Amphiphile Verbindungen der 14. Gruppe - Synthese, Eigenschaften und Anwendungen von Organosilanolen

Im Rahmen dieser Dissertation wurde an der Darstellung stabiler, amphiphiler Silantriole gearbeitet. Es ist gelungen eine kontinuierliche Reihe sukzessive um CH2-Einheiten verlängerter Silantriole des Typs H3C(CH2)nC(CH3)2Si(OH)3 (n = 1-5) durch eine vierstufige Synthesesequenz ausgehend von n-Alkylbromiden herzustellen und zum Teil röntgenographisch zu untersuchen. Ihre oberflächenaktiven Eigenschaften in wässrigen Lösungen konnten erstmals mittels Oberflächenspannungsmessungen belegt werden. Durch gezielte Kondensationsreaktionen mit Trifluoressigsäure wurden ausgehend von den oben beschriebenen Silantriolen selektiv die entsprechenden Disiloxan-Tetrole erhalten und ebenfalls zum Teil durch Röntgenstrukturanalysen charakterisiert. Als weitere Kondensationsprodukte der Silantriole konnten die ersten Octasilsesquioxane mit tertiären Kohlenstoff-Substituenten durch Umsetzungen mit n-Bu4NF selektiv und in hohen Ausbeuten erhalten und ebenfalls röntgenographisch identifiziert werden. Es wurde an der Darstellung Aryl-substituierter Silantriole RSi(OH)3 (R = Mesityl-, Xylyl- und Tetramethyl-phenyl-) gearbeitet. Diese zeichnen sich jedoch durch ihre hohe Instabilität in Lösung und im Festkörper aus und konnten zum Teil nur zusammen mit ihren primären Kondensationsprodukten erhalten werden. Darüber hinaus wurden stabile Silandiole des Typs R(t-Bu)Si(OH)2 (R = n-Butyl und n-Pentyl) sowie das (o-CF3C6H4)2Si(OH)2 in hohen Ausbeuten und selektiv synthetisiert. Die Festkörpereigenschaften des (o-CF3C6H4)2Si(OH)2 sowie seiner Vorstufe (o-CF3C6H4)2SiCl2 konnten durch Kristallstrukturanalysen genauer untersucht werden. In der Arbeit wurden die ersten Anwendungen von Silanolen als Silan-Kupplungsreagenzien bei der Oberflächenmodifizierung von Glas beschrieben. Im Gegensatz zu gängigen säureassistierten Beschichtungen zeichnen sich diese Silanol-Beschichtungen durch eine deutlich höhere Hydrophobizität aus. Dies konnte durch Kontaktwinkel- und Zeta-Potential-Messungen bestätigt werden. Durch Röntgenreflektivitäts- und Sarfus-Messungen ist die Ausbildung von Monolagen im Falle von t-BuSi(OH)3-beschichteten Oberflächen plausibel. Die Oberflächenmorphologie der Silantriol-Beschichtungen wurde mittels AFM-Messungen untersucht. Die Si(OH)3-Funktion konnte in der vorliegenden Arbeit als ein neues Pharmakophor etabliert werden. Die Silantriole CySi(OH)3, TerSi(OH)3 und CH3CH2C(CH3)2Si(OH)3 (Cy = Cyclohexyl, Ter = Terphenyl) sind in der Lage das Enzym Acetylcholinesterase reversibel zu hemmen. Dabei zeigt das CySi(OH)3 mit 45 % relativ zur Kontrolle die höchste Inhibition.

Optimierung der laserinduzierten Plasmaspektroskopie an Metallen durch Femtosekunden-Doppelpulse für die Entwicklung eines hochauflösenden 3D-Rasterabbildungsverfahrens

Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS) ist eine spektrochemische Elementanalyse zur Bestimmung der atomaren Zusammensetzung einer beliebigen Probe. Für die Analyse ist keine spezielle Probenpräparation nötig und kann unter atmosphärischen Bedingungen an Proben in jedem Aggregatzustand durchgeführt werden. Femtosekunden Laserpulse bieten die Vorteile einer präzisen Ablation mit geringem thermischen Schaden sowie einer hohen Reproduzierbarkeit. Damit ist fs-LIPS ein vielversprechendes Werkzeug für die Mikroanalyse technischer Proben, insbesondere zur Untersuchung ihres Ermüdungsverhaltens. Dabei ist interessant, wie sich die initiierten Mikrorisse innerhalb der materialspezifschen Struktur ausbreiten. In der vorliegenden Arbeit sollte daher ein schnelles und einfach zu handhabendes 3D-Rasterabbildungsverfahren zur Untersuchung der Rissausbreitung in TiAl, einer neuen Legierungsklasse, entwickelt werden. Dazu wurde fs-LIPS (30 fs, 785 nm) mit einem modifizierten Mikroskopaufbau (Objektiv: 50x/NA 0.5) kombiniert, welcher eine präzise, automatisierte Probenpositionierung ermöglicht. Spektrochemische Sensitivität und räumliches Auflösungsvermögen wurden in energieabhängigen Einzel- und Multipulsexperimenten untersucht. 10 Laserpulse pro Position mit einer Pulsenergie von je 100 nJ führten in TiAl zum bestmöglichen Kompromiss aus hohem S/N-Verhältnis von 10:1 und kleinen Lochstrukturen mit inneren Durchmessern von 1.4 µm. Die für das Verfahren entscheidende laterale Auflösung, dem minimalen Lochabstand bei konstantem LIPS-Signal, beträgt mit den obigen Parametern 2 µm und ist die bislang höchste bekannte Auflösung einer auf fs-LIPS basierenden Mikro-/Mapping-Analyse im Fernfeld. Fs-LIPS Scans von Teststrukturen sowie Mikrorissen in TiAl demonstrieren eine spektrochemische Sensitivität von 3 %. Scans in Tiefenrichtung erzielen mit denselben Parametern eine axiale Auflösung von 1 µm. Um die spektrochemische Sensitivität von fs-LIPS zu erhöhen und ein besseres Verständnis für die physikalischen Prozesse während der Laserablation zu erhalten, wurde in Pump-Probe-Experimenten untersucht, in wieweit fs-Doppelpulse den laserinduzierten Abtrag sowie die Plasmaemission beeinflussen. Dazu wurden in einem Mach-Zehnder-Interferometer Pulsabstände von 100 fs bis 2 ns realisiert, Gesamtenergie und Intensitätsverhältnis beider Pulse variiert sowie der Einfluss der Materialparameter untersucht. Sowohl das LIPS-Signal als auch die Lochstrukturen zeigen eine Abhängigkeit von der Verzögerungszeit. Diese wurden in vier verschiedene Regimes eingeteilt und den physikalischen Prozessen während der Laserablation zugeordnet: Die Thermalisierung des Elektronensystems für Pulsabstände unter 1 ps, Schmelzprozesse zwischen 1 und 10 ps, der Beginn des Abtrags nach mehreren 10 ps und die Expansion der Plasmawolke nach über 100 ps. Dabei wird das LIPS-Signal effizient verstärkt und bei 800 ps maximal. Die Lochdurchmesser ändern sich als Funktion des Pulsabstands wenig im Vergleich zur Tiefe. Die gesamte Abtragsrate variiert um maximal 50 %, während sich das LIPS-Signal vervielfacht: Für Ti und TiAl typischerweise um das Dreifache, für Al um das 10-fache. Die gemessenen Transienten zeigen eine hohe Reproduzierbarkeit, jedoch kaum eine Energie- bzw. materialspezifische Abhängigkeit. Mit diesen Ergebnissen wurde eine gezielte Optimierung der DP-LIPS-Parameter an Al durchgeführt: Bei einem Pulsabstand von 800 ps und einer Gesamtenergie von 65 nJ (vierfach über der Ablationsschwelle) wurde eine 40-fache Signalerhöhung bei geringerem Rauschen erzielt. Die Lochdurchmesser vergrößerten sich dabei um 44 % auf (650±150) nm, die Lochtiefe um das Doppelte auf (100±15) nm. Damit war es möglich, die spektrochemische Sensitivität von fs-LIPS zu erhöhen und gleichzeitig die hohe räumliche Auflösung aufrecht zu erhalten.

