Low-temperature structural effects in the (TMTSF)2PF6 and AsF6 Bechgaard salts

We present a detailed low-temperature investigation of the statics and dynamics of the anions and methyl groups in the organic conductors (TMTSF) 2PF6 and (TMTSF)2AsF6 (TMTSF: tetramethyl-tetraselenafulvalene). The 4 K neutron-scattering structure refinement of the fully deuterated (TMTSF)2PF6-D12 salt allows locating precisely the methyl groups at 4 K. This structure is compared to the one of the fully hydrogenated (TMTSF)2PF6-H12 salt previously determined at the same temperature. Surprisingly, it is found that deuteration corresponds to the application of a negative pressure of 5×102 MPa to the H12 salt. Accurate measurements of the Bragg intensity show anomalous thermal variations at low temperature both in the deuterated PF 6 and AsF6 salts. Two different thermal behaviors have been distinguished. Small Bragg-angle measurements reflect the presence of low-frequency modes at characteristic energies θE = 8.3 K and θE = 6.7 K for the PF6-D12 and AsF6-D12 salts, respectively. These modes correspond to the low-temperature methyl group motion. Large Bragg-angle measurements evidence an unexpected structural change around 55 K, which probably corresponds to the linkage of the anions to the methyl groups via the formation of F...D-CD2 bonds observed in the 4 K structural refinement. Finally we show that the thermal expansion coefficient of (TMTSF)2PF6 is dominated by the librational motion of the PF6 units. We quantitatively analyze the low-temperature variation of the lattice expansion via the contribution of Einstein oscillators, which allows us to determine for the first time the characteristic frequency of the PF6 librations: θE ≈ 50 K and θE = 76 K for the PF6-D12 and PF6-H12 salts, respectively. © 2013 American Physical Society.

Assessing melatonin and its oxidative metabolites amounts in biological fluid and culture medium by liquid chromatography electrospray ionization tandem mass spectrometry (LC-ESI-MS/MS)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Impact of Solvent Quality on the Density Profiles of Looped Triblock Copolymer Brushes by Neutron Reflectivity Measurements

Preferential adsorption of poly(2-vinylpyridine)-deuterated polystyrene-poly(2-vinylpyridine) (PVP-dPS-PVP) triblock copolymers from toluene onto silicon leads to the formation of dPS loops tethered by the PVP end blocks. Using neutron reflectometry, we have determined the segment density profiles of these looped polymer brushes in toluene, a good solvent for the dPS block, and in cyclohexane at 20 °C (poor solvent), 32 °C, (near-Θ solvent), and 50 °C (marginal solvent). While the swelling behavior qualitatively agrees with that observed for singly grafted brushes, there are interesting differences in the local structural details: In a good solvent, the segment density profiles are composed of an inner parabolic region and a long, extended tail. In cyclohexane, the profiles are described by exponential decays. We ascribe these features to a novel polydispersity effect that arises due to tethering the PS loops by both ends. The results also show that the less dense layers undergo more significant changes in swollen height as solvent quality is changed and that the looped brushes of different molecular weight, asymmetry, and tethering density adhere to scaling relationships derived for lightly cross-linked polymer gels.

Simultaneous determination of dextromethorphan, dextrorphan and doxylamine in human plasma by HPLC coupled to electrospray ionization tandem mass spectrometry: Application to a pharmacokinetic study

In the present study, a fast, sensitive and robust method to quantify dextromethorphan, dextrorphan and doxylamine in human plasma using deuterated internal standards (IS) is described. The analytes and the IS were extracted from plasma by a liquid-liquid extraction (LLE) using diethyl-ether/hexane (80/20, v/v). Extracted samples were analyzed by high performance liquid chromatography coupled to electrospray ionization tandem mass spectrometry (HPLC-ESI-MS/MS). Chromatographic separation was performed by pumping the mobile phase (acetonitrile/water/formic acid (90/9/1, v/v/v) during 4.0 min at a flow-rate of 1.5 mL min(-1) into a Phenomenex Gemini (R) C18, 5 mu m analytical column (150 x 4.6 mm id.). The calibration curve was linear over the range from 0.2 to 200 ng mL(-1) for dextromethorphan and doxylamine and 0.05 to 10 ng mL(-1) for dextrorphan. The intra-batch precision and accuracy (%CV) of the method ranged from 2.5 to 9.5%, and 88.9 to 105.1%, respectively. Method inter-batch precision (%CV) and accuracy ranged from 6.7 to 10.3%, and 92.2 to 107.1%, respectively. The run-time was for 4 min. The analytical procedure herein described was used to assess the pharmacokinetics of dextromethorphan, dextrorphan and doxylamine in healthy volunteers after a single oral dose of a formulation containing 30 mg of dextromethorphan hydrobromide and 12.5 mg of doxylamine succinate. The method has high sensitivity, specificity and allows high throughput analysis required for a pharmacokinetic study. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Relaxationsuntersuchungen in unterkühlten und glasig erstarrten Polyalkoholen mittels dielektrischer und NMR Spektroskopie

