Macrocicles nitrogenats contenint unitats de ferrocè i llurs complexos de Pal·ladi(0). Estudi estructural i aplicacions en catàlisi

La present tesi doctoral s'ha basat en la caracterització estructural i en l'estudi de les propietats catalítiques de nous complexos de pal·ladi(0) amb lligands olefínics contenint unitats de ferrocè. En una primera fase s'ha desenvolupat la síntesi d'estructures de tipus (E, E, E)-1,6,11-trisarilsulfonil-1,6,11-triazaciclopentadeca-3,8,13-triè contenint des d'una fins a tres unitats de ferrocè i s'ha estudiat la seva complexació amb pal·ladi(0). Mitjançant estudis electroquímics s'ha avaluat la seva possible aplicació en el reconeixement molecular electroquímic. Encara que aquest tipus d'estructures no han resultat vàlides per aquest tipus de processos de reconeixement, l'estudi electroquímic ha permès determinar que la presència del grup ferrocenil influeix en les propietats redox del metall complexat. S'ha descrit també l'obtenció de macrocicles pentaolefínics anàlegs de 25 membres contenint unitats de ferrocè i s'ha estudiat paral·lelament la seva complexació amb pal·ladi(0).En una segona part del treball s'han avaluat les propietats catalítiques del complex (E, E, E)-6,11-bis[(p-metilfenil)sulfonil]-1-ferrocenilsulfonil-1,6,11-triazaciclopentadeca-3,8,13-trièpal·ladi(0), en reaccions clàssicament catalitzades per pal·ladi tals com l'acoblament creuat de Suzuki o la reacció de Heck, i s'ha pogut determinar que és un catalitzador actiu en aquest tipus de reaccions, essent a més possible, la seva recuperació i reutilització. En el cas concret de la reacció de Heck s'han emprat sals de diazoni com a agents arilants i cal destacar que s'ha descrit el primer sistema catalític recuperable i reutilitzable per aquest tipus de reaccions. Mitjançant espectrometria de masses amb ionització per electrospray ha estat possible determinar el rol mecanístic del nostre complex de pal·ladi en la reacció de Heck amb sals de diazoni.Finalment, en una tercera part estructural del treball s'ha estudiat el comportament espectroscòpic dels complexos de pal·ladi(0) anteriorment mencionats, contenint des de tres unitats aríliques iguals fins a tres unitats aríliques diferents. Mitjançant RMN i difracció de raigs-X s'ha determinat que la complexitat estereoquímica dels complexos deriva dels isòmers que es poden formar mitjançant complexació del metall amb cada una de les cares dels tres dobles enllaços continguts a l'estructura.

New Ruthenium complexes containing N, P and S-donor type of ligands: coordination chemistry, characterization and application to asymetric and non-asymetric catalysis

Síntesi de nous complexos de Ruteni amb lligands no quirals que tenen per fórmula [Ru(phen)([9]aneS3)X] (on X = H2O, py i MeCN). Caracterització espectroscòpica electroquímica i estructural d'aquesta família de complexos. Estudi de les seves propietats catalítiques en front a l'oxidació de substrats orgànics com l'alcohol benzílic en reaccions d'electrocatàlisi. Avaluació cinètica dels mecanismes de substitució entre els complexos Ru-py i Ru-MeCN. Generació d'un interruptor molecular foto-induït. Síntesi de nous complexos quirals de Ru atropoisomèricament purs amb lligands oxazolínics que tenen per fórmula [Ru(trpy)(Ph-box-R)X] on (X = Cl, H2O, py, MeCN, 2-OH-py). Caracterització estructural exhaustiva en estat sòlid (Raig-X) en solució (RMN) i en fase gas (càlculs DFT). Avaluació de la seva activitat catalítica en reaccions asimmetriques d'epoxidació de substrats proquirals. Síntesi de nous lligands polipiridílics quirals amb simetria C3. Estudi de la seva química de coordinació i avaluació de la seva activitat catalítica en reaccions asimmetriques d'oxidació i reducció.

