat zugesetzt. Die Synthese der Nanogele wurde erweitert, um durch Vernetzung freier Alkoholgruppen mit Toluoldiisocyanat eine Kapselschale zu erhalten. Die Schalenbildung spiegelte sich in einer geringeren Quellbarkeit der Gel- Schale-Hybride wieder. Die erhaltenen Gel-Schale-Hybride waren in der Lage das Wachstum von zwei Methicillin-resistenten Bakterienstämmen (S. aureus) zu unterdrücken und verzögern. Die synthetisierten Hybridstrukturen könnten in der Beschichtung von Wundauflagen Verwendung finden, um bakterielle Infektionen lokal und direkt nach Ausbruch zu behandeln. Ziel des dritten Projektes war es, die wichtigen Parameter in der Herstellung von Nanokapseln mit hoher Kontrastmittel Sensitivität zu identifizieren. Relaxivität/Signalsensitivität des Kontrastmittels ist von großer Bedeutung für die Bildgebung mittels MRI, dies kann durch die Begrenzung der Mobilität des Kontrastmittels erreicht werden. Aufgrund seiner hohen Komplexstabilität und seiner klinischen Bedeutung wurde das Kontrastmittel Gadobutrol für die Verkapselung verwendet. Das Kontrastmittel wurde in Polyharnstoff-Kapseln eingeschlossen, die durch einen inversen Miniemulsion-Prozess hergestellt wurden. Um die Viskosität im Inneren der Nanokapsel zu erhöhen, wurden zusätzlich Saccharose, Dextran und Polyacrylsäure verkapselt. In Gegenwart von Saccharose konnte die Relaxivität verdoppelt werden. Dies gründet sich vermutlich auf einem Second-sphere Effekt der Saccharose, einer auf Wasserstoffbrückenbindungen beruhende Interaktion von Kontrastmittel und Saccharose.

Complessi carbenici N-eterociclici di rutenio: catalizzatori omogenei in reazioni di idrogenazione e deidrogenazione

Il presente lavoro di tesi si inserisce in un progetto di ricerca volto alla sintesi di nuovi complessi di metalli di transizione per lo sviluppo di catalizzatori bifunzionali metallo-legante da impiegare in reazioni di catalisi omogenea, in particolare in reazioni redox quali idrogenazione e deidrogenazione attraverso il trasferimento di idrogeno. Il mio progetto ha riguardato la messa a punto della sintesi di complessi di Ru(0) che combinano leganti ciclopentadienonici e carbeni N-eterociclici e la sintesi dei corrispondenti complessi cationici per protonazione. Inoltre, è stato sintetizzato e caratterizzato un nuovo complesso cationico attraverso la metilazione del corrispettivo complesso neutro. I complessi sintetizzati sono stati utilizzati come precursori di catalizzatori nella riduzione tramite trasferimento di idrogeno del 4-fluoroacetofenone, valutandone l’attività catalitica in relazione a leganti, additivi e controioni. Allo scopo di delineare qualche ipotesi sul meccanismo di reazione sono stati effettuati diversi studi sulla reattività dei complessi impiegati in catalisi, in particolare usando la piridina come agente di “trapping”. Infine, è stato condotto uno studio preliminare dell’attività catalitica dei complessi sintetizzati nell’ossidazione di benzilalcol a benzaldeide. The present work is part of a research project that involves the study of new ruthenium-based transition metal complexes in order to develop new metal-ligand bifunctional catalysts to employ in homogeneous catalytic systems, in particular in redox reactions such as hydrogenation and dehydrogenation through hydrogen transfer. My project is focused on the optimization of the synthesis of Ru(0) complexes that combines different ligands as tetraphenylcyclopentadienone and N-heterocyclic carbenes and the synthesis of the corresponding cationic complexes by protonation. Furthermore, it is reported the synthesis and characterization of a new cationic complex obtained by methylation of the corresponding neutral complex. All the prepared complexes were employed as catalyst precursors in the transfer hydrogenation of 4-fluoroacetophenone and their performances were investigated in relation to the type of ligands, additives and counterions. The reactivity of these ruthenium complexes was also investigated with the aim of delineate some hypothesis on the reaction mechanism, in particular employing pyridine as a trapping agent. Finally, preliminary studies on the oxidation of benzyl alcohol have been carried out.