Es wurde eine homologe Reihe von Polyalkoholen mit der allgemeinen Summenformel CNHN+2(OH)N (N=3-6) hinsichtlich ihrer Glaseigenschaften ober- und unterhalb der Glasübergangstemperatur TG untersucht. Dabei kamen die dielektrische und magnetische Resonanzspektroskopie (NMR) zum Einsatz. Es ergab sich oberhalb TG eine systematische Zunahme aller untersuchten dynamischen Parameter wie Fragilität, Breite der angenommenen Korrelationszeitenverteilungen und der Sprungwinkel der primären Glasrelaxation mit zunehmendem N. Dies kann insgesamt als eine Abnahme des Netzwerkcharakters, der durch Wasserstoffbrückenbindungen bedingt ist, bei zunehmender Kettenlänge interpretiert werden. Unterhalb TG entwickelt sich mit zunehmendem N die Sekundärrelaxation von einem 'Wing Szenario' zu einem ausgeprägten Johari - Goldstein (JG) - Prozess. Ein Sprungmodell, welches eine eingeschränkte Reorientierung auf einem Konusrand beschreibt, erzeugt mit Hilfe der parametrisierten dielektrischen Verlustspektren Sprungwinkel, die mit denen aus aktuellen ²H - NMR spektroskopischen Untersuchungen vergleichbar sind. Durch den Vergleich unterschiedlich deuterierter Derivate von Glyzerin (N=3) und Sorbitol (N=6) wurde gefolgert, dass auch unterhalb TG der Netzwerkcharakter mit zunehmender Kettenlänge abnimmt.Aufgrund der hier durchgeführten Untersuchungen konnte eine Zeitskala für einen Johari - Goldstein - Prozess im Modellglasbildner Glyzerin extrapoliert werden. Eine Deutung des Wings als Hochfrequenzausläufer des JG - Prozesses ist dadurch möglich.Der JG - Prozess kann somit als universeller Glasprozess interpretiert werden, der in verschiedenen Glasbildnern in unterschiedlicher Ausprägung auftritt.

Characterisation of supramolecular structures by novel recoupling methods in solid-state NMR

In this work, solid-state NMR methods suitable for the investigation of supramolecular systems were developed and improved. In this context, special interest was focussed on non-covalent interactions responsible for the formation of supramolecular structures, such as pi-pi interacions and hydrogen-bonds. In the first part of this work, solid-state NMR methods were presented that provide information on molecular structure and motion via the investigation of anisotropic interactions, namely quadrupole and dipole-dipole couplings, under magic-angle spinning conditions. A two-dimensional 2H double quantum experiment was developed, which is performed under off magic-angle conditions and correlates 2H isotropic chemical shifts with quasistatic DQ-filtered line shapes. From the latter, the quadrupole coupling parameters of samples deuterated at multiple sites can be extracted in a site-selective fashion. Furthermore, 7Li quadrupole parameters of lithium intercalated into TiO2 were determined by NMR experiments performed under static and MAS conditions, and could provide information on the crystal geometry. For the determination of 7Li-7Li dipole-dipole couplings, multiple-quantum NMR experiments were performed. The 1H-13C REREDOR experiment was found to be capable of determining strong proton-carbon dipole-dipole couplings with an accuracy of 500~Hz, corresponding to a determination of proton-carbon chemical-bond lengths with picometer accuracy In the second part of this work, solid-state NMR experiments were combined with quantum-chemical calculations in order to aid and optimise the interpretation of experimental results. The investigations on Calix[4]hydroquinone nanotubes have shown that this combined approach can provide information on the presence of disordered and/or mobile species in supramolecular structures. As a second example, C3-symmetric discs arranging in helical columnar stacks were investigated. In these systems, 1H chemical shifts experience large pi-shifts due to packing effects, which were found to be long-ranged. Moreover, quantum-chemical calculations revealed that helicity in these systems is induced by the propeller-like conformation of the core of the molecules.

