Mesoporous mixed Nb2O5-ZrO2 catalysts for dehydration of glucose into 5-hydroxymethylfurfural

Biomass is the world’s most important renewable carbon source, whose major component, carbohydrates, can be valorized by transformation into biofuels and high value-added chemicals. Among the latter, 5-hydroxymethylfurfural (HMF), obtained by C6 carbohydrates dehydration, is a versatile and key intermediate for the production of a large spectrum of biobased chemicals. Different catalytic systems have been evaluated for HMF production, mostly based on heterogeneous catalysis as alternative to the use of conventional mineral acids [1]. Moreover, niobium oxide has shown interesting properties as acid catalyst for dehydration of sugars [2-3]. On the other hand, the high surface area and large pore size of mesoporous solids make them suitable for many catalytic processes. In the present work, the dehydration of glucose to HMF has been evaluated by using different mesoporous mixed Nb2O5-ZrO2 in a biphasic water–Methyl Isobutyl Ketone (MIBK) solvent system to avoid the HMF degradation. Different experimental parameters, such as reaction temperature and time, as well as the addition of CaCl2 have been studied in order to maximize the HMF yield.N2 adsorption-desorption isotherms have corroborated the mesostructured character of catalysts, being all isotherms of Type IV according to the IUPAC classification. BET surface area decreases for catalysts with higher Zr content (Table 1). Likewise, pore volume and average pore diameter values diminish after Zr incorporation. Concerning the acid properties, a clear correlation between Nb and acidity can be observed, in such a way that total acidity, as deduced from NH3-TPD, decreases when the Zr content rises, and consequently the amount of Nb is reduced.These mesoporous Nb-Zr catalysts have been tested in the dehydration of glucose to HMF at 175 ºC under batch operation in aqueous solution, using MIBK as co-solvent. It can be observed that both glucose conversion and HMF yield increase with the Nb content, being maximum (90% and 36%, respectively) after 90 minutes for Nb2O5. This trend changes when CaCl2 is added to the reaction medium, improving the catalytic performance of mixed oxides and ZrO2, but Nb2O5 maintains similar results than without salt addition. This could be justified by the interaction between CaCl2 and Lewis acid sites, since zirconium oxide possesses a higher amount of this acid sites type.

Dithienopyrrole-based materials: development of new polymeric derivatives

The possibility to control molar mass and termination of the growing chain is fundamental to create well-defined, reproducible materials. For this reason, in order to apply polydithienopyrrole (PDTP) as organic conjugated polymer, the possibility of controlled polymerization needs to be verified. Another aspect that is still not completely explored is bound to the optical activity of the PDTP, which bearing appropriate substituents may adopt a helical conformation. The configuration of the helix, built up from achiral co-monomers, can be established in an enantiopure way by using only a small percentage of the chiral monomer co-polymerized with achiral co-monomer. The effect, called “sergeants and soldiers effect”, is expressed by the nonlinear increase of the chiral response vs the ratio of the chiral co-monomer used for the polymerization. To date, this effect is still not completely explored for PDTP. In this framework the project will investigate, firstly, the possibility to obtain a controlled polymerization of PDTP. Then, monomers with different side chains and organometallic functions will be screened for a CTCP-type polymerization. Also a Lewis-acid based cationic polymerization will be performed. Moreover the chemical derivatization of dithienopyrrole DTP is explored: the research is going to concern also block copolymers, built up by DTP and monomers of different nature. The research will be extended also to the investigation of optically active derivates of PDTP, using a chiral monomer for the synthesis. The possibility to develop a supramolecular distribution of the polymeric chains, together with the “sergeants and soldiers effect” will be checked investigating a series of polymers with increasing amounts of chiral monomer.

