Crystal and molecular structures of three 2-sulphur-substituted cyclohexanones studied by X-ray crystallography and by ab initio molecular orbital calculations

The conformational features of three 2-sulphur-substituted cyclohexanone derivatives, which differ in the number of sulphur-bound oxygen atoms, i.e. zero (I), one (II) and two (III), were investigated by single crystal X-ray crystallography and geometry optimized structures determined using Hartree-Fock method. In each of (I)-(III) an intramolecular S center dot center dot center dot O(carbonyl) interaction is found with the magnitude correlated with the oxidation state of the sulphur atom, i.e. 2.838(3) angstrom in (I) to 2.924(2) angstrom in (II) to 3.0973(18) angstrom in (III). There is an inverse relationship between the strength of this interaction and the magnitude of the carbonyl bond. The supramolecular aggregation patterns are primarily determined by C-H center dot center dot center dot O contacts and are similarly influenced by the number of oxygen atoms in the molecular structures. Thus, a supramolecular chain is found in the crystal structure of (I). With an additional oxygen atom available to participate in C-H center dot center dot center dot O interactions, as in (II), a two-dimensional array is found. Finally, a three-dimensional network is found for (III). Despite there being differences in conformations between the experimental structures and those calculated in the gas-phase, the S center dot center dot center dot O interactions persist. The presence of intermolecular C-H center dot center dot center dot O interactions involving the cyclohexanone-carbonyl group in the solid-state, disrupts the stabilising intramolecular C-H center dot center dot center dot O interaction in the energetically-favoured conformation. (I): C(12)H(13)NO(3)S, triclinic space group P (1) over bar with a = 5.392(3) angstrom b = 10.731(6) angstrom, c = 11.075(6) angstrom, alpha = 113.424(4)degrees, beta = 94.167(9)degrees, gamma = 98.444(6)degrees, V = 575.5(6) angstrom(3), Z = 2, R(1) = 0.052; (II): C(12)H(13)NO(4)S, monoclinic P2(1)/n, a = 7.3506(15) angstrom, b = 6.7814(14) angstrom, c = 23.479(5) angstrom, beta = 92.94(3)degrees, V = 1168.8(4) angstrom(3), Z = 4, R(1) = 0.046; (III): C(12)H(13)NO(5)S, monoclinic P2(1)/c, a = 5.5491(11) angstrom, b = 24.146(3) angstrom, c = 11.124(3) angstrom, beta = 114.590(10)degrees, V = 1355.3(5) angstrom(3), Z = 4, R(1) = 0.051.

Stereochemical and electronic interaction studies of some N-methoxy-N-methyl-2-[(4 `-substituted)phenylsulfinyl]propanamides

The (1)H NMR spectra of N-methoxy-N-methyl-2-[(4`-substituted)phenylsulfinyl]-propanamides [Y-Ph-S(O)CH(Me)C(O)N(OMe)Me; Y = OMe 1, Me 2, H 3. Cl 4, NO(2) 5] along with the X-ray diffraction analysis of the nitro-derivative (5). have shown the existence of two pairs of diastereomers (racemic mixture) [C(R)S(S)/C(S)S(R) (diast(1)) and C(R)S(R)/C(S)S(S) (diast(2))] in the ratio of ca. 7:3. respectively. The v(CO) IR analysis of the title compounds supported by HF and B3LYP/6-31G** calculations of 3 and of the parent N-methoxy-N-methyl-propanamide (6) by HF, have shown that diast(1) exists in an equilibrium between the two more polar and more stable quasi-cis (q-c(1) and q-c(2)) conformers and the gauche(g) conformer. The population of the g conformer in the equilibrium increases with the increase in the solvent polarity, which is attributed to a larger solvation effect on the carbonyl and sulfinyl groups. Diast(2) of compound 3 occurs in the gas phase as an equilibrium between the most stable quasi-gauche (q-g) conformer and the quasi-cis (q-c) conformer, both presenting very similar dipole moments. The former is stabilized by electrostatic and charge transfer interactions, which results in a less solvated spatial arrangement. Moreover, all conformers of both diastereomers are stabilized by several intramolecular hydrogen bonds. X-ray single crystal analysis performed for diast(1) and for diast(2) of 5 indicates that both stereoisomers assume, in the solid state, the anti-clinal (gauche) conformation. For the crystal packing, diast(1) of 5 is made up of three molecules joined through two centro-symmetric H center dot center dot center dot O hydrogen bonds. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Fluorescent probes with malononitrile side group in methyl methacrylate copolymers

