Synthese und Charakterisierung neuer symmetrischer und unsymmetrischer Spiro-p-oligophenyle

In der vorliegenden Arbeit wurden neue symmetrische Spiro-p-oligophenyle der allgemeinen Form Spiro-o-Φ[n,n] mit der Gesamtkettenlänge o=2n+2 Phenylringen (o > 10) und der Zahl n der Phenylringe in den p-Oligophenylsubstituenten am Spirobifluorenkern, dargestellt. Neben den symmetrischen Verbindungen wurden erstmals auch unsymmetrische Spiro-p-oligophenyle der allgemeinen Form Spiro-o-Φ[n,m] mit o=n+m+2 (o = 3-7) und n ≠ m synthetisiert. Aufgrund der sehr geringen Löslichkeit der größeren Verbindungen wurden löslichkeitssteigernde Substituenten an den endständigen Phenylringen angebracht. Bei den Verbindungen, die mit Trimethylsilyl-Gruppen (TMS-) in den endständigen meta-Positionen „3“ und „5“ substituiert wurden, konnte die Löslichkeit um mehrere Größenordnungen gesteigert werden, sodass die Darstellung der symmetrischen Verbindungen bis zu einer Kettenlänge von 16 Phenylringen möglich wurde. Nach erfolgreicher Synthese und Aufreinigung wurden die TMS-Gruppen wieder entfernt und die erhaltenen, unsubstituierten Verbindungen charakterisiert. Zusätzlich wurden auch die TMS-Derivate untersucht. Zur Charakterisierung zählten neben der Reinheits- und Strukturanalytik unter anderem auch spektroskopische (UV/Vis-Absorption, Fluoreszenz, Fluoreszenzquantenausbeute), elektrochemische (Cyclovoltammetrie) und thermische (Thermogravimetrie, Dynamische Differenzkalorimetrie) Untersuchungen. Hier wurde unter anderem der Einfluss der Kettenlänge und der Position der Spiroverknüpfung auf isomere Verbindungen gleicher Kettenlänge untersucht. Bei den spektroskopischen Messungen konnte eine Konvergenz der längstwelligen Absorptionsbanden, bzw. kürzestwelligen Fluoreszenzbanden mit zunehmender Kettenlänge beobachtet werden. Die effektive Konjugationslänge konnte so aus experimentellen Daten bestimmt werden zu 12 Phenylringen in der Absorption und 14 Phenylringen in der Fluoreszenz. Bei den Isomeren gleicher Kettenlänge zeigte sich in der Absorption eine hypsochrome Verschiebung der Absorptionsmaxima mit zunehmender Verschiebung der Spiroverknüpfung zum Kettenende hin, während die Position der Spiroverknüpfung keinen messbaren Einfluss auf die Verschiebung der Fluoreszenzbanden hatte. Die Substitution mit TMS in den meta-Positionen zeigte keinen messbaren Einfluss auf die Absorptions- bzw. Fluoreszenzbanden. Die elektrochemischen Untersuchungen zeigten mit zunehmender Kettenlänge eine erleichterte Oxidation und Reduktion, während bei Isomeren gleicher Kettenlänge die Oxidation mit Verschiebung der Spiroverknüpfung zum Kettenende hin erschwert und die Reduktion erleichtert war. Die thermogravimetrischen Analysen (TGA) zeigten eine außerordentlich hohe thermische Stabilität (5% Massenabnahme unter Schutzgas) der Spiro-p-oligophenyle von Td,5% = 474°C bei Spiro-5Φ[1,2] bis 570°C bei Spiro 8Φ[3,3]. Ebenso blieben hohe Rückstandsmassen unter Schutzgas bei 850°C zurück, wie das Beispiel Spiro 8Φ[3,3] mit 68% zeigt. Die Verbindungen zeigten hohe Schmelzpunkte (max. 496°C bei Spiro-6Φ[0,4]) und Glasübergangstemperaturen (max. 434°C bei p-TMS-Spiro-8Φ[3,3]). Viele der Verbindungen, besonders die in den meta-Positionen TMS-substituierten Verbindungen, bildeten stabile amorphe Gläser.