Measurement of the helicity dependence of deuteron photodisintegration for photon energies below 450 MeV

In 1998 a pilot experiment was carried out to study the helicity dependence of photoreaction cross sections using circularly polarized real photons on longitudinally polarized deuterons in a deuterated butanol target. The knowledge of these cross sections is required to test the validity of the Gerasimov-Drell-Hearn sum rule on the deuteron and the neutron. The focus of this thesis is on the results for the differential and total cross sections for the photodisintegration reaction for various photon energies in the range from 200 to 450 MeV using data taken with the detector system DAPHNE. The current understanding of the NN interaction as represented by the calculations by M. Schwamb could be confirmed within the given uncertainties. In addition, the detector DAPHNE has been prepared for the main experiment in 2003. The according work is presented together with results of the quality-test measurements of the renewed detector components.

Synthesis and characterization of structurally well-defined polymer-layered silicate nanocomposites

Zusammenfassung Nanokomposite aus Polymeren und Schichtsilikaten werden zumeist auf der Basis natürlicher Tone wie Montmorillonit hergestellt. Für NMR- und EPR-Untersuchungen der Tensidschicht, die das Silikat mit dem Polymer kompatibilisiert, ist der Eisengehalt natürlicher Tone jedoch abträglich, weil er zu einer Verkürzung der Relaxationszeiten und zu einer Linienverbreiterung in den Spektren führt. Dieses Problem konnte überwunden werden, indem als Silikatkomponente eisenfreies, strukturell wohldefiniertes Magadiit hydrothermal synthetisiert und für die Kompositbildung eingesetzt wurde. Die Morphologie des Magadiits wurde durch Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert und der Interkalationsgrad von schmelzinterkalierten Polymer-Nanokompositen wurde durch Weitwinkelröntgenstreuung bestimmt. Polymere mit Carbonylgruppen scheinen leichter zu interkalieren als solche ohne Carbonylgruppen. Polycaprolacton interkalierte sowohl in Oragnomagadiite auf der Basis von Ammoniumtensiden als auch in solche auf der Basis von Phosphoniumtensiden. Die Dynamik auf einer Nanosekundenzeitskala und die Struktur der Tensidschicht wurden mittels ortsspezifisch spinmarkierter Tensidsonden unter Nutzung von Dauerstrich- (CW) und Puls-Methoden der elektronenparamagnetischen Resonanzspektroskopie (EPR) untersucht. Zusätzlich wurde die statische 2H-Kernmagnetresonanz (NMR) an spezifisch deuterierten Tensiden angewendet, um die Tensiddynamik auf einer komplementären Zeitskala zwischen Mikrosekunden und Millisekunden zu erfassen. Sowohl die CW-EPR- als auch die 2H-NMR-Ergebnisse zeigen eine Beschleunigung der Tensiddynamik durch Interkalation von Polycaprolacton auf, während sich in den nichtinterkalierten Mikrokompositen mit Polystyrol die Tensiddynamik verlangsamt. Die Rotationskorrelationszeiten und Aktivierungsenergien offenbaren verschiedene Regime der Tensiddynamik. In Polystyrol-Mikrokompositen entspricht die Übergangstemperatur zwischen den Regimen der Glasübergangstemperatur von Polystyrol, während sie in Polycaprolacton-Nanokompositen bei der Schmelztemperatur von Polycaprolacton liegt. Durch die erhebliche Verlängerung der Elektronenspin-Relaxationszeiten bei Verwendung von eisenfreiem Magadiit können Messdaten hoher Qualität mit Puls-EPR-Experimenten erhalten werden. Insebsondere wurden die Vier-Puls-Elektron-Elektron-Doppelresonanz (DEER), die Elektronenspinechoenveloppenmodulation (ESEEM) und die Elektronen-Kern-Doppelresonanz (ENDOR) an spinmarkierten sowie spezifisch deuterierten Tensiden angewandt. Die ENDOR-Ergebnisse legen ein Model der Tensidschicht nahe, in dem zusätzlich zu den Oberflächenlagen auf dem Silikat eine wohldefinierte mittlere Lage existiert. Dieses Modell erklärt auch Verdünnungseffekte durch das Polymer in Kompositen mit Polycaprolacton und Polystyrol. Die umfangreiche Information aus den Magnetresonanztechniken ergänzt die Information aus konventionellen Charakterisierungstechniken wie Röntgendiffraktion und Transmissionselektronenmikroskopie und führt so zu einem detaillierteren Bild der Struktur und Dynamik der Tensidschicht in Nanokompositen aus Polymeren und Schichtsilikaten.