Fluorescent probes derivated from auramine, 1-aminopyrene, and 9-aminoacridine containing a malononitrile group are copolymerized with methyl methacrylate. These new fluorescent polymeric materials are studied in solution of different solvents by steady-state and time-resolved emission techniques. Their spectroscopic properties and excited state dynamics are driven by charge transfer from the aromatic group to the electron withdrawing CN groups, and this factor is responsible for the non-exponential emission decay behavior. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Excited-state dynamics of polyfluorene derivatives in solution

The excited-state dynamics of two polyfluorene copolymers, one fully conjugated containing phenylene vinylene units alternated with 9,9`-dihexylfluorenyl groups and the other segmented by -(CH2)(8)- spacer, were studied in dilute solution of different solvents using a picosecond single-photon timing technique. The excited-state dynamics of the segmented copolymer follows the Forster resonant energy-transfer model which describes intrachain energy-transfer kinetics among random oriented chromophores. Energy transfer is confirmed by analysis of fluorescence anisotropy relaxation with the measurement of a short decay component of about 60 ps. The fluorescence decay surface of the fully conjugated copolymer is biexponential with decay times of about 470 and 900 ps, ascribed to deactivation of chain moieties containing trans and cis isomers already in a photostationary condition. Thus, energy transfer is very fast due to the conjugated nature and rigid-rod-like structure of this copolymer chain.

Formation and decomposition of N-alkyinaphthalimides: experimental evidences and ab initio description of the reaction pathways

The kinetics of hydrolysis of 1,8-N-butyl-naphthalimide (1,8-NBN) to 1,8-N-butyl-naphthalamide (1,8-NBAmide) and of 2,3-N-butyl-naphthalimide (2,3-NBN) to 2,3-N-butyl-naphthalamide (2,3-NBAmide), as well as the formation of the respective anhydrides from the amides were investigated in a wide acidity range. 1,8-NBN equilibrates with 1,8-NBAmide in mild alkali. Under the same conditions 2,3-NBN quantitatively yields 2,3-NBAmide. Over a wide range of acidities the reactions of the 1,8- and 2,3-N-butyl-naphthalamides (or imides) yield similar products but with widely different rates and at distinct pH`s. Anhydride formation in acid was demonstrated for 1,8-NBAmide. The reactions mechanisms were rationalized in the manifold pathways of ab initio calculations. The differences in rates and pH ranges in the reactions of the 1,8- and 2,3-N-butyl-naphthalamides were attributed to differences in the stability of the tetrahedral intermediates in alkali as well as the relative stabilities of the five and six-membered ring intermediates. The rate of carboxylic acid assisted 1,8-N-Butyl-naphthalamide hydrolysis is one of the largest described for amide hydrolysis models. Copyright (C) 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

Synthesis, spectral studies and X-ray crystal structure of N,N `-(+/-)-trans-1,2-cyclohexylenebis(3-ethoxysalicylideneamine) H-2(t-3-EtOsalchxn)

The synthesis, spectra and X-ray crystal structure of N,N`-(+/-)-trans-1,2-cyclohexylenebis(3-ethoxysalicylideneamine) H-2(t-3-EtOsalchxn), a salen-type ligand, are reported. The Schiff base was characterized by elemental analysis, m.p., IR, electronic spectra, H-1 and C-13 NMR spectra. The spectra are discussed and compared with those of N,N`-(+/-)-trans-1,2-cyclohexylenebis(salicylideneamine), H-2(t-salchxn). The electronic and IR spectra were also resolved by deconvolution. The influence of the ethoxy group on the IR, electronic spectrum, H-1 and C-13 NMR spectra is discussed. Strong intramolecular forces are present as supported by the IR and H-1 NMR spectra and the X-ray crystal structure. An intermolecular hydrogen bond is observed and appears twice in a pair of molecules in the unit cell. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Oxorhenium(V) Complexes with 2,3-Dihydroxynaphthalene

2,3-Dihydroxynaphthalene (H(2)dhn) reacts with [ReOCl(3)-(PPh(3))(2)] or [ReOBr(3)(PPh(3))(2)] in a 1:1 molar ratio with formation of the isostructural complexes [ReOCl(2)(PPh(3))(2)(Hdhn)] (4) and [ReOBr(2)-(PPh(3))(2)(Hdhn)] (5). They have distorted octahedral coordination spheres with the halide and the triphenylphosphine ligands arranged in equatorial trans positions to each other. The Hdhn-ligand coordinates monodentately in trans position to the oxo ligand. Intramolecular hydrogen bonds between the Hdhn and the halogeno ligands stabilize this coordination mode. The products represent the first examples of oxorhenium(V) complexes with monodentate catecholate-type ligands.