Single amino acid substitutions in alpha-conotoxin PnIA shift selectivity for subtypes of the mammalian neuronal nicotinic acetylcholine receptor

The alpha-conotoxins, a class of nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) antagonists, are emerging as important probes of the role played by different nAChR subtypes in cell function and communication, In this study, the native alpha-conotoxins PnIA and PnIB were found to cause concentration-dependent inhibition of the ACh-induced current in all rat parasympathetic neurons examined, with IC50 values of 14 and 33 nM, and a maximal reduction in current amplitude of 87% and 71%, respectively. The modified alpha-conotoxin [N11S]PnIA reduced the ACh-induced current with an IC50 value of 375 nM and a maximally effective concentration caused 91% block, [A10L]PnIA was the most potent inhibitor, reducing the ACh-induced current in similar to 80% of neurons, with an IC50 value of 1.4 nM and 46% maximal block of the total current, The residual current was not inhibited further by alpha-bungarotoxin, but was further reduced by the cu-conotoxins PnIA or PnIB, and by mecamylamine. H-1 NMR studies indicate that PnIA, PnIB, and the analogues, [A10L]PnIA and [N11S]PnIA, have identical backbone structures. We propose that positions 10 and II of PnIA and PnIB influence potency and determine selectivity among alpha 7 and other nAChR subtypes, including alpha 3 beta 2 and alpha 3 beta 4, Four distinct components of the nicotinic ACh-induced current in mammalian parasympathetic neurons have been dissected with these conopeptides.

Encephalitogenicity of murine, but not bovine, DM20 in SJL mice is due to a single amino acid difference in the immunodominant encephalitogenic epitope

Myelin proteolipid protein (PLP) contains 2 immunodominant encephalitogenic epitopes in SJL mice, namely PLP residues 139-151 and 178-191. DM20, a minor isoform of PLP, lacks residues 116-150 and consequently contains only the single major encephalitogenic epitope 178-191. However, it has been found previously that bovine DM20 is not encephalitogenic in SJL mice. Since residue 188 within peptide 178-191 is phenylalanine (F) in murine DM20 and alanine (A) in bovine DM20, we tested the effect of this difference on the immune responses and induction of EAE. SJL mice were immunized with either highly purified murine or bovine DM20. Residues 178-191 were found to be immunodominant for each, but only murine and not bovine DM20 was encephalitogenic. A synthetic peptide corresponding to the murine 178-191 sequence (F188) was also encephalitogenic, whereas the peptide corresponding to the bovine sequence (A188) was not. Both F188 and A188 bind with high affinity to I-A(s) and both are recognized by the SJL T cell repertoire. A188-specific T cell lines reacted to both A188 and F188, but F188-specific T cell lines were not stimulated by A188. F188-specific T cell lines produced mRNA for the Th1 cytokines IL2 and IFN gamma and, in passive transfer experiments, were encephalitogenic upon stimulation with F188, but not A188. In contrast, A188-specific T cell lines produced mRNA for IL4, IL5 and IL10, in addition to IL2 and IFN gamma, and were not encephalitogenic after stimulation with either F188 or A188. Cotransfer of A188-specific T cell lines with F188-specific T cell lines resulted in protection from EAE. Thus, A188 induces a functionally different phenotype of T cells from that induced by F188. Taken together these data suggest that the failure of bovine DM20 to induce EAE may be attributable to induction of protective rather than pathogenic T cells by the immunodominant epitope.

The synthesis and structure of an n-terminal dodecanoic acid conjugate of a-conotoxin MII

The alpha-conotoxin MII is a 16 amino acid long peptide toxin isolated from the marine snail, Conus magus. This toxin has been found to be a highly selective and potent inhibitor of neuronal nicotinic acetylcholine receptors of the subtype alpha3beta2. To improve the bioavailability of this peptide, we have coupled to the N-terminus of conotoxin MII, 2-amino-D,L-dodecanoic acid (Laa) creating a lipidic linear peptide which was then successfully oxidised to produce the correctly folded conotoxin MII construct.