Struktur-Dynamik-Beziehungen in amorphen festen Lösungen

Feste Lösungen homogen dispergierter Wirkstoffmoleküle in amorphen Polymermatrizen sind wichtige Materialien in vielen pharmazeutischen Anwendungen, bei denen eine kontrollierte Abgabe wasserunlöslicher Wirkstoffe in wässrige Systeme eine Rolle spielt. Die intermolekulare Bindungs-stärke zwischen Polymer- und Wirkstoffmolekülgruppen bestimmt die Stabilität der festen Lösung und steuert somit die biologische Aktivität der Wirkstoffmoleküle. In festen Lösungen, die aus acryl-säurehaltigen Copolymeren (Protonendonoren) und basischen Wirkstoffmolekülen (Protonenakzepto-ren) hergestellt werden, sind intermolekulare Wasserstoffbrücken zwischen den Systemkomponenten Triebkraft für die Bildung einer stabilen homogenen Dispersion und für die Entstehung struktureller Merkmale zwischen den Molekülgruppen der Systemkomponenten. Zudem ist die Bindungsstärke der Wasserstoffbrücken im Hinblick auf die kontrollierte Abgabe der Wirkstoffe von Bedeutung. Da dynamische chemische Gleichgewichte bei der Bildung der Wasserstoffbrücken eine wichtige Rolle spielen müssen neben strukturellen Parametern auch dynamische Faktoren beleuchtet werden. Ziel dieser Arbeit ist neben der Ermittlung von intermolekularen Bindungsstärken vor allem die Identifika-tion struktureller Verhältnisse zwischen den Systemkomponenten auf molekularer Ebene. Die Be-stimmung der Abhängigkeit dieser Parameter von der Struktur der verwendeten Polymere und einer Vielzahl weiterer Einflüsse wie z.B. Feuchtigkeit, Lagerdauer oder Wirkstoffkonzentration soll ein kontrolliertes Design fester Lösungen mit definierten anwendungsspezifischen Eigenschaften ermögli-chen. Temperaturabhängige 1H-Festkörper-MAS-NMR (Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance) Experimente an festen Lösungen mit unterschiedlichen Copolymer-Zusammensetzungen weisen die Existenz dynamischer chemischer Gleichgewichte in den komplexen Wasserstoffbrücken-netzwerken nach. Veränderungen in der chemischen Verschiebung und in der Linienform der Reso-nanzlinien acider Protonen erlauben einen tiefen Einblick in die Architektur dieser Netzwerke und legen die Bindungsverhältnisse unter Berücksichtigung der Polymerchemie und der Mobilität der Systemkomponenten dar, wobei die Befunde mithilfe quantenchemischer Rechnungen untermauert werden können. Die Gegenwart acider Protonen ermöglicht einen einfachen 1H-2H-Austausch, wor-aufhin mithilfe rotorsynchronisierter temperaturabhängiger 2H-MAS-NMR Experimente die Wasser-stoffbrückenbindungsstärke bestimmt werden kann. Mit 1H-1H-Korrelationsexperimenten (Doppelquantenspektroskopie) stehen Methoden für die Bestimmung homonuklearer dipolarer 1H-1H-Kopplungen zur Verfügung, die strukturelle Aussagen aufgrund von bevorzugten räumlichen Kontak-ten bestimmter Molekülgruppen ermöglichen. Weiterhin können diese Experimente verwendet werden, um Wasserstoffbrücken zwischen Polymergruppen von Polymer-Wirkstoff-Wasserstoffbrücken zu unterscheiden, wodurch eine quantitative Beschreibung des Bindungsnetzwerks und der Konkurrenz-prozesse zwischen den einzelnen wasserstoffverbrückten Spezies ermöglicht wird. Eine Kristallisation der Wirkstoffmoleküle ist in vielen Anwendungen unerwünscht, da sie die biologische Verfügbarkeit des Wirkstoffs reduzieren. Mit 1H-Festkörper-MAS-NMR Experimenten können kristalline von amorph dispergierten Wirkstoffmolekülen unterschieden werden, wodurch eine Quantifizierung der Destabilisierungsprozesse ermöglicht wird, die durch Exposition der festen Lösungen mit Wasserdampf ausgelöst werden können. Die Zeit- und Konzentrationsabhängigkeit der Wasseraufnahme kann mit NMR-Experimenten verfolgt werden, wobei unterschiedlich mobile Was-serspezies an unterschiedlichen Bindungsorten identifiziert werden können, was zum molekularen Verständnis der Destabilisierungsprozesse beiträgt. Zusätzlich wird die Mobilität der Wirkstoffmole-küle bestimmt, die sich – wie auch die Wirkstoffkonzentration - als wichtige Größe in der Beschrei-bung der Destabilisierung erweist. Aufbauend auf den Beobachtungen wird ein Zusammenhang zwischen der Copolymerzusammensetzung und einer kritischen Wirkstoffkonzentration hergestellt, der für die Anwendungen amorpher fester Lösungen in biologischen Systemen von großer Bedeutung ist.