Síntesi, estructura i reactivitat de nous complexos de Cu, Ag i Ni contenint lligands triazamacrocíclics. Aplicacions en l'activació d'enllaços

· S'ha preparat i caracteritzat una família de complexos de Cu(III) contenint lligands triazamacrocíclics, estudiant-se les seves propietats estructurals, espectroscòpiques i redox. Aquesta àmplia família de complexos tenen un gran interès perquè permeten descriure les propietats dels complexos de Cu en un estat d'oxidació poc habitual i a més ens han permès mesurar de manera quantitativa l'efecte Meyerstein. · Una nova família de complexos de Cu(I) amb els lligands triazamacrocíclics es sintetitzada i caracteritzada per tècniques espectroscòpiques i estructurals, demostrant que aquests complexos presenten diferents estructures a l'estat sòlid i en dissolució. Així doncs, mentre que en dissolució es demostra per RMN que es tracta d'una espècie monomèrica, la determinació estructural per difracció de raigs X d'aquests complexos de Cu(I), ens confirma la formació d'espècies polimèriques. Per altra banda, s'ha estudiat la seva reactivitat; a) la seva implicació en la formació de lligands deuterats mitjançant l'intercanvi H/D en condicions suaus i b) la formació de complexos bisfenoxo a partir de la reactivitat entre els corresponents complexos de Cu(I) i oxigen molecular. De la mateixa manera, s'ha preparat el corresponent anàleg de Ag(I) en estat sòlid, obtenint la formació d'un polímer de Ag(I), el qual presenta a l'estat sòlid una estructura en forma de ziga-zaga, diferent a l'estructura del polímer de Cu(I), que és lineal. · S'ha determinat i proposat el mecanisme que té lloc en l'activació de l'enllaç C-H i posterior reacció de transferència per tal d'estabilitzar els productes finals mitjançant una reacció de desproporció. El seguiment de la reacció té lloc mitjançant tècniques espectroscòpiques com UV-vis. Dit seguiment, ens permet determinar les diferents influències electròniques sobre la reacció de formació dels complexos organometàl·lics de Cu(III). A més a més, el seguiment de la reacció a baixa temperatura ens permet determinar espectroscòpica i teòricament la formació d'un intermedi de Cu(II), i mitjançant la determinació dels paràmetres cinètics i termodinàmics es proposa un mecanisme de reacció. Posteriorment, s'ha assajat la reactivitat d'una sal de Cu(II) amb un lligand macrocíclic que conté un grup metil en el carboni orientat cap al centre del macrocicle, implicant la formació d'un intermedi agòstic. De la determinació estructural d'aquest intermedi de CuII i del lligand protonat, s'extreuen una sèrie de conclusions molt interessants, com són la demostració estructural de l'activació de l'enllaç C-C en la primera etapa de formació i de manera anàloga poder comparar-ho amb els sistemes macrocíclics HL2-HL6, demostrant la possible formació d'un intermedi agòstic, on es produeix l'activació de l'enllaç C-H. Aquesta similitud estaria d'acord amb els sistemes HL2-HL6, els quals espectroscòpica i teòricament s'havia detectat la presència d'un intermedi de característiques similars. Degut a l'acidesa d'aquest protó, i gràcies a la presència d'una base com és el propi lligand, aquest podia ésser extret donant lloc a la formació dels corresponents organometàl·lics de Cu(III). Dita estructura també representa un dels pocs exemples d'un organometàl·lic de CuII, un estat d'oxidació poc conegut dins d'aquest camp. · S'ha descrit la reactivitat dels nous complexos organometàl·lics de Cu(III), els quals sota medi pròtic i en condicions àcides o neutres són espècies totalment estables, però en condicions bàsiques o reductores aquestes espècies reaccionen donant lloc a la formació de noves espècies de tipus bisfenoxo, on el Cu es troba en estat d'oxidació +2. S'han caracteritzat mitjançant difracció de RX, on es s'observa l'entorn químic del Cu, la geometria del complex bisfenoxo i l'hidroxilació de l'anell aromàtic. · Finalment, s'ha descrit per primera vegada la síntesi i caracterització d'uns nous complexos organometàl·lics de Ni. Aquests són sintetitzats en base als càlculs teòrics realitzats sobre els nostres sistemes macrocíclics. Per aquests complexos hem investigat l'efecte del metall, canviant el coure per altres metalls de la primera sèrie de transició (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn) i de la segona sèrie de transició (Ru, Rh, Pd, Ag). Els resultats demostren que el Ni(II), és el metall que presenta una major capacitat de l'activació de l'enllaç C-H en aquests sistemes aromàtics. Aquests compostos s'oxiden lentament cap a complexos de Ni(III). Per altra banda, l'addició d'una sal de clor sobre una solució d'un complex de Ni(II) permet aïllar el corresponent complex de Ni(III), caracteritzat per ressonància de spin electrònic