Optical amplification and stability of spiroquaterphenyl compounds and blends

In this contribution, we present a systematic investigation on a series of spiroquaterphenyl compounds optimised for solid state lasing in the near ultraviolet (UV). Amplified spontaneous emission (ASE) thresholds in the order of 1 μJ/cm2 are obtained in neat (undiluted) films and blends, with emission peaks at 390 1 nm for unsubstituted and meta-substituted quaterphenyls and 400 4 nm for para-ether substituted quaterphenyls. Mixing with a transparent matrix retains a low threshold, shifts the emission to lower wavelengths and allows a better access to modes having their intensity maximum deeper in the film. Chemical design and blending allow an independent tuning of optical and processing properties such as the glass transition.

Síntesi i estructura de lligands hexaazamacrocíclics i dels seus complexos de Zn. Estudis de catàlisi i de fenòmens de reconeixement molecular amb substrats aniònics

Es realitza una breu introducció a la Química Supramolecular, la qual estudia les estructures i funcions de les associacions que resulten de la unió d'espècies moleculars a través d'enllaços intermoleculars, no covalents. El reconeixement molecular, reactivitat i transport són les funcions bàsiques de les espècies supramoleculars. El present treball tracta de la química supramolecular d'anions i del potential efecte catalític de complexos de Zinc amb lligands hexaazamacrocilics en reaccions de hidròlisis d'esters de fosfat. Els lligands descrits en aquest treball són lligands macrocíclics hexadentats formats per amines secundàries o terciàries enllaçades a cadenes alquíliques de dos o tres àtoms de carbonis formant dos braços, que estan unides per un espaiador, El conjunt de lligands que s'estudien permeten estudiar els diferents factors, geomètrics, electrònics i estèrics que controlen els fenòmens de reconeixement molecular. El treball descriu en detall els procediments de síntesi i la caracterització d'aquest conjunt de lligands. S'ha realitzat un estudi sistemàtic dels diferents factors que afecten als fenòmens de reconeixement molecular entre lligands macrocíclics (L), descrits anteriorment i substrats aniònics (S): fosfats, polifosfats i dicarboxilats. Els estudis s'han realitzat tant en dissolució aquosa, a partir de mesures potenciomètriques, com en estat sòlid per difracció de Raig-X a partir de la obtenció de les estructures cristal·lines dels complexos. La força de l'enllaç en els complexos ternaris H:L:S es racionalitza en termes d'enllaç per pont d'hidrogen, interaccions electrostàtiques i interaccions per -Stacking. Així mateix es racionalitza la importància de les dimensions i forma de la cavitat en el grau d'interacció. Actualment hi ha un gran interès en l'estudi del paper que juguen els ions metàl·lics en el centre actiu dels metal·loenzims hidrolítics tal com la carboxipeptidasa, que catalitza la hidròlisi d'aminoàcids C-terminals de substrats polipeptídics, l'anhidrasa carbònica, que catalitza la reacció d'hidratació del CO2 per donar hidrogencarbonat, la fosfatasa alcalina, que actua catalitzant la hidròlisi no específica de monoesters de fosfats a pH alcalí. El Zn(II) és un metall que es troba sovint formant part dels centres actius dels metal·loenzims i és el segon element de transició més abundant en els organismes vius. Per aquest motiu són útils els models sintètics que puguin actuar com a mimetitzadors de reaccions bioinorgàniques en les que els metal·loenzims juguen un paper com a catalitzadors. Els models sintètics són complexos de metalls de transició formats per un lligand o lligands en el seu entorn de coordinació més immediat que tinguin efectes electrònics i estèrics els més similar possible als que es produeixen en el centre actiu dels enzims. Donat la importància dels complexos de Zn(II) com a models biomimètics de metal·loenzims hidrolítics, s'han sintetitzat i caracteritzat complexos dinuclears de Zn(II) amb lligands hexaazamacrocíclics descrits anteriorment. S'ha realitzat un estudi de la seva activitat catalítica en la hidròlisi d'un ester activat, l'acetat de p-nitrofenil, un substrat característic que s'utilitza per analitzar l'activitat catalítica dels models biomimètics.