Fatty acid binding protein is a major determinant of hepatic pharmacokinetics of palmitate and its metabolites

Disposition kinetics of [H-3] palmitate and its low-molecular-weight metabolites in perfused rat livers were studied using the multiple-indicator dilution technique, a selective assay for [H-3] palmitate and its low-molecular-weight metabolites, and several physiologically based pharmacokinetic models. The level of liver fatty acid binding protein (L-FABP), other intrahepatic binding proteins (microsomal protein, albumin, and glutathione S-transferase) and the outflow profiles of [H-3] palmitate and metabolites were measured in four experimentalgroups of rats: 1) males; 2) clofibrate-treated males; 3) females; and 4) pregnant females. A slow-diffusion/bound model was found to better describe the hepatic disposition of unchanged [H-3] palmitate than other pharmacokinetic models. The L-FABP levels followed the order: pregnant female > clofibrate-treated male > female > male. Levels of other intrahepatic proteins did not differ significantly. The hepatic extraction ratio and mean transit time for unchanged palmitate, as well as the production of low-molecular-weight metabolites of palmitate and their retention in the liver, increased with increasing L-FABP levels. Palmitate metabolic clearance, permeability-surface area product, retention of palmitate by the liver, and cytoplasmic diffusion constant for unchanged [H-3] palmitate also increased with increasing L-FABP levels. It is concluded that the variability in hepatic pharmacokinetics of unchanged [H-3] palmitate and its low-molecular-weight metabolites in perfused rat livers is related to levels of L-FABP and not those of other intrahepatic proteins.

Lewis acidity of rare earth exchanged zeolites

The Lewis acidity of yttrium and dysprosium exchanged zeolite Y and ZSM-5 has been determined by titration method using Hammett indicators. The acidity of the Y form increases with increase in concentration of the rare earth cation in the Y zeolite. It is independent of the amount of the rare earth ion for ZSM-5. The data have been correlated with the activity of these zeolites for the esterification of butanol using acetic acid.

Proteolysis of milk heated at high temperatures by native enzymes analysed by trinitrobenzene sulphonic acid (TNBS) method

Native enzymes play a significant role in proteolysis of milk during storage. This is significant for heat resistant native enzymes. Plasmin is one of the most heat resistant enzymes found in milk. It has been reported to survive several heat treatments, causing spoilage during storage. The aim of this study was to assess susceptibility of high temperature heated milk to proteolysis by native enzymes. The trinitrobenzene sulphonic acid (TNBS) method was used for this purpose. Raw milk was heated at 110, 120, 130,142°C for 2 s and 85°C for 15 s and milk processed at low temperature (85°C /15s) was selected to mimic pasteurisation. TNBS method confirmed that raw milk and milk processed at 85°C /15s were the most proteolysed, whereas treatment of milk at high temperatures (110, 120, 130 and 142°C for 2 s) inactivated the native enzymes. It may thus be concluded that high temperature processing positively affects proteolysis by lowering its susceptibility to spoilage during storage.

Selectivity of the cyclic carbonate formation by fixation of carbon dioxide into epoxides catalyzed by Lewis bases

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

Migratory route of Strongyloides venezuelensis in Lewis rats: Comparison of histological analyses and PCR

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

Caracterização biométrica e superação de dormência em sementes de Chloroleucon foliolosum (Benth.) G. P. Lewis

The objectives of this work were performing the biometric characterization of seed Chloroleucon foliosolum (Benth) G. P. (Lewis) from the municipality Ituaçu - BA, and analyze methods of scarification and temperature on germination. The seeds were characterized according to measurements of length, width and thickness, weight of thousand seeds, and water content. Were employed methods of scarification with sandpaper and sulfuric acid for 15 and 30 minutes, and not scarified seeds, combined with germination temperatures of 20, 25, 30 and 35 °C. Percentage and germination speed index, and percentage of primary root protrusion, abnormal seedlings, hard seeds and dead seeds were evaluated. The means of length, width and thickness was 6.03, 4.30 and 3.47 mm, respectively. The weight of a thousand seeds was 67.3 g with water content of 6.1%. Whereas the percentage germination with normal seedling, the method of scarification with sulfuric acid for 15 or 30 minutes combined to germination temperatures of 25 or 30 °C were effective in overcoming dormancy of Chloroleucon foliolosum.