SBR technology for wastewater treatment: suitable operational conditions for a nutrient removal

Actualment, la legislació ambiental ha esdevingut més restrictiva pel que fa a la descàrrega d'aigües residuals amb nutrients, especialment en les anomenades àrees sensibles o zones vulnerables. Arran d'aquest fet, s'ha estimulat el coneixement, desenvolupament i millora dels processos d'eliminació de nutrients. El Reactor Discontinu Seqüencial (RDS) o Sequencing Batch Reactor (SBR) en anglès, és un sistema de tractament de fangs actius que opera mitjançant un procediment d'omplerta-buidat. En aquest tipus de reactors, l'aigua residual és addicionada en un sol reactor que treballa per càrregues repetint un cicle (seqüència) al llarg del temps. Una de les característiques dels SBR és que totes les diferents operacions (omplerta, reacció, sedimentació i buidat) es donen en un mateix reactor. La tecnologia SBR no és nova d'ara. El fet, és que va aparèixer abans que els sistema de tractament continu de fangs actius. El precursor dels SBR va ser un sistema d'omplerta-buidat que operava en discontinu. Entre els anys 1914 i 1920, varen sorgir certes dificultats moltes d'elles a nivell d'operació (vàlvules, canvis el cabal d'un reactor a un altre, elevat temps d'atenció per l'operari...) per aquests reactors. Però no va ser fins a finals de la dècada dels '50 principis del '60, amb el desenvolupament de nous equipaments i noves tecnologies, quan va tornar a ressorgir l'interès pels SBRs. Importants millores en el camp del subministrament d'aire (vàlvules motoritzades o d'acció pneumàtica) i en el de control (sondes de nivell, mesuradors de cabal, temporitzadors automàtics, microprocessadors) han permès que avui en dia els SBRs competeixin amb els sistemes convencional de fangs actius. L'objectiu de la present tesi és la identificació de les condicions d'operació adequades per un cicle segons el tipus d'aigua residual a l'entrada, les necessitats del tractament i la qualitat desitjada de la sortida utilitzant la tecnologia SBR. Aquestes tres característiques, l'aigua a tractar, les necessitats del tractament i la qualitat final desitjada determinen en gran mesura el tractament a realitzar. Així doncs, per tal d'adequar el tractament a cada tipus d'aigua residual i les seves necessitats, han estat estudiats diferents estratègies d'alimentació. El seguiment del procés es realitza mitjançant mesures on-line de pH, OD i RedOx, els canvis de les quals donen informació sobre l'estat del procés. Alhora un altre paràmetre que es pot calcular a partir de l'oxigen dissolt és la OUR que és una dada complementària als paràmetres esmentats. S'han avaluat les condicions d'operació per eliminar nitrogen d'una aigua residual sintètica utilitzant una estratègia d'alimentació esglaonada, a través de l'estudi de l'efecte del nombre d'alimentacions, la definició de la llargada i el número de fases per cicle, i la identificació dels punts crítics seguint les sondes de pH, OD i RedOx. S'ha aplicat l'estratègia d'alimentació esglaonada a dues aigües residuals diferents: una procedent d'una indústria tèxtil i l'altra, dels lixiviats d'un abocador. En ambdues aigües residuals es va estudiar l'eficiència del procés a partir de les condicions d'operació i de la velocitat del consum d'oxigen. Mentre que en l'aigua residual tèxtil el principal objectiu era eliminar matèria orgànica, en l'aigua procedent dels lixiviats d'abocador era eliminar matèria orgànica i nitrogen. S'han avaluat les condicions d'operació per eliminar nitrogen i fòsfor d'una aigua residual urbana utilitzant una estratègia d'alimentació esglaonada, a través de la definició del número i la llargada de les fases per cicle, i la identificació dels punts crítics seguint les sondes de pH, OD i RedOx. S'ha analitzat la influència del pH i la font de carboni per tal d'eliminar fòsfor d'una aigua sintètica a partir de l'estudi de l'increment de pH a dos reactors amb diferents fonts de carboni i l'estudi de l'efecte de canviar la font de carboni. Tal i com es pot veure al llarg de la tesi, on s'han tractat diferents aigües residuals per a diferents necessitats, un dels avantatges més importants d'un SBR és la seva flexibilitat.