Kinetische Studien zur OH-Bildung über die Reaktionen von HO 2 mit organischen Peroxyradikalen

Es wurde untersucht, wie sich das Substitutionsmuster organischer Peroxyradikale (RO2) auf die Ratenkonstante k1 und die Verzweigungsverhältnisse α, β und γ der Reaktionen von RO2 mit HO2 auswirkt. Die Effekte der Deuterierung von HO2 wurden ebenfalls studiert. Für zwei RO2 wurde zusätzlich das UV-Absorptionsspektrum bestimmt.rnrn αrnRO2 + HO2 → RO + OH + O2 R1arnrn βrn → RO2H + O2 R1brnrn γrn → ROH + O3 R1crnrnIn dieser Arbeit wurde ein neues Experiment aufgebaut. Für die direkte und zeitaufgelöste Messung der OH-Konzentration wurde das Verfahren der Laser-induzierten Fluoreszenz angewendet. Die Radikalerzeugung erfolgte mittels gepulster Laserphotolyse, wodurch unerwünschte Nebenreaktionen weitgehend unterdrückt werden konnten. Mittels transienter Absorptionsspektroskopie konnten die Menge der photolytisch erzeugten Radikale bestimmt und die Ozonbildung über R1c quantifiziert werden. Für die Auswertung wurden kinetische Modelle numerisch an die Messdaten angepasst. Um die experimentellen Unsicherheiten abzuschätzen, wurde ein Monte-Carlo-Ansatz gewählt.rnrnk1 und α reagieren sehr empfindlich auf Veränderungen des RO2-Substitutionsmusters. Während sich eine OH-Bildung für das unsubstituierte C2H5O2 (EtP) mit α EtP ≤ 5 % nicht nachweisen lässt, stellt R1a bei den α-Oxo-substituierten H3CC(O)O2 (AcP) und HOCH2C(O)O2 (HAP) mit α AcP = (63 ± 11) % bzw. α HAP = (69 ± 12) % den Hauptkanal dar. Wie die mit α HEP = (10 ± 4) % geringfügige OH-Bildung bei HOC2H4O2 (HEP) zeigt, nimmt die OH-Gruppe in β-Stellung weniger Einfluss auf den Wert von α als die Oxogruppe in α-Stellung. Bei der Erzeugung α-Oxo-substituierter RO2 kann ebenfalls OH entstehen (R+O2→RO2/OH). Die Druckabhängigkeit dieser OH-Quelle wurde mit einem innovativen Ansatz bestimmt. Mit γ AcP = (15+5-6) % bzw. γ HAP = (10+2-3) % lässt sich für die Reaktionen der α-Oxo-substituierten RO2 eine erhebliche Ozonbildung nachweisen. Durch die Einführung der α-Oxogruppe steigt k1 jeweils um 1,3 • 10-11 cm3s-1 an, der Effekt der β-Hydroxygruppe ist halb so groß (k1 AcP = (2,0 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1, k1 HAP = (2,6 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1). Das Verzweigungsverhältnis α steigt weiter, wenn das HO2 deuteriert wird (α AcP,iso = (80 ± 14) %, k1 AcP,iso = (2,1 ± 0,4) • 10-11 cm3s-1). Vergleiche mit älteren Studien zeigen, dass die OH-Bildung über R1a bislang deutlich unterschätzt worden ist. Die möglichen Ursachen für die Unterschiede zwischen den Studien werden ebenso diskutiert wie die Hintergründe der beobachteten Substituenteneffekte.