Glycopeptidliganden von Zelladhäsionsrezeptoren mit sulfatierter Arabino-Lewis a-Struktur

Selektine sind eine Gruppe von Transmembranglycoproteinen, welche als Adhäsionsmoleküle innerhalb des vaskulären Systems Zelladhäsionsprozesse zwischen Leukozyten und Endothelzellen vermitteln. Das Sialyl-Lewisa Epitop und verwandte Kohlenhydratstrukturen wurden als Liganden der E- und P-Selektine identifiziert. Durch die chemische Synthese verwandter Strukturen verspricht man sich, die im Laufe inflammatorischer Prozesse exprimierten Rezeptoren gezielt blockieren zu können und dadurch pathologische Abläufe wie hämatogene Metastasierungen oder Abstoßungsreaktionen zu bekämpfen. Einige Bereiche der Aminosäuresequenz des E-Selektin-Ligand-1 (ESL-1) treten hochkonservativ auch in anderen Selektinliganden wie MG160 oder PSGL-1 auf und wurden deshalb für die N-Glycosylierung mit einem sulfatierten Oligosaccharid ausgewählt (11). -Val665-Glu-Cys-Arg-Asp-Ile-Val-Gly-Asn(Sulfo-Lea)-Leu-Tyr-Glu-Leu-Glu-Ser-Glu-Asp-Ile682- 11 Im ersten Teil der Arbeit wurde eine Strategie ausgearbeitet, das sulfatierte Trisaccharid 60 im Multigrammaßstab zu synthetisieren. Der endogene Ligand 2 wurde an drei Positionen modifiziert: Austausch der α-L-Fucose gegen die biologisch stabilere α-D-Arabinose, Einführung einer Sulfatgruppe anstelle der N-Acetylneuraminsäure sowie Übergang von O- zu N-glykosidischer Verknüpfung. Die hochregioselektive Einführung der Sulfatgruppe gelingt in sehr guten Ausbeuten durch Vorkomplexierung mit Dibutylzinnoxid und anschließende Umsetzung mit Schwefeltrioxid/Trimethylamin. Durch die Verwendung des anomeren Azids als permanente Schutzgruppe kann das Trisaccharid nach schonender Reduktion zum Amin an ein Asparaginsäurederivat angekuppelt und in einer linearen Synthese nach Fmoc-Strategie als N-Glycosylaminosäure in die Synthese eingebracht werden. Das in der Arbeitsgruppe Kunz entwickelte PTMSEL-Ankersystem 20a erlaubt sowohl die problemlose Synthese als auch die Abspaltung vom polymeren Träger unter sehr milden Bedingungen. Nach dem Entfernen der Benzylester und -ether durch Pd(0) – katalysierte Hydrierung können sulfatierte Glycopeptidsequenzen des Typs 11 über NMR-Spektroskopie (korrelierte Spektren) und Massenspektroskopie (ESI, MALDI) identifiziert werden.

Synthese von Sialyl-Lewis X -Glycopeptiden und -Mimetika als Zelladhäsionsinhibitoren für E-Selektin