Katalizatory złotowo-miedziowe na nośnikach cerowych, cyrkonowych i cerowo-cyrkonowych – preparatyka, charakterystyka i zastosowanie w procesach utleniania

Wydział Chemii

Microbial perchlorate reduction: A precise laboratory determination of the chlorine isotope fractionation and its possible biochemical basis

Perchlorate-reducing bacteria fractionate chlorine stable isotopes giving a powerful approach to monitor the extent of microbial consumption of perchlorate in contaminated sites undergoing remediation or natural perchlorate containing sites. This study reports the full experimental data and methodology used to re-evaluate the chlorine isotope fractionation of perchlorate reduction in duplicate culture experiments of Azospira suillum strain PS at 37 degrees C (Delta Cl-37(Cr)--ClO4-) previously reported, without a supporting data set by Coleman et al. [Coleman, M.L., Ader, M., Chaudhuri, S., Coates,J.D., 2003. Microbial Isotopic Fractionation of Perchlorate Chlorine. Appl. Environ. Microbiol. 69, 4997-5000] in a reconnaissance study, with the goal of increasing the accuracy and precision of the isotopic fractionation determination. The method fully described here for the first time, allows the determination of a higher precision Delta Cl-37(Cl)--ClO4- value, either from accumulated chloride content and isotopic composition or from the residual perchlorate content and isotopic composition. The result sets agree perfectly, within error, giving average Delta Cl-37(Cl)--ClO4- = -14.94 +/- 0.15%omicron. Complementary use of chloride and perchlorate data allowed the identification and rejection of poor quality data by applying mass and isotopic balance checks. This precise Delta Cl-37(Cl)--ClO4-, value can serve as a reference point for comparison with future in situ or microcosm studies but we also note its similarity to the theoretical equilibrium isotopic fractionation between a hypothetical chlorine species of redox state +6 and perchlorate at 37 degrees C and suggest that the first electron transfer during perchlorate reduction may occur at isotopic equilibrium between art enzyme-bound chlorine and perchlorate. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Geochemical changes to dredged canal sediments following land spreading: a review.

This paper brings together some of the recent research on trace metals in dredged sediments, and in particular freshwater canal sediments. Following a description of the general UK background, geochemical processes that affect metal release and retention in dredged canal sediments are considered, particularly the role of redox and sulphur on metal associations, and the use of sequential extraction for the derivation of metal associations in sediments. The review outlines the importance of oxidation on metal-mobility and shows that many studies have illustrated the increase in metal-leachability from sediments during oxidation. Suggestions are given for sediment-testing requirements which should include an examination of both anoxic and oxidised sediment as well as ecotoxicology in order to account for changes to metal-speciation after disposal to land.