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

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

Defects in Self Assembled Colloidal Crystals

Colloidal self assembly is an efficient method for making 3-D ordered nanostructures suitable for materials such as photonic crystals and macroscopic solids for catalysis and sensor applications. Colloidal crystals grown by convective methods exhibit defects on two different scales. Macro defects such as cracks and void bands originate from the dynamics of meniscus motion during colloidal crystal growth while micro defects like vacancies, dislocation and stacking faults are indigenous to the colloidal crystalline structure. This paper analyses the crystallography and energetics of the microscopic defects from the point of view of classical thermodynamics and discusses the strategy for the control of the macroscopic defects through optimization of the liquid-vapor interface.

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

GDASH: a grid-enabled program for structure solution from powder diffraction data

The simulated annealing approach to structure solution from powder diffraction data, as implemented in the DASH program, is easily amenable to parallelization at the individual run level. Very large scale increases in speed of execution can therefore be achieved by distributing individual DASH runs over a network of computers. The GDASH program achieves this by packaging DASH in a form that enables it to run under the Univa UD Grid MP system, which harnesses networks of existing computing resources to perform calculations.

MDASH: a multi-core-enabled program for structure solution from powder diffraction data

The simulated annealing approach to structure solution from powder diffraction data, as implemented in the DASH program, is easily amenable to parallelization at the individual run level. Modest increases in speed of execution can therefore be achieved by executing individual DASH runs on the individual cores of CPUs.

Temperature- and Pressure-induced Proton Transfer in the 1:1 Adduct Formed between Squaric Acid and 4,4 '-Bipyridine

We have applied a combination of spectroscopic and diffraction methods to study the adduct formed between squaric acid and bypridine, which has been postulated to exhibit proton transfer associated with a single-crystal to single-crystal phase transition at ca. 450 K. A combination of X-ray single-crystal and very-high flux powder neutron diffraction data confirmed that a proton does transfer from the acid to the base in the high-temperature form. Powder X-ray diffraction measurements demonstrated that the transition was reversible but that a significant kinetic energy barrier must be overcome to revert to the original structure. Computational modeling is consistent with these results. Modeling also revealed that, while the proton transfer event would be strongly discouraged in the gas phase, it occurs in the solid state due to the increase in charge state of the molecular ions and their arrangement inside the lattice. The color change is attributed to a narrowing of the squaric acid to bipyridine charge-transfer energy gap. Finally, evidence for the possible existence of two further phases at high pressure is also presented.

Characterisation of amorphous and nanocrystalline molecular materials by total scattering

The use of high-energy X-ray total scattering coupled with pair distribution function analysis produces unique structural fingerprints from amorphous and nanostructured phases of the pharmaceuticals carbamazepine and indomethacin. The advantages of such facility-based experiments over laboratory-based ones are discussed and the technique is illustrated with the characterisation of a melt-quenched sample of carbamazepine as a nanocrystalline (4.5 nm domain diameter) version of form III.

Energy separation of neutrons scattered at small angles from silicon using time-of-flight techniques

The time-of-flight technique is used on a small-angle neutron scattering instrument to separate the energies of the scattered neutrons, in order to determine the origin of the temperature-dependent scattering observed from silicon at Q > similar to 0.1 angstrom(-1). A quantitative analysis of the results in comparison with the phonon dispersion curves, determined by Dolling using a triple-axis neutron spectrometer, shows that the temperature-dependent scattering can be understood in terms of Umklapp processes whereby neutrons gain energy from phonons.