Intestinal glucose absorption but not endogenous glucose production differs between colostrum- and formula-fed neonatal calves

Glucose supply markedly changes during the transition to extrauterine life. In this study, we investigated diet effects on glucose metabolism in neonatal calves. Calves were fed colostrum (C; n = 7) or milk-based formula (F; n = 7) with similar nutrient content up to d 4 of life. Blood plasma samples were taken daily before feeding and 2 h after feeding on d 4 to measure glucose, lactate, nonesterified fatty acids, protein, urea, insulin, glucagon, and cortisol concentrations. On d 2, additional blood samples were taken to measure glucose first-pass uptake (FPU) and turnover by oral [U-(13)C]-glucose and i.v. [6,6-(2)H(2)]-glucose infusion. On d 3, endogenous glucose production and gluconeogenesis were determined by i.v. [U-(13)C]-glucose and oral deuterated water administration after overnight feed deprivation. Liver tissue was obtained 2 h after feeding on d 4 and glycogen concentration and activities and mRNA abundance of gluconeogenic enzymes were measured. Plasma glucose and protein concentrations and hepatic glycogen concentration were higher (P < 0.05), whereas plasma urea, glucagon, and cortisol (d 2) concentrations as well as hepatic pyruvate carboxylase mRNA level and activity were lower (P < 0.05) in group C than in group F. Orally administered [U-(13)C]-glucose in blood was higher (P < 0.05) but FPU tended to be lower (P < 0.1) in group C than in group F. The improved glucose status in group C resulted from enhanced oral glucose absorption. Metabolic and endocrine changes pointed to elevated amino acid degradation in group F, presumably to provide substrates to meet energy requirements and to compensate for impaired oral glucose uptake.

Quantification of plasma carnitine and acylcarnitines by high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry using online solid-phase extraction

Carnitine is an amino acid derivative that plays a key role in energy metabolism. Endogenous carnitine is found in its free form or esterified with acyl groups of several chain lengths. Quantification of carnitine and acylcarnitines is of particular interest for screening for research and metabolic disorders. We developed a method with online solid-phase extraction coupled to high-performance liquid chromatography and tandem mass spectrometry to quantify carnitine and three acylcarnitines with different polarity (acetylcarnitine, octanoylcarnitine, and palmitoylcarnitine). Plasma samples were deproteinized with methanol, loaded on a cation exchange trapping column and separated on a reversed-phase C8 column using heptafluorobutyric acid as an ion-pairing reagent. Considering the endogenous nature of the analytes, we quantified with the standard addition method and with external deuterated standards. Solid-phase extraction and separation were achieved within 8 min. Recoveries of carnitine and acylcarnitines were between 98 and 105 %. Both quantification methods were equally accurate (all values within 84 to 116 % of target concentrations) and precise (day-to-day variation of less than 18 %) for all carnitine species and concentrations analyzed. The method was used successfully for determination of carnitine and acylcarnitines in different human samples. In conclusion, we present a method for simultaneous quantification of carnitine and acylcarnitines with a rapid sample work-up. This approach requires small sample volumes and a short analysis time, and it can be applied for the determination of other acylcarnitines than the acylcarnitines tested. The method is useful for applications in research and clinical routine.