Fate of prions in soil: Longevity and migration of recPrP in soil columns

Research into transmissible spongiform encephalopathy (TSE) diseases has become a high priority worldwide in recent years yet remarkably little is known about the behaviour of TSE infectivity in the environment. The resilience and stability of prion proteins could lead to soils becoming a potential reservoir of TSE infectivity as a result of contamination from activities such as infected carcass burial or the dispersion of effluents from slaughter houses, or by contamination of pastures by infected animals, (e.g. scrapie in sheep). Knowledge of the fate of prion proteins in soils, and associated physico-chemical conditions which favour migration, can be used to help prevent re-infection of animals through grazing, to protect watercourses and develop good management practices. In two consecutive experiments of 9 and 6 months, the migration of recombinant ovine PrP (recPrP) in soil columns was followed under contrasting levels of microbial activity (normal versus reduced), under varying regimes of soil water content and redox potential, and in two different soil types (loamy sand and clay loam). At each analysis time (1, 3, 6 or 9 months), in both soil types, full-length recPrP was detected in the original contaminated layer, indicating the resilience and stability of recPrP under varied soil conditions, even in the presence of active soil microbial populations. Evidence of protein migration was found in every soil column at the earliest analysis time (1 or 3 months), but was restricted to a maximum distance of 1 cm, indicative of limited initial mobility in soils followed by strong adsorption over the following days to weeks. The survival of recPrP in the soil over a period of at least 9 months was demonstrated. In this study, recPrP was used as an indicator for potential TSE infectivity, although infectivity tests should be carried out before conclusions can be drawn regarding the infection risk posed by prions in soil. However, it has been demonstrated that soil is likely to act as a significant barrier to the dispersion of contaminated material at storage or burial sites. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Iron Uptake and Homeostasis in Microorganisms