Observation of ventilation-induced Spo(2) oscillations in pigs: first step to noninvasive detection of cyclic recruitment of atelectasis?

High arterial partial oxygen pressure (Pao(2)) oscillations within the respiratory cycle were described recently in experimental acute lung injury. This phenomenon has been related to cyclic recruitment of atelectasis and varying pulmonary shunt fractions. Noninvasive detection of Spo(2) (oxygen saturation measured by pulse oximetry) as an indicator of cyclic collapse of atelectasis, instead of recording Pao(2) oscillations, could be of clinical interest in critical care. Spo(2) oscillations were recorded continuously in three different cases of lung damage to demonstrate the technical feasibility of this approach. To deduce Pao(2) from Spo(2), a mathematical model of the hemoglobin dissociation curve including left and right shifts was derived from the literature and adapted to the dynamic changes of oxygenation. Calculated Pao(2) amplitudes (derived from Spo(2) measurements) were compared to simultaneously measured fast changes of Pao(2), using a current standard method (fluorescence quenching of ruthenium). Peripheral hemoglobin saturation was capable to capture changes of Spo(2) within each respiratory cycle. For the first time, Spo(2) oscillations due to cyclic recruitment of atelectasis within a respiratory cycle were determined by photoplethysmography, a technology that can be readily applied noninvasively in clinical routine. A mathematic model to calculate the respective Pao(2) changes was developed and its applicability tested.

Protein buffering in model systems and in whole human saliva

The aim of this study was to quantify the buffer attributes (value, power, range and optimum) of two model systems for whole human resting saliva, the purified proteins from whole human resting saliva and single proteins. Two model systems, the first containing amyloglucosidase and lysozyme, and the second containing amyloglucosidase and alpha-amylase, were shown to provide, in combination with hydrogencarbonate and di-hydrogenphosphate, almost identical buffer attributes as whole human resting saliva. It was further demonstrated that changes in the protein concentration as small as 0.1% may change the buffer value of a buffer solution up to 15 times. Additionally, it was shown that there was a protein concentration change in the same range (0.16%) between saliva samples collected at the time periods of 13:00 and others collected at 9:00 am and 17:00. The mode of the protein expression changed between these samples corresponded to the change in basic buffer power and the change of the buffer value at pH 6.7. Finally, SDS Page and Ruthenium II tris (bathophenantroline disulfonate) staining unveiled a constant protein expression in all samples except for one 50 kDa protein band. As the change in the expression pattern of that 50 kDa protein band corresponded to the change in basic buffer power and the buffer value at pH 6.7, it was reasonable to conclude that this 50 kDa protein band may contain the protein(s) belonging to the protein buffer system of human saliva.

Noble metal abundances in ODP Leg 115 basalts (Table 1)

A comparison of 50 basalts recovered at Sites 706, 707, 713, and 715 along the Reunion hotspot trace during Ocean Drilling Program Leg 115 in the Indian Ocean shows that seafloor alteration had little effect on noble metal concentrations (Au, Pd, Pt, Rh, Ru, and Ir), determined by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS), which generally tend to decrease with magma evolution. Their compatible-element behavior may be related to the precipitation of Ir-Os-based alloys, chromite, sulfides, and/or olivine and clinopyroxene in some combination. The simplest explanation indicates silicate control of concentrations during differentiation. Basalts from the different sites show varying degrees of alkalinity. Noble metal abundances tend to increase with decreasing basalt alkalinity (i.e., with increasing percentages of mantle melting), indicating that the metals behave as compatible elements during mantle melting. The retention of low-melting-point Au, Pd, and Rh in mantle sulfides, which mostly dissolve before significant proportions of Ir-Os-based alloys melt, explains increasing Pd/Ir ratios with decreasing alkalinity (increasing melting percentages) in oceanic basalts. High noble metal concentrations in Indian Ocean basalts (weighted averages of Au, Pd, Rh, Pt, Ru, and Ir in Leg 115 basalts are 3.2, 8.1, 0.31, 7.3, 0.22, and 0.11 ppb, respectively), compared with basalts from some other ocean basins, may reflect fundamental primary variations in upper- mantle noble metal abundances