Pressure Perturbation Calorimetry and Guest-Host Chemistry of NDMG and N-MAP with p-Sulfonatocalix[6]arene

The aim of this project is to provide an explanation for recently obtained binding constants for two similar guest molecules, NDMG and N-MAP, with a p-sulfonatocalix[6]arene host in ammonium acetate buffer. This work was done primarily using pressure perturbation calorimetry, which is a technique that determines the coefficient of thermal expansion, α, which is in turn related to the solute molecule's effect on the order of the surrounding water molecules. A series of experiments were designed to test the effects of suspected confounding variables on the validity of PPC data. PPC was then used to study NDMG and N-MAP in ammonium acetate buffer. NDMG exhibited a minimum in α as function of temperature, while N-MAP did not. This difference was theorized to be due to the formation of an intramolecular hydrogen bond in monocationic NDMG that would lower the heat capacity of the molecule and better distribute the molecule's charge. Computational work and nuclear magnetic resonance spectroscopy confirmed that monocationic, ring-closed NDMG has less concentrated charge and more constrained motion than monocationic, ring-open NDMG. This evidence supports the theory that monocationic NDMG forms an intramolecular hydrogen bond and that this may be responsible for the minimum in α. This difference may explain the differences in binding constants between NDMG and N-MAP.

Estudo de reatividade e resolução enantiomérica do (+-)-10-exo-hidróxipentaciclo[6.2.1.1 3,6.0 2,7. 0 5.9] dodecan-4-ona

Neste trabalho, realizou-se a síntese do ceto-álcool pentaciclíco (±)-5, assim como o estudo de reatividade do grupo carbonila do mesmo frente a reações de oximação e redução. Realizou-se também a resolução enantiomérica do composto (±)-5 através de reação de transesterificação com acetato de vinila catalisada pela lipase da Candida rugosa. Altos excessos enantioméricos foram obtidos (>95%, RMN) tanto para o álcool (+)-5 quanto para o éster formado (-)-8. Sugere-se a existência de uma interconversão enantiomérica no composto (+)-5, devido a observação de mistura racêmica, quando o mesmo foi analisado por cromatografia gasosa em coluna quiral. Um mecanismo para tal interconversão, o qual envolve um rearranjo intramolecular, é proposto.

Síntese, caracterização e estudo fotofísico de heterociclos fluorescentes por ESIPT e suas aplicações na preparação de novos materiais

Neste trabalho é apresentada a síntese e a caracterização de compostos do tipo 2-(2'-hidroxifenil)benzazólicos, fluorescentes e com um grande deslocamento de Stokes, devido a um mecanismo de transferência protônica intramolecular no estado excitado (ESIPT). Estes derivados possuem a função amino, de grande versatilidade sintética. A possibilidade de aplicação dos compostos sintetizados foi testada em cinco diferentes sistemas. Os derivados foram utilizados como monômetros vinilênicos e acriloilamida para a polimerização com metacrilato de metila para a produção de novos materiais poliméricos orgânicos fluorescentes; como sondas fluorescentes para proteínas, marcando com sucesso albumina sérica bovina, apresentando conjugados com maior fotoestabilidade em relação a sondas comerciais; como uma molécula com propriedades altamente não-lineares, possuindo o maior valor para a primeira hiperpolarizabilidade conhecido até hoje; como ligante para a complexação com metais de transição. com potencial aplicação em dispositivos orgânicos emissores de luz, e como derivados silifuncionalizados para a obtenção de materiais híbridos através de reação sol-gel, e a partir destes, obter os primeiros aerogéis de sílica fluorescentes por ESIPT.