Preface. Iron is considered to be a minor element employed, in a variety of forms, by nearly all living organisms. In some cases, it is utilised in large quantities, for instance for the formation of magnetosomes within magnetotactic bacteria or during use of iron as a respiratory donor or acceptor by iron oxidising or reducing bacteria. However, in most cases the role of iron is restricted to its use as a cofactor or prosthetic group assisting the biological activity of many different types of protein. The key metabolic processes that are dependent on iron as a cofactor are numerous; they include respiration, light harvesting, nitrogen fixation, the Krebs cycle, redox stress resistance, amino acid synthesis and oxygen transport. Indeed, it is clear that Life in its current form would be impossible in the absence of iron. One of the main reasons for the reliance of Life upon this metal is the ability of iron to exist in multiple redox states, in particular the relatively stable ferrous (Fe2+) and ferric (Fe3+) forms. The availability of these stable oxidation states allows iron to engage in redox reactions over a wide range of midpoint potentials, depending on the coordination environment, making it an extremely adaptable mediator of electron exchange processes. Iron is also one of the most common elements within the Earth’s crust (5% abundance) and thus is considered to have been readily available when Life evolved on our early, anaerobic planet. However, as oxygen accumulated (the ‘Great oxidation event’) within the atmosphere some 2.4 billion years ago, and as the oceans became less acidic, the iron within primordial oceans was converted from its soluble reduced form to its weakly-soluble oxidised ferric form, which precipitated (~1.8 billion years ago) to form the ‘banded iron formations’ (BIFs) observed today in Precambrian sedimentary rocks around the world. These BIFs provide a geological record marking a transition point away from the ancient anaerobic world towards modern aerobic Earth. They also indicate a period over which the bio-availability of iron shifted from abundance to limitation, a condition that extends to the modern day. Thus, it is considered likely that the vast majority of extant organisms face the common problem of securing sufficient iron from their environment – a problem that Life on Earth has had to cope with for some 2 billion years. This struggle for iron is exemplified by the competition for this metal amongst co-habiting microorganisms who resort to stealing (pirating) each others iron supplies! The reliance of micro-organisms upon iron can be disadvantageous to them, and to our innate immune system it represents a chink in the microbial armour, offering an opportunity that can be exploited to ward off pathogenic invaders. In order to infect body tissues and cause disease, pathogens must secure all their iron from the host. To fight such infections, the host specifically withdraws available iron through the action of various iron depleting processes (e.g. the release of lactoferrin and lipocalin-2) – this represents an important strategy in our defence against disease. However, pathogens are frequently able to deploy iron acquisition systems that target host iron sources such as transferrin, lactoferrin and hemoproteins, and thus counteract the iron-withdrawal approaches of the host. Inactivation of such host-targeting iron-uptake systems often attenuates the pathogenicity of the invading microbe, illustrating the importance of ‘the battle for iron’ in the infection process. The role of iron sequestration systems in facilitating microbial infections has been a major driving force in research aimed at unravelling the complexities of microbial iron transport processes. But also, the intricacy of such systems offers a challenge that stimulates the curiosity. One such challenge is to understand how balanced levels of free iron within the cytosol are achieved in a way that avoids toxicity whilst providing sufficient levels for metabolic purposes – this is a requirement that all organisms have to meet. Although the systems involved in achieving this balance can be highly variable amongst different microorganisms, the overall strategy is common. On a coarse level, the homeostatic control of cellular iron is maintained through strict control of the uptake, storage and utilisation of available iron, and is co-ordinated by integrated iron-regulatory networks. However, much yet remains to be discovered concerning the fine details of these different iron regulatory processes. As already indicated, perhaps the most difficult task in maintaining iron homeostasis is simply the procurement of sufficient iron from external sources. The importance of this problem is demonstrated by the plethora of distinct iron transporters often found within a single bacterium, each targeting different forms (complex or redox state) of iron or a different environmental condition. Thus, microbes devote considerable cellular resource to securing iron from their surroundings, reflecting how successful acquisition of iron can be crucial in the competition for survival. The aim of this book is provide the reader with an overview of iron transport processes within a range of microorganisms and to provide an indication of how microbial iron levels are controlled. This aim is promoted through the inclusion of expert reviews on several well studied examples that illustrate the current state of play concerning our comprehension of how iron is translocated into the bacterial (or fungal) cell and how iron homeostasis is controlled within microbes. The first two chapters (1-2) consider the general properties of microbial iron-chelating compounds (known as ‘siderophores’), and the mechanisms used by bacteria to acquire haem and utilise it as an iron source. The following twelve chapters (3-14) focus on specific types of microorganism that are of key interest, covering both an array of pathogens for humans, animals and plants (e.g. species of Bordetella, Shigella, , Erwinia, Vibrio, Aeromonas, Francisella, Campylobacter and Staphylococci, and EHEC) as well as a number of prominent non-pathogens (e.g. the rhizobia, E. coli K-12, Bacteroides spp., cyanobacteria, Bacillus spp. and yeasts). The chapters relay the common themes in microbial iron uptake approaches (e.g. the use of siderophores, TonB-dependent transporters, and ABC transport systems), but also highlight many distinctions (such as use of different types iron regulator and the impact of the presence/absence of a cell wall) in the strategies employed. We hope that those both within and outside the field will find this book useful, stimulating and interesting. We intend that it will provide a source for reference that will assist relevant researchers and provide an entry point for those initiating their studies within this subject. Finally, it is important that we acknowledge and thank wholeheartedly the many contributors who have provided the 14 excellent chapters from which this book is composed. Without their considerable efforts, this book, and the understanding that it relays, would not have been possible. Simon C Andrews and Pierre Cornelis

