Platinum nanoparticles incorporated in silsesquioxane for use in LbL films for the simultaneous detection of dopamine and ascorbic acid

We describe the preparation of platinum nanoparticles (PtNPs) using the 3-n-propylpyridinium silsesquioxane chloride (SiPy+Cl-) as a nanoreactor and stabilizer. The formation of PtNPs was monitored by UV-Vis spectroscopy by measuring the decrease in the intensity of the band at 375 nm, which is attributed to the electronic absorption of PtCl62- ions. TEM images of Pt-SiPy+Cl- nanohybrid indicated an average size of 3-40 nm for PtNPs. The Pt-SiPy+Cl- was used as a polycation in the preparation of layer-by-layer films (LbL) on a glass substrate coated with fluorine-doped tin oxide (FTO) alternating with the polyanion poly(vinyl sulfonic acid) (PVS). The films were electrochemically tested in sulfuric acid to confirm the deposition of Pt-SiPy+Cl- onto the LbL films, observing the adsorption and desorption of hydrogen (E-pa = 0.1 V) and by the redox process of formation for PtO with E-pa = 1.3 V and E-pc = 0.65 V. FTIR and Raman spectra confirmed the presence of the PVS and Pt-SiPy+Cl- in the LbL films. A linear increase in the absorbance in the UV-Vis spectra of the Pt-SiPy+Cl- at 258 nm (pi -> pi* transition of the pyridine groups) with a number of Pt-SiPy+Cl-/PVS or PVS/SiPy+Cl- bilayers (R = 0.992) was observed. These LbL films were tested for the determination of dopamine (DA) in the presence of ascorbic acid (AA) with a detection limit (DL) on the order of 2.6 x 10(-6) mol L-1 and a quantification limit (QL) of 8.6 x 10(-6) mol L-1. The films exhibited a good repeatability and reproducibility, providing a potential difference of 550 mV for the oxidation of DA with AA interferent.

Evaluation of immobilized lipases on poly-hydroxybutyrate beads to catalyze biodiesel synthesis

Five microbial lipase preparations from several sources were immobilized by hydrophobic adsorption on small or large poly-hydroxybutyrate (PHB) beads and the effect of the support particle size on the biocatalyst activity was assessed in the hydrolysis of olive oil, esterification of butyric acid with butanol and transesterification of babassu oil (Orbignya sp.) with ethanol. The catalytic activity of the immobilized lipases in both olive oil hydrolysis and biodiesel synthesis was influenced by the particle size of PHB and lipase source. In the esterification reaction such influence was not observed. Geobacillus thermocatenulatus lipase (BTL2) was considered to be inadequate to catalyze biodiesel synthesis, but displayed high esterification activity. Butyl butyrate synthesis catalyzed by BTL2 immobilized on small PHB beads gave the highest yield (approximate to 90 mmol L-1). In biodiesel synthesis, the catalytic activity of the immobilized lipases was significantly increased in comparison to the free lipases. Full conversion of babassu oil into ethyl esters was achieved at 72 h in the presence of Pseudozyma antarctica type B (CALB), Thermomyces lanuginosus lipase (Lipex (R) 100L) immobilized on either small or large PHB beads and Pseudomonas fluorescens (PFL) immobilized on large PHB beads. The latter preparation presented the highest productivity (40.9 mg of ethyl esters mg(-1) immobilized protein h(-1)). (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Self-Assembly of Poly(4-vynil-N-alkylpyridinium) Bromide onto Silica: Effect of Side-Chain Length on Structural Aspects at a Molecular Level