Síntese de materiais fotossensíveis baseados em corantes fluorescentes como meio ativo para dispositivos ópticos

Neste trabalho realizou-se a síntese e caracterização de novos derivados 2- (2’-hidroxifenil)benzazólicos. Estas moléculas apresentam um bom rendimento quântico de fluorescência, um grande deslocamento de Stokes (> 150 nm) e elevadas estabilidades térmica e fotofísica devido a um mecanismo de transferência protônica intramolecular que ocorre no estado excitado (TPIEE). Estes derivados contêm grupos funcionais suscetíveis a sofrer reações de polimerização com monômeros acrílicos e grupos trietoxissilanos capazes de ligarem-se covalentemente a polímeros inorgânicos como sílicas e zeolitas, com interesse na geração de materiais fotossensíveis. Estes fluoróforos apresentam bandas de absorção na região entre 300 - 360 nm do espectro, justamente onde se localizam os comprimentos de onda de emissão de alguns lasers de bombeamento, como por exemplo o laser de N2 (337 nm) e o terceiro harmônico do laser de Nd:Yag (355 nm). Além disso, sob excitação com luz ultravioleta, estes compostos emitem fluorescência entre 500 - 580 nm, região espectral de alto interesse tecnológico para aplicações em telecomunicações e medicina. A copolimerização dos novos corantes com metilmetacrilatos e a heterogeneização com sílica e zeolitas resultou em polímeros altamente fluorescentes com excelentes propriedades térmicas e ópticas. Além dos corantes benzazólicos foram utilizados outros corantes comercialmente disponíveis com emissão laser do azul até o vermelho. Foram eles: o Estilbeno 420, DPS (4,4’-difenilestilbeno), PBBO 2-(4-bifenilil)-6-fenilbenzoxazol- 1,3, as cumarinas C500, C503, C540A, C343, C440, C460, C480 e uma nova cumarina funcionalizada com um grupo acrilato C434+HEMA, os pirrometenos PM597 e PM650 e a rodamina Rh640. Com estes corantes foram sintetizados polímeros e copolímeros de metacrilato de metila e metacrilato de 2-hidroximetila e suas propriedades fotofísicas e laser foram avaliadas.

Dinâmica molecular investigada com pulsos de femto-segundos

Técnicas experimentais de óptica não-linear resolvidas no tempo são capazes, em diversas situações, de fornecer mais informações sobre a dinâmica e estrutura molecular do que técnicas sem nenhuma resolução temporal. Nesta tese investigou-se três sistemas com técnicas espectroscópicas resolvidas no tempo, utilizando pulsos ultra-curtos de um sistema LASER amplificado, baseado em cristal de Ti:Safira, e de amplificadores ópticos paramétricos. Para este estudo foram implementadas e analisadas quatro diferentes técnicas espectroscópicas resolvidas no tempo: Espalhamento Raman anti-Stokes Coerente (CARS), Espalhamento hiper-Rayleigh Resolvido no Tempo (TRHRS), Bombeio-Prova e Bombeio- Depleção-Prova. O três sistemas investigados apresentam um grau crescente de complexidade nas suas dinâmicas e interações com o meio. O primeiro dos sistemas estudados foi a dinâmica da molécula de H2 no regime de impacto, na presença de moléculas e átomos perturbadores (N2 e He). Foi possível determinar, pela primeira vez, coeficientes de alargamento para o ramo Q devido à colisões entre H2+H2 utilizando a técnica de CARS resolvido temporalmente, bem como novos coeficientes para o deslocamento das linhas. O emprego da mesma técnica em sistemas binários lançou mais luz sobre a possibilidade de existir alguma não-homogeneidade em tais tipos de colisões. O segundo experimento investigou a dinâmica de relaxação orientacional da acetonitrila em solução utilizando a nova técnica de TRHRS; esta foi desenvolvida e testada com sucesso pela primeira vez neste trabalho. Um modelamento teórico mostra que dentro do modelo de Debye para a difusão rotacional, tempos associados ao terceiro momento do tempo de difusão (τ3) e ao primeiro momento (τ1) devem ser observados. Os resultados experimentais para a acetonitrila apresentam um decaimento consistente com este modelo (τ3~850 fs), concordando também com valores derivados de resultados experimentais e teóricos obtidos por outros métodos. Além disso, também foi observado experimentalmente uma segunda componente mais rápida (~50 fs), que não pôde ser explicada dentro do modelo de difusão rotacional livre. Esta componente foi atribuída a efeitos reorientacionais coletivos em conjunto com efeitos de superposição temporal de pulsos. A interpretação do sinal desta nova técnica foi testada com sucesso realizando o experimento em tetracloreto de carbono.O terceiro sistema investigado foi a dinâmica de relaxação de energia intramolecular de carotenóides. A principal questão, da vii existência ou não de estados eletrônicos adicionais, foi abordada utilizando uma modificação da técnica de Bombeio e Prova, denominada de Bombeio-Depleção-Prova. A técnica de Bombeio-Depleção-Prova foi pela primeira vez utilizada em carotenóides, possibilitando observar dinâmicas nunca vistas por qualquer outra técnica experimental. Dentro da resolução temporal dos experimentos realizados, a presença de novos estados eletrônicos em carotenóides livres em solução é descartada. Além disso, uma nova ferramenta de análise de dados foi desenvolvida. A análise de alvos espectrais baseada em um algoritmo evolutivo trouxe mais argumentos para o modelo clássico de três níveis. A dinâmica de carotenóides livres em solução foi comparada com sua dinâmica quando inseridos no complexo fotossintético de coleta de luz (LH2) da bactéria púrpura, utilizando para isso a técnica de Bombeio e Prova. Os resultados obtidos mostram um sistema de níveis de energia mais complexo do que quando o carotenóide está livre em solução. Esta modificação devido ao ambiente é possivelmente gerada pela quebra de simetria do carotenóide quando inserido no complexo LH2, possibilitando o cruzamento entre sistemas (singlete-triplete).