Microwave activation of the electro-oxidation of glucose in alkaline media

The oxidation of glucose is a complex process usually requiring catalytically active electrode surfaces or enzyme modified electrodes. In this study the effect of high intensity microwave radiation on the oxidation of glucose in alkaline solution at Au, Cu, and Ni electrodes is reported. Calibration experiments with the Fe(CN)(6)(3-/4-) redox system in aqueous 0.1 M NaOH indicate that strong thermal effects occur at both 50 and 500 mu m diameter electrodes with temperatures reaching 380 K. Extreme mass transport effects with mass transport coefficients of k(mt) > 0.01 m s(-1) (or k(mt) > 1.0 cm s(-1)) are observed at 50 mu m diameter electrodes in the presence of microwaves. The electrocatalytic oxidation of glucose at 500 mu m diameter Au, Cu, or Ni electrodes immersed in 0.1 M NaOH and in the presence of microwave radiation is shown to be dominated by kinetic control. The magnitude of glucose oxidation currents at Cu electrodes is shown to depend on the thickness of a pre-formed oxide layer. At 50 mu m diameter Au, Cu, or Ni electrodes microwave enhanced current densities are generally higher, but only at Au electrodes is a significantly increased rate for the electrocatalytic oxidation of glucose to gluconolactone observed. This rate enhancement appears to be independent of temperature but microwave intensity dependent, and therefore non-thermal in nature. Voltammetric currents observed at Ni electrodes in the presence of microwaves show the best correlation with glucose concentration and are therefore analytically most useful.

Electrochemical determination of plant-derived leuco-indigo after chemical reduction by glucose

Electrochemical determination of redox active dye species is demonstrated in indigo samples contaminated with high levels of organic and inorganic impurities. The use of a hydrodynamic electrode system based on a vibrating probe (250 Hz, 200 mu m lateral amplitude) allows time-independent diffusion controlled signals to be enhanced and reliable concentration data to be obtained under steady state conditions at relatively fast scan rates up to 4 V s-1In this work the indigo content of a complex plant-derived indigo sample (dye content typically 30%) is determined after indigo is reduced by addition of glucose in aqueous 0.2 M NaOH. The soluble leuco-indigo is measured by its oxidation response at a vibrating electrode. The vibrating electrode, which consisted of a laterally vibrating 500 mu m diameter gold disc, is calibrated with Fe(CN)(6) 3-/4- in 0.1 M KCl and employed for indigo determination at 55, 65, and 75 C in 0.2 M NaOH. Determinations of the indigo content of 25 different samples of plant-derived indigo are compared with those obtained by conventional spectrophotometry. This comparison suggests a significant improvement by the electrochemical method, which appears to be less sensitive to impurities.

Electrochemical and sonoelectrochemical monitoring of indigo reduction by glucose

The reduction of indigo (dispersed in water) to leuco-indigo (dissolved in water) is an important industrial process and investigated here for the case of glucose as an environmentally benign reducing agent. In order to quantitatively follow the formation of leuco-indigo two approaches based on (i) rotating disk voltammetry and (ii) sonovoltammetry are developed. Leuco-indigo, once formed in alkaline solution, is readily monitored at a glassy carbon electrode in the mass transport limit employing hydrodynamic voltammetry. The presence of power ultrasound further improves the leuco-indigo determination due to additional agitation and homogenization effects. While inactive at room temperature, glucose readily reduces indigo in alkaline media at 65 degrees C. In the presence of excess glucose, a surface dissolution kinetics limited process is proposed following the rate law d eta(leuco-indigo)/dt = k x c(OH-) x S-indigo where eta(leuco-indigo) is the amount of leuco-indigo formed, k = 4.1 x 10(-9) m s(-1) (at 65 degrees C, assuming spherical particles of I gm diameter) is the heterogeneous dissolution rate constant,c(OH-) is the concentration of hydroxide, and Sindigo is the reactive surface area. The activation energy for this process in aqueous 0.2 M NaOH is E-A = 64 U mol(-1) consistent with a considerable temperature effects. The redox mediator 1,8-dihydroxyanthraquinone is shown to significantly enhance the reaction rate by catalysing the electron transfer between glucose and solid indigo particles. (c) 2006 Elsevier Ltd. All fights reserved.