Self-assembly of poly(4-vynil-N-alkyl)pyridinium bromide with alkyl side chains of 2, 5, 7, 10, or 16 carbons from ethanolic solutions onto flat silica surfaces was studied by means of ellipsometry, atomic force microscopy (AFM), contact angle measurements, and sum-frequency generation (SFG) vibrational spectroscopy in the CH3 and CH2 stretch region. Ab initio quantum-chemical calculations on the N-alkylpyridinium side-group with restricted Hartree-Fock (RHF) method and 6-311G (d,p) basis set were C one to estimate the charge distribution along the pyridinium ring and the alkyl side-chain. SFG results showed that longer side chains promote the disorientation of the alkyl groups at the surface, corroborating with the contact angle values. AFM images revealed film homogeneity, regardless the alkyl side group. However, after 24 h contact with water, ringlike structures appeared on the film surfaces, when the polycation alkyl side chain had 7 or less carbons, and as the alkyl chain increased to 10 or 16 carbons, the films dewetted because the hydrophobic interactions prevailed over the electrostatic interactions between the pyridinium charged groups and the negatively charged SiO2 surface. Under acid conditions (HCl 0.1 mol.L-1), the film mean thickness values decreased up to 50% of original values when the alkyl side chains were ethyl or pentyl groups due to ion-pair disruption, but for longer groups they remained unchanged. Quantum-chemical optimization and Mulliken electron population showed that (i) from C2 to C15 the positive charge at the headgroup (HG) decreased 0.025, while the charge at combined HG + alpha-CH2 increased 0.037; and (ii) for C6 or longer, the alkyl side group presents a tilt in the geometry, moving away from the plane. Such effects summed up over the whole polymer chain give support to suggest that when the side chains are longer than 7 carbons, the hydrophobic interaction decreases film stability and increases acid resistance.

A tellurium-based cathepsin B inhibitor: Molecular structure, modelling, molecular docking and biological evaluation

The crystallographically determined structure of biologically active 4,4-dichloro-1,3-diphenyl-4-telluraoct-2-en-1-one, 3, shows the coordination geometry for Te to be distorted psi-pentagonal bipyramidal based on a C2OCl3(lone pair) donor set. Notable is the presence of an intramolecular axial Te center dot center dot center dot O (carbonyl) interaction, a design element included to reduce hydrolysis. Raman and molecular modelling studies indicate the persistence of the Te center dot center dot center dot O(carbonyl) interaction in the solution (CHCl3) and gasphases, respectively. Docking studies of 3' (i.e. original 3 less one chloride) with Cathepsin B reveals a change in the configuration about the vinyl C = C bond. i.e. to E from Z (crystal structure). This isomerism allows the optimisation of interactions in the complex which features a covalent Te-SGCys29 bond. Crucially, the E configuration observed for 3' allows for the formation of a hypervalent Te center dot center dot center dot O interaction as well as an O center dot center dot center dot H-O hydrogen bond with the Gly27 and Glu122 residues, respectively. Additional stabilisation is afforded by a combination of interactions spanning the S1, S2, S1' and S2' sub-sites of Cathepsin B. The greater experimental inhibitory activity of 3 compared with analogues is rationalised by the additional interactions formed between 3' and the His110 and His111 residues in the occluding loop, which serve to hinder the entrance to the active site. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Self-assembled films from chitosan and poly(vinyl sulfonic acid) on Nafion® for direct methanol fuel cell

Chitosan/poly(vinyl sulfonic acid) (PVS) films have been prepared on Nafion® membranes by the layer-by-layer (LbL) method for use in direct methanol fuel cell (DMFC). Computational methods and Fourier transform infrared (FTIR) spectra suggest that an ionic pair is formed between the sulfonic group of PVS and the protonated amine group of chitosan, thereby promoting the growth of LbL films on the Nafion® membrane as well as partial blocking of methanol. Chronopotentiometry and potential linear scanning experiments have been carried out for investigation of methanol crossover through the Nafion® and chitosan/PVS/Nafion® membranes in a diaphragm diffusion cell. On the basis of electrical impedance measurements, the values of proton resistance of the Nafion® and chitosan/PVS/Nafion® membranes are close due to the small thickness of the LbL film. Thus, it is expected an improved DMFC performance once the additional resistance of the self-assembled film is negligible compared to the result associated with the decrease in the crossover effect.

Determination of degree of ionization of poly(allylamine hydrochloride) (PAH) and poly[1-[4-(3-carboxy‑4 hydroxyphenylazo)benzene sulfonamido]-1,2-ethanediyl, sodium salt] (PAZO) in layer-by-layer films using vacuum photoabsorption spectroscopy

Electrostatic and hydrophobic interactions govern most of the properties of supramolecular systems, which is the reason determining the degree of ionization of macromolecules has become crucial for many applications. In this paper, we show that highresolution ultraviolet spectroscopy (VUV) can be used to determine the degree of ionization and its effect on the electronic excitation energies of layer-by-layer (LbL) films of poly(allylamine hydrochloride) (PAH) and poly[1-[4-(3-carboxy-4 hydroxyphenylazo)- benzene sulfonamido]-1,2-ethanediyl, sodium salt] (PAZO). A full assignment of the VUV peaks of these polyelectrolytes in solution and in cast or LbL films could be made, with their pH dependence allowing us to determine the p'K IND. a' using the Henderson-Hasselbach equation. The p'K IND. a' for PAZO increased from ca. 6 in solution to ca. 7.3 in LbL films owing to the charge transfer from PAH. Significantly, even using solutions at a fixed pH for PAH, the amount adsorbed on the LbL films still varied with the pH of the PAZO solutions due to these molecular-level interactions. Therefore, the procedure based on a comparison of VUV spectra from solutions and films obtained under distinct conditions is useful to determine the degree of dissociation of macromolecules, in addition to permitting interrogation of interface effects in multilayer films.