Síntesi i Reactivitat de nous Macrocicles Nitrogenats Poliinsaturats

En aquesta tesi s'han sintetitzat macrocicles nitrogenats poliinsaturats de diferents mides i s'ha estudiat la seva reactivitat. S'han preparat macrocicles de quinze i setze baules triacetilènics i de quinze baules contenint dos triples i un doble enllaç a l'estructura. S'ha estudiat la ciclotrimerització [2+2+2] d'aquests macrocicles catalitzada per metalls de transició en dissolvents orgànics convencionals o en sals foses. S'han sintetitzat complexos de rodi contenint un lligand carbènic N-heterocíclic per tal d'utilitzar-los com a catalitzadors alternatius al complex de Wilkinson en les reaccions de ciclotrimerització dels macrocicles poliinsaturats i d'altres anàlegs oberts. Els complexos carbènics sintetitzats han presentat una eficiència lleugerament superior a la del catalitzador de Wilkinson. També s'ha iniciat un estudi mecanístic de la cicloisomerització d'aquests macrocicles induïda tèrmicament. Finalment, s'han preparat macrocicles de catorze i dinou baules contenint un nucli endiínic a més d'altres insaturacions i s'ha estudiat la corresponent ciclació de Bergman en estat sòlid.

Decomposition in soil and chemical characteristics of pollen

The input to soils made by pollen and its subsequent mineralization has rarely been investigated from a soil microbiological point of view even though the small but significant quantities of C and N in pollen may make an important contribution to nutrient cycling. The relative resistance to decomposition of pollen exines (outer layers) has led to much of the focus of pollen in soil being on its preservation for archaeological and palaeo-ecological purposes. We have examined aspects of the chemical composition and decomposition of pollen from birch (Betula alba) and maize (Zea mays) in soil. The relatively large N contents, small C-to-N ratios and large water-soluble contents of pollen from both species indicated that they would be readily mineralized in soil. When added to soil and incubated at 16 degrees C an amount of C equivalent to 22-26% of the added pollen C was lost as CO2 within 22 days, with the Z. mays pollen decomposing faster. For B. alba pollen, the water-soluble fraction decomposed faster than the whole pollen and the insoluble fraction decomposed more slowly over 22 days. By contrast, there were no significant differences in the decomposition rates of the different fractions from Z. mays pollen. Solid-state C-13 nuclear magnetic resonance (NMR) revealed no gross chemical differences between the pollen of these two species, with strong resonances in the alkyl- and methyl-C region (0-45 p.p.m.) indicative of aliphatic compounds, the O-alkyl-C (60-90 p.p.m.) and the acetal- and ketal-C region (90-110 p.p.m.) indicative of polysaccharides, and the carbonyl-C region indicative of peptides and carboxylic acids. In addition, both pollens gave a small but distinct resonance at 55 p.p.m. attributed to N-alkyl-C. The resonances attributed to polysaccharides were lost completely or substantially reduced after decomposition.

Decomposition in soil and chemical characteristics of pollen

The input to soils made by pollen and its subsequent mineralization has rarely been investigated from a soil microbiological point of view even though the small but significant quantities of C and N in pollen may make an important contribution to nutrient cycling. The relative resistance to decomposition of pollen exines (outer layers) has led to much of the focus of pollen in soil being on its preservation for archaeological and palaeo-ecological purposes. We have examined aspects of the chemical composition and decomposition of pollen from birch (Betula alba) and maize (Zea mays) in soil. The relatively large N contents, small C-to-N ratios and large water-soluble contents of pollen from both species indicated that they would be readily mineralized in soil. When added to soil and incubated at 16 degrees C an amount of C equivalent to 22-26% of the added pollen C was lost as CO2 within 22 days, with the Z. mays pollen decomposing faster. For B. alba pollen, the water-soluble fraction decomposed faster than the whole pollen and the insoluble fraction decomposed more slowly over 22 days. By contrast, there were no significant differences in the decomposition rates of the different fractions from Z. mays pollen. Solid-state C-13 nuclear magnetic resonance (NMR) revealed no gross chemical differences between the pollen of these two species, with strong resonances in the alkyl- and methyl-C region (0-45 p.p.m.) indicative of aliphatic compounds, the O-alkyl-C (60-90 p.p.m.) and the acetal- and ketal-C region (90-110 p.p.m.) indicative of polysaccharides, and the carbonyl-C region indicative of peptides and carboxylic acids. In addition, both pollens gave a small but distinct resonance at 55 p.p.m. attributed to N-alkyl-C. The resonances attributed to polysaccharides were lost completely or substantially reduced after decomposition.