(Table 5) Experimental hydrodynamic parameters for different soil types obtained in the Lüchow-Dannenberg district, Lower Saxony

In three typical sandy soils of Northern Germany the mobility of radioactive fission products of technetium, iodine, ruthenium and zirconium have been investigated in dependence of the hydrodynamic and physico-chemical soil properties. The laboratory experiments, which simulated fall-out events, used soil columns (1 m length, 30 cm diameter) taken as undisturbed as possible. By measurements of the breakthrough curves in the percolate and of the depth distribution of radionuclides in the soil columns after 6 months the average transport velocity could be determined. These values could be compared with the average water velocity measured by 3H tagging. Three qualitative mobility relations were observed: Ranker: Tc > Ru > I > Zr; Podsol: Tc > Ru > I > Zr; Brown forest soil: Tc = Ru > I > Zr. Relations between some physico-chemical soil properties and the retardation of radionuclides due to adsorption could be observed (eg. retardation of iodine and technetium by organic substances). The average retardation factors of the radionuclides and the hydrodynamic soil parameters are used in a model which gives a quantitative assessment of the hazard of groundwater contamination by a fall-out event in areas covered with comparable soils.

Composition of ferromanganese crusts from the Atlantic, Pacific and Indian Oceans

A collection of layered ferromanganese ores (27 samples) from the Atlantic and Pacific oceans was studied. Trace element and PGE contents were determined layer-by-layer (up to 10 microlayers) in 13 of these samples. The trace, rare earth, and platinum group element distributions, including their layer-to-layer variations, were compared in hydrogenic and hydrothermal crusts from different regions. It was found that the main PGE variations (by a factor of 10-50) are related to their layer-to-layer variations within a given ore field. The distributions of PGE and trace elements are strongly heterogeneous, which is related, first, to different contents of the elements in the layers of different age in ferromanganese crusts (FMC) and, second, to the observed regional heterogeneity and influence of hydrothermal fluids. Geochemical data indicate that CFC formation was mainly caused by the hydrochemical precipitation of material from seawater. This process was accompanied by diagenetic phenomena, water-rock interaction, and influence of volcanic and hydrothermal sources.

Contents of major and noble chemical elements in phosphorites and bottom sediments

Ag and Au are typically concentrated in phosphorites; they genetically related to organic matter of bottom sediments that extract these elements from seawater or interstitial water. Consequently, the phosphorites inherit Ag and Au from host sediments that are not always enriched in them. In contrast to other organic-rich sediments, analyzed sample of recent diatom ooze from the Namibian shelf is not enriched in Ag and Au, although some sediments from this region are enriched in Au. In addition to authigenic Au, allochthonous Au associated with quartz grains and micrograins can also be present in shelf phosphorites. This was observed in oceanic phosphorites of various types. Anomalous Au and Fe contents recorded in one seamount phosphorite sample can be related to extraction of Au and nonferrous metals by ferromanganese hydroxides from seawater. This process can serve as one of major mechanisms of Au supply to ferromanganese crusts on seamounts. Phosphorites and sediments are enriched in Ru simultaneously with U. Author's data show that U content varies from 17 (seamount phosphorite) to 887 ppm (Pleistocene phosphorite nodule from the Namibian shelf). This is probably caused by different types of behavior of light and heavy PGEs in the marine environment.