Synthese und Charakterisierung neuer funktionalisierter Mono- und Bis-tetrahydropyrrolo[3,4-b]carbazole als potentielle DNA-Liganden

Synthese und Charakterisierung neuer funktionalisierter Mono- und Bis-tetrahydro-pyrrolo[3,4-b]carbazole als potentielle DNA-Liganden In der Carbazol-Chemie sollen neue anellierte Verbindungen mit potentieller DNA-Affinität und damit verbundener Antitumoraktivität entwickelt werden. Auf molekularer Ebene sind DNA-Interkalation oder DNA-Rinnenbindung zu erwarten. Darauf aufbauend wurden in Anlehnung an literaturbekannte Cytostatika Mono- und Bis-tetrahydropyrrolo[3,4-b]carbazole synthetisiert, die zur Entwicklung neuer Leitstrukturen bzw. -substanzen beitragen können.In der vorliegenden Arbeit wurde als synthetische Schlüsselreaktion die in unserem Arbeitkreis etablierte Indol-2,3-chinodimethan-Diels-Alder-Reaktion mit geeigneten cyclischen Mono- und Bismaleinimiden als Dienophilen weiterführend genutzt. Auf Grund des Aufbaus von künftigen Struktur-Wirkungsbeziehungen wurden variable Linker zwischen die beiden zu verbindenden Pyrrolotetrahydrocarbazole eingeführt. Diese waren aliphatischer und diamidischer Natur. Diamidische Strukturelemente wurden im Hinblick auf die Entwicklung neuer Peptidomimetika eingeführt. Deren Synthese gelang zum einen über die gemischte Säureanhydrid-Methode und zum anderen über die Azolid-Methode. Die Struktursicherung der als Cycloaddukte erhaltenen Tetrahydrocarbazole erfolgte mittels Standardverfahren (1D-, 2D-NMR-, IR-Spektroskopie und Massenspektrometrie).Enantiomere bzw. Diastereomere chiraler Wirkstoffe unterscheiden sich stark in ihren pharmakologischen Eigenschaften, deshalb müssen Verfahren entwickelt werden, um diese Substanzen gegebenenfalls auch in enantiomerenreiner Form darstellen zu können. Die Racemate der Monotetrahydrocarbazole und die Racemate sowie die dazu diastereomeren meso-Formen der Bistetrahydrocarbazole, die bei der Reaktion entstehen, konnten erstmals mittels chiraler HPLC analytisch getrennt werden.In einer der Synthese ergänzten theoretischen Studie wurde Computer-Molecular-Modelling zur Problematik der Diels-Alder-Reaktion durchgeführt, außerdem wurden kraftfeld-mechanische Berechnungen zur Konformationsanalyse der 'einfachen' Monotetrahydro-carbazole herangezogen und darauf aufbauend schließlich einfache DNA-Docking-Experimente zur ersten Abschätzung des DNA-Binde-Verhaltens der synthetisierten Verbindungen vorgenommen.

Oberflächenmodifizierungen von Siliciumoxid und Poly(ethylen-stat-norbornen) durch Blockcopolymere und an Plasmaschichten gebundene Homopolymere