Solution structure and interaction of cupiennin 1a, a spider venom peptide, with phospholipid bilayers

The solution structure of cupiennin 1a, a 35 residue, basic antibacterial peptide isolated from the venom of the spider Cupiennius salei, has been determined by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The peptide was found to adopt a helix−hinge−helix structure in a membrane mimicking solvent. The hinge may play a role in allowing the amphipathic N-terminal helix and polar C-terminal helix to orient independently upon membrane binding, in order to achieve maximal antibacterial efficacy. Solid-state 31P and 2H NMR was used to further study the effects of cupiennin 1a on the dynamic properties of lipid membranes, using zwitterionic chain deuterated dimyristoylphosphatidylcholine (d54-DMPC) and anionic dimyristoylphosphatidylglycerol (DMPG) multilamellar vesicles. In d54-DMPC alone, cupiennin 1a caused a decrease in the 31P chemical shift anisotropy, indicating some interaction with the lipid head groups, and a decrease in order over the entire acyl chain. In contrast, for the mixed (d54-DMPC/DMPG) lipid system cupiennin 1a appeared to induce lateral separation of the two lipids as evidenced by the 31P spectra, in which the peptide preferentially interacted with DMPG. Little effect was observed on the deuterated acyl chain order parameters in the d54-DMPC/DMPG model membranes. Furthermore, 31P NMR relaxation measurements confirmed a differential effect on the lipid motions depending upon the membrane composition. Therefore, subtle differences are likely in the mechanism by which cupiennin 1a causes membrane lysis in either prokaryotic or eukaryotic cells, and may explain the specific spectrum of activity.

Optimized Demineralization Technique for the Measurement of Stable Isotope Ratios of Nonexchangeable H in Soil Organic Matter

To make use of the isotope ratio of nonexchangeable hydrogen (δ2Hn (nonexchangeable)) of bulk soil organic matter (SOM), the mineral matrix (containing structural water of clay minerals) must be separated from SOM and samples need to be analyzed after H isotope equilibration. We present a novel technique for demineralization of soil samples with HF and dilute HCl and recovery of the SOM fraction solubilized in the HF demineralization solution via solid-phase extraction. Compared with existing techniques, organic C (Corg) and organic N (Norg) recovery of demineralized SOM concentrates was significantly increased (Corg recovery using existing techniques vs new demineralization method: 58% vs 78%; Norg recovery: 60% vs 78%). Chemicals used for the demineralization treatment did not affect δ2Hn values as revealed by spiking with deuterated water. The new demineralization method minimized organic matter losses and thus artificial H isotope fractionation, opening up the opportunity to use δ2Hn analyses of SOM as a new tool in paleoclimatology or geospatial forensics.

CCSD(T) Study of CD3-O-CD3 and CH3-O-CD3 Far-Infrared Spectra

From a vibrationally corrected 3D potential energy surface determined with highly correlated ab initio calculations (CCSD(T)), the lowest vibrational energies of two dimethyl-ether isotopologues, 12CH3–16O–12CD3 (DME-d3) and 12CD3–16O–12CD3 (DME-d6), are computed variationally. The levels that can be populated at very low temperatures correspond to the COC-bending and the two methyl torsional modes. Molecular symmetry groups are used for the classification of levels and torsional splittings. DME-d6 belongs to the G36 group, as the most abundant isotopologue 12CH3–16O–12CH3 (DME-h6), while DME-d3 is a G18 species. Previous assignments of experimental Raman and far-infrared spectra are discussed from an effective Hamiltonian obtained after refining the ab initio parameters. Because a good agreement between calculated and experimental transition frequencies is reached, new assignments are proposed for various combination bands corresponding to the two deuterated isotopologues and for the 020 → 030 transition of DME-d6. Vibrationally corrected potential energy barriers, structural parameters, and anharmonic spectroscopic parameters are provided. For the 3N – 9 neglected vibrational modes, harmonic and anharmonic fundamental frequencies are obtained using second-order perturbation theory by means of CCSD and MP2 force fields. Fermi resonances between the COC-bending and the torsional modes modify DME-d3 intensities and the band positions of the torsional overtones.