Structural and Biochemical Characterization of Peroxiredoxin Q beta from Xylella fastidiosa CATALYTIC MECHANISM and HIGH REACTIVITY

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

Functional characterization by genetic complementation of aroB-Encoded dehydroquinate synthase from Mycobactetium tuberculosis H37Rv and its heterologous expression and purification

The recent recrudescence of Mycobacterium tuberculosis infection and the emergence of multidrug-resistant strains have created an urgent need for new therapeutics against tuberculosis. The enzymes of the shikimate pathway are attractive drug targets because this route is absent in mammals and, in M. tuberculosis, it is essential for pathogen viability. This pathway leads to the biosynthesis of aromatic compounds, including aromatic amino acids, and it is found in plants, fungi, bacteria, and apicomplexan parasites. The aroB-encoded enzyme dehydroquinate synthase is the second enzyme of this pathway, and it catalyzes the cyclization of 3-deoxy-D-arabino-heptulosonate-7-phosphate in 3-dehydroquinate. Here we describe the PCR amplification and cloning of the aroB gene and the overexpression and purification of its product, dehydroquinate synthase, to homogeneity. In order to probe where the recombinant dehydroquinate synthase was active, genetic complementation studies were performed. The Escherichia coli AB2847 mutant was used to demonstrate that the plasmid construction was able to repair the mutants, allowing them to grow in minimal medium devoid of aromatic compound supplementation. In addition, homogeneous recombinant M. tuberculosis dehydroquinate synthase was active in the absence of other enzymes, showing that it is homomeric. These results will support the structural studies with M. tuberculosis dehydroquinate synthase that are essential for the rational design of antimycobacterial agents.

Cyclodextrin glycosyltransferase from Bacillus licheniformis: Optimization of production and its properties

Cyclodextrin glycosyltransferase (EC 2.4.1.19) is an enzyme that produces cyclodextrins from starch via an intramolecular transglycosylation reaction. An alkalophilic Bacillus strain, isolated from cassava peels, was identified as Bacillus licheniformis. CGTase production by this strain was better when potato starch was used as carbon source, followed by cassava starch and amylopectin. Glucose and amylose, on the other hand, acted as synthesis repressors. When the cultivation was supplemented with sodium ions and had the pH adjusted between 6.0 and 9.0, the microorganism maintained the growth and enzyme production capacity. This data is interesting because it contradicts the concept that alkalophilic microorganisms do not grow in this pH range. After ultrafiltration-centrifugation, one protein of 85.2 kDa with CGTase activity was isolated. This protein was identified in plates with starch and phenolphthalein. Determination of the optimum temperature showed higher activities at 25 degrees C and 55 degrees C, indicating the possible presence of more than one CGTase in the culture filtrate. Km and Vmax values were 1.77 mg/mL and 0.0263 U/mg protein, respectively, using potato starch as substrate.