In der vorliegenden Arbeit erfolgten Oberflächenmodifizierungen durch Polymere nach zwei Ansätzen. Dies war zum einen ein Ansatz, bei dem die Oberflächen mit Diblockcopolymeren versehen wurden. Diese bestanden aus einem Ankerblock, der starke Wechselwirkungen mit der Oberfläche zeigt, und einem Bojenblock, der gezielte Eigenschaften trägt. Zum anderen erfolgten Modifizierungen durch auf Plasmaschichten verankerte Homopolymere. Beide Ansätze erfolgten auf zwei Substraten von unterschiedlichen Eigenschaften. Diese waren das Siliciumoxid, für das Modifizierungen durch radikalische in-situ Oberflächenpolymerisation, und das Poly(ethylen-stat-norbornen), für das Modifizierungen durch ex-situ dargestellte Polymere gewählt wurden. Beim ersten Ansatz zur Modifizierung der Siliciumoxidoberfläche ermöglichte ein adsorbierter Poly(e-caprolacton)-Makroinitiator die Oberflächenpolymerisation hin zu oberflächenverankertem Poly(e-caprolacton)-block-poly(alkyl(meth)acrylat). Beim zweiten Ansatz erfolgte die Abscheidung von plasmapolymerisiertem Allylamin, die Immobilisierung des Azoinitiators 4,4’-Azobis(4-cyanopentansäurechlorid) und die nachfolgende Oberflächenpolymerisation von Methylmethacrylat oder Styrol. Beim ersten Modifizierungsansatz der Poly(ethylen-stat-norbornen)-Oberfläche sollte diese mit thermisch interdiffundierten Poly(ethylen-alt-propylen)-block-poly(dimethylsiloxan) versehen werden. Trotz erfolgreicher Synthese wurde gezeigt, daß keine Interdiffusion stattfand. Im zweiten Modifizierungsansatz wurde die Oberfläche mit aus einem Hexamethyldisiloxan/Sauerstoff-Plasma abgeschiedenem reinem Siliciumoxid beschichtet, woran sich die Adsorption von Poly(dimethylsiloxan) anschloß. Damit konnten die hohen Haftreibungskräfte gegenüber Halogenbutylgummi erfolgreich beseitigt werden.

Synthese und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Oligo- und Poly(2,5-dipropoxy-1,4-phenylenethinylen)en

Oligomere mit konjugierten pi-Elektronensystemen sind für die Materialwissenschaften von großer Bedeutung. Die vielfältigen und umfangreichen Forschungen auf diesem Gebiet gründen im Potenzial dieser Substanzklassen, das im Bereich der Laserfarbstoffe, Leuchtdioden, Photoleiter, optische Schalter oder auch der molekularen Elektronik angesiedelt ist. Zu diesen gehören auch die in dieser Arbeit synthetisierten und untersuchten Phenylenethinylene. Die Herstellung der Oligomere erfolgt nach der Methode von Sonogashira und Hagihara. Dabei wird ein Halogenaren mit einer Alkinkomponente zur Reaktion gebracht. Als Katalysator dient dabei ein Gemisch aus Bis(triphenylphosphin-palladiumdichlorid), Kupfer-(I)-iodid und Triphenylphosphin. Verwendung fanden bei der Synthese zwei Arten von Schutzgruppen. Es handelt sich dabei einerseits um die Trimethylsilyl- und die Triisopropylsilyl-Funktion, die unabhängig voneinander in ein System eingeführt werden und selektiv wieder entfernt werden können. Die zweite Art sind die Halogene Brom und Iod, die aufgrund ihrer Eigenschaft vielmehr als 'dormant group' bezeichnet werden müssen. Eine Ethinylierung führt zunächst zur Substitution des Iod- und anschließend des Bromatoms. Die so erhaltenen Oligomere werden mit verschiedenen spektroskopischen Methoden untersucht. Besonderes Interesse liegt dabei auf der Bestimmung der effektiven Konjugationslänge (EKL). Damit ist es möglich, die Länge des konjugierten Systems zu bestimmen, das für die betreffenden Eigenschaften des entsprechenden Polymers maßgeblich ist. Das nichtlineare optische Verhalten der Oligomere wird mittels der Third-Harmonic-Generation-Methode (THG) gemessen. Die resultierende Größe, die Suszeptibilität 3. Ordnung, gibt Aufschluß über mögliche industrielle Anwendungen.