Immobilisation of eta(3)-allyidicarbonyl complexes of Mo-II with bidentate nitrogen ligands within aluminium-pillared clays

Molybdenum(II) complexes [MOX(CO)(2)(eta(3)-allyl)(CH3CN)(2)] (X = Cl or Br) were encapsulated in an aluminium-pillared natural clay or a porous clay heterostructure and allowed to react with bidentate diimine ligands. All the materials obtained were characterised by several solid-state techniques. Powder XRD, and Al-27 and Si-29 MAS NMR were used to investigate the integrity of the pillared clay during the modification treatments. C-13 CP MAS NMR, FTIR, elemental analyses and low-temperature nitrogen adsorption showed that the immobilisation of the precursor complexes was successful as well as the in situ ligand-substitution reaction. The new complex [MoBr(CO)(2)(eta(3)-allyl)(2-aminodipyridyl)] was characterised by single-crystal X-ray diffraction and spectroscopic techniques, and NMR studies were used to investigate its fluxional behaviour in solution. The prepared materials are active for the oxidation of cis-cyclooctene using tert-butyl hydroperoxide as oxidant, though the activity of the isolated complexes is higher. ((c) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 69451 Weinheim, Germany, 2008).

An in situ time-dependent study of the photodimerisation of chloro-derivatives of trans-cinnamic acid using infrared microspectroscopy with a synchrotron radiation source

The photodimerisation of single crystals of substituted cinnamic acid has been monitored continuously by infrared microscopy using a synchrotron source. The beta-form of 2,4-dichloro-trans-cinnamic acid dimerises under ultraviolet irradiation to form the corresponding beta-truxinic acid derivative in a reaction which follows strictly first order kinetics. By contrast the corresponding reactions in single crystals of beta-2-chloro-trans-cinnamic acid and beta-4-chloro-trans-cinnamic acid deviate somewhat from first order kinetics as a result of solid-state effects. In all three cases the reactions proceed smoothly from monomer to dimer with no hint of any reaction intermediate.

The photodimerisation of the alpha- and beta-forms of trans-cinnamic acid: a study of single crystals by vibrational microspectroscopy

Infrared and Raman microspectroscopy have been used to follow the photodimerisation reactions of single crystals, the alpha- and beta-forms of trans-cinnamic acid. This approach allows the starting materials and products -alpha-truxillic acid that has C-i symmetry and beta-truxinic acid, which has C-s symmetry-to be identified. It also allows the topotactic nature of the reaction to be confirmed. Attempts to produce the poorly-defined unreactive gamma-form of trans-cinnamic acid resulted only in a mixture of the alpha- and beta-forms. The findings suggest a wide role for these spectroscopic methods in monitoring solid-state organic reactions. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Amyloid-like fibril-forming supramolecular beta-sheets from a beta-turn forming tripeptide containing non-coded amino acids: the crystallographic signature

The crystal structure of a terminally protected tripeptide Boc-Leu-Aib-beta-Ala-OMe 1 containing non-coded amino acids reveals that it adopts a beta-turn structure, which sell-assembles to form a supramolecular beta-sheet via non-covalent interactions. The SEM image of peptide 1 exhibits amyloid-like fibrillar morphology in the solid state. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Supramolecular peptide helix from a novel double turn forming peptide containing a beta-amino acid

A single-crystal X-ray diffraction study of the terminally protected tetrapeptide Boc-beta-Ala-Aib-Leu-Aib-OMe 1 (Aib: alpha-aminoisobutyric acid; beta-Ala: beta-Alanine) reveals that it adopts a new type of double turn structure which self-associates to form a unique supramolecular helix through intermolecular hydrogen bonds. Scanning electron microscopic studies show that peptide 1 exhibits amyloid-like fibrillar morphology in the solid state. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