Extracellular disulfide exchange and the regulation of cellular function

An emerging concept is that disulfide bonds can act as a dynamic scaffold to present mature proteins in different conformational and functional states on the cell surface. Two examples are the conversion of the receptor, integrin a alpha(IIb)beta(3), from a low affinity to a high affinity state, and the interaction of CD4 receptor with the HIV-1 envelope glycoprotein gp120 to promote virus-cell fusion. In both of these cases there is a remodeling of the protein disulfide bonding pattern. The formation and rearrangement of disulfide bonds is modulated by a family of enzymes known as the thiol isomerases, which include protein disulfide isomerase (PDI), ERp5, ERp57, and ERp72. While these enzymes were reported originally to be restricted in location to the endoplasmic reticulum, in some cells thiol isomerases are found on the cell surface. This may indicate a wider role for these enzymes in cell function. In platelets it has been shown that reagents that react with cell surface sulfhydryl groups are capable of blocking a number of functional responses, including integrin-mediated aggregation, adhesion, and granule secretion. Furthermore, the use of function blocking antibodies to either PDI or ERp5 causes inhibition of these functional responses. This review summarizes current knowledge of the extracellular regulation of disulfide exchange and the implications of this in the regulation of cell function.

A rotating disc voltammetry study of the 1,8-dihydroxyanthraquinone mediated reduction of colloidal indigo

Colloidal indigo is reduced to an aqueous solution of leuco-indigo in a mediated two-electron process converting the water-insoluble dye into the water-soluble leuco form. The colloidal dye does not interact directly with the electrode surface, and to employ an electrochemical process for this reduction, the redox mediator 1,8-dihydroxyanthraquinone (1,8-DHAQ) is used to transfer electrons from the electrode to the dye. The mediated reduction process is investigated at a (500-kHz ultrasound-assisted) rotating disc electrode, and the quantitative analysis of voltammetric data is attempted employing the Digisim numerical simulation software package. At the most effective temperature, 353 K, the diffusion coefficient for 1,8-DHAQ is (0.84 +/- 0.08)x10(-9) m(2) s(-1), and it is shown that an apparently kinetically controlled reaction between the reduced form of the mediator and the colloidal indigo occurs within the diffusion layer at the electrode surface. The apparent bimolecular rate constant k (app)=3 mol m(-3) s(-1) for the rate law d[leuco-indigo]/dt = k(app) x [mediator] x [indigo] is determined and attributed to a mediator diffusion controlled dissolution of the colloid particles. The average particle size and the number of molecules per particles are estimated from the apparent bimolecular rate constant and confirmed by scanning electron microscopy.

Microwave activation of the electro-oxidation of glucose in alkaline media

The oxidation of glucose is a complex process usually requiring catalytically active electrode surfaces or enzyme-modified electrodes. In this study the effect of high intensity microwave radiation on the oxidation of glucose in alkaline solution at Au, Cu, and Ni electrodes is reported. Calibration experiments with the Fe(CN)63–/4– redox system in aqueous 0.1 M NaOH indicate that strong thermal effects occur at both 50 and 500 µm diameter electrodes with temperatures reaching 380 K. Extreme mass transport effects with mass transport coefficients of kmt > 0.01 m s–1(or kmt > 1.0 cm s–1) are observed at 50 µm diameter electrodes in the presence of microwaves. The electrocatalytic oxidation of glucose at 500 µm diameter Au, Cu, or Ni electrodes immersed in 0.1 M NaOH and in the presence of microwave radiation is shown to be dominated by kinetic control. The magnitude of glucose oxidation currents at Cu electrodes is shown to depend on the thickness of a pre-formed oxide layer. At 50 µm diameter Au, Cu, or Ni electrodes microwave enhanced current densities are generally higher, but only at Au electrodes is a significantly increased rate for the electrocatalytic oxidation of glucose to gluconolactone observed. This rate enhancement appears to be independent of temperature but microwave intensity dependent, and therefore non-thermal in nature. Voltammetric currents observed at Ni electrodes in the presence of microwaves show the best correlation with glucose concentration and are therefore analytically most useful.