Herstellung, Struktur und Polymerisation neuer Cyclodextrin-komplexierter (Meth)acrylate und radikalische Polymerisation neuer Monomere zur Steuerung rheologischer Eigenschaften

Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wurden Polymerisationseigenschaften hydrophober Monomere untersucht, die mittels methyliertem b-Cyclodextrin (me-b-CD) als Wirt/Gast-Komplexe homogen in die wäßrige Phase überführt wurden. Mit diesem Verfahren steht eine neue Variante der Polymerisation hydrophober Monomere in Wasser zur Verfügung.Die Charakterisierung der Monomer/CD-Komplexe erfolgte mittels Röntgenstrukturanalyse und 1H-NMR-Spektroskopie: steigende Größe der Gast-Komponente erhöht die Wechselwirkungen zum CD. Zur Untersuchung der Polymerisationsreaktion wurden Copolymerisationsparameter von Komplexen und Übertragungskonstanten von Mercaptoverbindungen bei Polymerisationen von Komplexen ermittelt. In Abhängigkeit der Größe der Gastkomponente und ihrer Wasserlöslichkeit resultieren unterschiedliche Reaktivitäten relativ zu Polymerisationen unkomplexierter Reaktanden in organisch-wäßriger Lösung. Außerdem wurden Copolymerisationen zwischen hydrophoben, me-b-CD-komplexierten Monomeren und wasserlöslichen Monomeren untersucht wie z.B. N-Isopropylacrylamid oder Natrium-4-(acrylamido)phenyldiazosulfonat, dessen Copolymerisation mit Styrol bislang nicht möglich war. Eine weitere Aufgabe war die Herstellung wasserstoffbrückenbindender Polymere. Hierzu wurden assoziationsfähige Monomere hergestellt und mit Methylmethacrylat copolymerisiert. Lösungen der Copolymere wurden rheologisch untersucht. Die Lösungen besitzen hohe Nullscherviskositäten bei 20°C und sind strukturviskos. Die Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der Nullscherviskositäten ergab insbesondere bei der Lösung von Poly(N-(methacryl-2-ethyl)-N'-(3-amino-(1,2,4-triazol-2-yl))harnstoff-co-methylmethacrylat) bei niedrigen Temperaturen eine hohe Fließaktivierungsenergie, die zu höheren Temperaturen sank. Die komplexe Viskosität dieser Lösung fiel mit zunehmender Temperatur zunächst ab, stieg dann wieder an und sank erneut. Mittels DSC-Messungen konnten Phasenübergänge für dieses Fließverhalten verantwortlich gemacht werden. Außerdem kann Poly(N-(methacryl-2-ethyl)-N'-(3-amino-(1,2,4-triazol-2-yl))harnstoff-co-methylmethacrylat) thermisch vernetzen.

Cyclodextrine als molekulare Reaktionsgefäße

Zusammenfassung:In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass durch die Anwendung von Cyclodextrinen in der Polymerchemie ein neuer Weg gefunden wurde, Homo- und Copolymerisationen von hydrophoben, fluorophilen sowie ionischen Monomeren in wässrigem Medium durchzuführen, die bislang nur durch den Einsatz von Emulgatoren oder in organischen Lösemittelgemischen möglich waren. Standardmonomere wie z.B. Styrol konnten erfolgreich aus wässriger Phase in Gegenwart von Cyclodextrin polymerisiert werden; unter Anwendung des Zulauf-Verfahrens wurden stabile Latices mit monodisperser Teilchengrössenverteilung erhalten. Durch Verwendung von Cyclodextrinen als Löslichkeitsvermittler konnten fluorierte Methacrylate in wässriger Lösung in fast quantitativer Ausbeute homo- bzw. mit Styrol copolymerisiert werden, während bei Abwesenheit von Cyclodextrin keine bzw. nur geringe Umsätze erzielt wurden. Weiterhin ließen sich auch sehr unterschiedliche Monomerpaare wie 1H,1H,2H,2H-Perfluordecylacrylat mit Stearylmethacrylat in wässriger Phase unter Verwendung von Cyclodextrin copolymerisieren. Ein ebenfalls gegensätzliches Monomerenpaar, das sich als Cyclodextrin-Komplex in hohen Ausbeuten und zu hohen Molekulargewichten copolymerisieren ließ, war Natrium-4-(acrylamido)-phenyldiazosulfonat und Styrol, dessen Copolymerisation bislang nur in org. Lösemittelgemischen möglich war. In der Synthese leitfähiger Polymere konnte ein neuer, umweltfreundlicher Weg zur Herstellung von Polyheterocyclen durch oxidative Polymerisation der komplexierten Monomere in Wasser, wie z.B. 3,4-Ethylendioxythiophen oder Pyrrol, die ihre Anwendung zur Herstellung leitfähiger Polymere finden, erarbeitet werden.Zur Variation der Polymereigenschaften wurde auch erstmalig die neue Substanzklasse von 2H-Benzo[5,6][1,4]dioxino[2,3-c]pyrrol-Derivaten synthetisiert.