A benchmark method for global optimization problems in structure determination from powder diffraction data

Quasi-Newton-Raphson minimization and conjugate gradient minimization have been used to solve the crystal structures of famotidine form B and capsaicin from X-ray powder diffraction data and characterize the chi(2) agreement surfaces. One million quasi-Newton-Raphson minimizations found the famotidine global minimum with a frequency of ca 1 in 5000 and the capsaicin global minimum with a frequency of ca 1 in 10 000. These results, which are corroborated by conjugate gradient minimization, demonstrate the existence of numerous pathways from some of the highest points on these chi(2) agreement surfaces to the respective global minima, which are passable using only downhill moves. This important observation has significant ramifications for the development of improved structure determination algorithms.

Purification and electron cryomicroscopy of coronavirus particles

Intact, enveloped coronavirus particles vary widely in size and contour, and are thus refractory to study by traditional structural means such as X-ray crystallography. Electron microscopy (EM) overcomes some problems associated with particle variability and has been an important tool for investigating coronavirus ultrastructure. However, EM sample preparation requires that the specimen be dried onto a carbon support film before imaging, collapsing internal particle structure in the case of coronaviruses. Moreover, conventional EM achieves image contrast by immersing the specimen briefly in heavy-metal-containing stain, which reveals some features while obscuring others. Electron cryomicroscopy (cryo-EM) instead employs a porous support film, to which the specimen is adsorbed and flash-frozen. Specimens preserved in vitreous ice over holes in the support film can then be imaged without additional staining. Cryo-EM, coupled with single-particle image analysis techniques, makes it possible to examine the size, structure and arrangement of coronavirus structural components in fully hydrated, native virions. Two virus purification procedures are described.

Eukaryotic expression: developments for structural proteomics

The production of sufficient quantities of protein is an essential prelude to a structure determination, but for many viral and human proteins this cannot be achieved using prokaryotic expression systems. Groups in the Structural Proteomics In Europe ( SPINE) consortium have developed and implemented high- throughput ( HTP) methodologies for cloning, expression screening and protein production in eukaryotic systems. Studies focused on three systems: yeast ( Pichia pastoris and Saccharomyces cerevisiae), baculovirusinfected insect cells and transient expression in mammalian cells. Suitable vectors for HTP cloning are described and results from their use in expression screening and protein-production pipelines are reported. Strategies for coexpression, selenomethionine labelling ( in all three eukaryotic systems) and control of glycosylation ( for secreted proteins in mammalian cells) are assessed.

Structure of the snake-venom toxin convulxin

Snake venoms contain a number of proteins that interact with components of the haemostatic system that promote or inhibit events leading to blood- clot formation. The snake- venom protein convulxin ( Cvx) binds glycoprotein ( GP) VI, the platelet receptor for collagen, and triggers signal transduction. Here, the 2.7 Angstrom resolution crystal structure of Cvx is presented. In common with other members of this snake-venom protein family, Cvx is an alphabeta- heterodimer and conforms to the C- type lectin- fold topology. Comparison with other family members allows a set of Cvx residues that form a concave surface to be putatively implicated in GPVI binding. Unlike other family members, with the exception of flavocetin- A ( FL- A), Cvx forms an (alphabeta)(4) tetramer. This oligomeric structure is consistent with Cvx clustering GPVI molecules on the surface of platelets and as a result promoting signal transduction activity. The Cvx structure and the location of the putative binding sites suggest a model for this multimeric signalling assembly.

Synthesis and crystal structure of the thiophene-3-acetonitrile complex fac-[Mo(CO)(3){NCCH2(C4H3S-3)}(3)]

Reaction of fac-[ Mo( CO)(3)( NCMe)(3)] with three equivalents of NCCH2(C4H3S- 3) in acetonitrile gives the tris(thiophene- 3- acetonitrile) complex, fac-[Mo(CO)(3){NCCH2(C4H3S-3)}(3)] (1) in 7% yield. Complex 1 crystallizes out in the orthorhombic space group Pnma with a = 12.714( 17), b = 16.41( 2), c = 11.304(16) Angstrom, Z = 4. The structure has crystallographic m symmetry and the metal is in an almost perfect octahedral environment, with a facial arrangement of carbonyl and thiophene- 3- acetonitrile groups. The thiophene rings are disordered.