An amyloid-like fibril forming antiparallel supramolecular beta-sheet from a synthetic tripeptide: a crystallographic signature

Single crystal X-ray diffraction studies of a terminally blocked tripeptide Boc-Leu(1)-Aib(2)-Leu(3)-OMe 1 demonstrates that it adopts a bend structure without any intramolecular hydrogen bond. Peptide 1 self-assembles to form a supramolecular antiparallel beta-sheet structure by various non-covalent interactions including intermolecular hydrogen bonds in the crystal and it exhibits amyloid-like fibrillar morphology in the solid state. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.

1-(2 '-pyridylazo)-2-naphtholate complexes of ruthenium: synthesis, characterization, and DNA binding properties

Reaction of 1-(2'-pyridylazo)-2 -naphthol (Hpan) with [Ru(dmso)(4)Cl-2] (dmso=dimethylsulfoxide), [Ru(trpy)Cl-3] (trpy=2,2',2 ''-terpyridine), [Ru(bpy)Cl-3] (bpy=2,2'-bipyridine) and [Ru(PPh3)(3)Cl-2] in refluxing ethanol in the presence of a base (NEt3) affords, respectively, the [Ru(pan)(2)], [Ru(trpy)(pan)](+) (isolated as perchlorate salt), [Ru(bpy)(pan)Cl] and [Ru(PPh3)(2)(pan)Cl] complexes. Structures of these four complexes have been determined by X-ray crystallography. in each of these complexes, the pan ligand is coordinated to the metal center as a monoanionic tridentate N,N,O-donor. Reaction of the [Ru(bpy)(pan)Cl] complex with pyridine (py) and 4-picoline (pic) in the presence of silver ion has yielded the [Ru(bpy)(pan)(py)](+) and [Ru(bpy)(pan)(pic)](+) complexes (isolated as perchlorate salts), respectively. All the complexes are diamagnetic (low-spin d(6), S = 0) and show characteristic H-1 NMR signals and intense MLCT transitions in the visible region. Cyclic voltammetry on all the complexes shows a Ru(II)-Ru(III) oxidation on the positive side of SCE. Except in the [Ru(pan)(2)] complex, a second oxidative response has been observed in the other five complexes. Reductions of the coordinated ligands have also been observed on the negative side of SCE. The [Ru(trpy)(pan)]ClO4, [Ru(bpy)(pan)(py)]ClO4 and [Ru(bpy) (pan)(pic)]ClO4 complexes have been observed to bind to DNA, but they have not been able to cleave super-coiled DNA on UV irradiation. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Synthesis and structure-activity relationship studies of CD4 down-modulating cyclotriazadisulfonamide (CADA) analogues

HIV attachment via the CD4 receptor is an important target for developing novel approaches to HIV chemotherapy. Cyclotriazadisulfonamide (CADA) inhibits HIV at submicromolar levels by specifically down-modulating cell-surface and intracellular CD4. An effective five-step synthesis of CADA in 30% overall yield is reported. This synthesis has also been modified to produce more than 50 analogues. Many tail-group analogues have been made by removing the benzyl tail of CADA and replacing it with various alkyl, acyl, alkoxycarbonyl and aminocarbonyl substituents. A series of sidearm analogues, including two unsymmetrical compounds, have also been prepared by modifying the CADA synthesis, replacing the toluenesulfonyl sidearms with other sulfonyl groups. Testing 30 of these compounds in MT-4 cells shows a wide range of CD4 down-modulation potency, which correlates with ability to inhibit HIV-1. Three-dimensional quantitative structure-activity relationship (3D-QSAR) models were constructed using comparative molecular field analysis (CoMFA) and comparative molecular similarity indices analysis (CoMSIA) approaches. The X-ray crystal structures of four compounds, including CADA, show the same major conformation of the central 12-membered ring. The solid-state structure of CADA was energy minimized and used to generate the remaining 29 structures, which were similarly minimized and aligned to produce the 3D-QSAR models. Both models indicate that steric bulk of the tail group, and, to a lesser extent, the sidearms mainly determine CD4 down-modulation potency in this series of compounds.