Die Selektine initiieren im Verlauf von Entzündungsprozessen einen ersten Zellkontakt zwischen Leukozyten und Endothelzellen und ermöglichen so die Auswanderung der Leukozyten aus den Blutgefäßen in das umliegende Gewebe, wo sie ihre immunologische Wirkung entfalten können. Viele Krankheiten gehen allerdings mit einer übermäßigen, durch Selektine vermittelten Zelladhäsion einher. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, Selektininhibitoren zu synthetisieren, die pathologische Zelladhäsionsprozesse, wie man sie z.B. bei rheumatoider Arthritis, bei Erkrankungen der Herzkranzgefäße oder im Verlauf von Tumormetastasierungen findet, unterbinden können. Als Leitstruktur für solche Inhibitoren dient das auf den natürlichen Selektinliganden vorkommende Tetrasaccharid Sialyl-Lewis-X. Sialyl-Lewis-X stellt aber nur einen Teil der natürlichen Selektinliganden dar. Es bindet auch nur im millimolaren Bereich an die Selektine. Die komplexen natürlichen Selektinliganden wie z.B. ESL-1 (E-Selektin-Ligand-1), die an verschiedenen Glycosylierungs-stellen des Glycoproteins Sialyl-Lewis-X präsentieren, binden mit deutlich höherer Affinität an die Selektine. Für eine spezifische Rezeptorbindung sind daher außer dem Tetrasaccharid weitere Partialstrukturen verantwortlich, wobei gezeigt werden konnte, dass ein Anknüpfen von Sialyl-Lewis-X-Derivaten an die Partialsequenz 672-681 des ESL-1 eine Affinitätssteigerung hervorruft. Ein weiterer Nachteil des natürlichen Sialyl-Lewis-X-Tetrasaccharids im Hinblick auf seine pharmakologische Verwendung besteht darin, dass sowohl die fucosidische Bindung als auch die glycosidische Verknüpfung zur Neuraminsäure durch Enzyme leicht gespalten werden, wodurch Sialyl-Lewis-X als potenzielles Anti-Adäsionsmolekül an Wert verliert. Um die Kohlenydratliganden vor einem solchen enzymatischen Abbau zu bewahren, wurden in dieser Arbeit neben der im Sialyl-Lewis-X vorliegenden L-Fucose die im Menschen nicht vorkommenden Kohlenhydrate D-Arabinose und L-Galactose sowie neben der Neuraminsäure die (S)-Cyclohexylmilchsäure zur Herstellung der sechs Glycopeptid-Selektinliganden 1-6 mit der Partialsequenz 672-681 des ESL-1 verknüpft. Die Tetrasaccharide und Tetrasaccharid-Mimetika können aus den geschützten Monosacchariden und der geschützten Cyclohexylmilch-säure in parallelen Synthesen im Gramm-Maßstab hergestellt werden. Die automatisierten Glycopeptid-Festphasensynthesen wurden an einem Peptidsynthesizer nach der Fmoc-Strategie unter Verwendung von mit Asparaginsäure vorbeladenen TentaGel®-Harzen durchgeführt. Die Strukturen aller sechs Glycopeptide 1-6 wurden sowohl durch hoch auflösende massenspektrometrische Analysen als auch durch ein- und zweidimensionale NMR-Experimente belegt. Als Ergebnis dieser Arbeit liegen sechs Sialyl-Lewis-X-Glycopeptide und -Mimetika mit der Partialsequenz 672-681 des ESL-1 vor. Diese werden in Kürze auf ihre Wirksamkeit als Zelladhäsions-inhibitoren für E-Selektin getestet. Daraus sollen sich Erkenntnisse über Struktur-Wirkungs-Beziehungen gewinnen lassen, insbesondere was das kooperative Zusammenwirken von Saccharid- und Peptidteilstrukturen in der Erkennung der Liganden durch das E-Selektin anbetrifft.

Synthetische Glycopeptide mit Sulfatyl-Lewis X-Struktur als potenzielle Inhibitoren der Zelladhäsion

Zelladhäsionsprozesse sind von großer Bedeutung für zahlreiche biologische Prozesse, wie etwa die Immunantwort, die Wundheilung und die Embryogenese. Außerdem spielen sie eine entscheidende Rolle im Verlauf inflammatorischer Prozesse. An der Zelladhäsion sind verschiedene Klassen von Adhäsionsmolekülen beteiligt. Die erste leichte „rollende“ Adhäsion von Leukozyten am Ort einer Entzündung wird durch die Selektine vermittelt. Diese binden über die Kohlenhydrat-Strukturen Sialyl-Lewisx und Sialyl-Lewisa über eine calciumabhängige Kohlenhydrat-Protein-Bindung an ihre spezifischen Liganden und vermitteln so den ersten Zellkontakt, bevor andere Adhäsionsmoleküle (Cadherine, Integrine) die feste Adhäsion und den Durchtritt durch das Endothel bewirken. Bei einer pathogenen Überexpression der Selektine kommt es jedoch zu zahlreichen chronischen Erkrankungen wie z. B. rheumatoider Arthritis, Erkrankungen der Herzkranzgefäße oder dem Reperfusions-syndrom. Außerdem wird eine Beteiligung der durch die Selektine vermittelten Zellkontakte bei der Metastasierung von Karzinomzellen angenommen. Ein Ansatzpunkt für die Behandlung der oben genannten Erkrankungen ist die Gabe löslicher kompetitiver Inhibitoren für die Selektine. Ziel der Arbeit war die Modifikation des Sialyl-Lewisx-Leitmotivs zur Steigerung der metabolischen Stabilität und dessen Einbau in die Peptidsequenz aus der für die Bindung verantwortlichen Domäne des endogenen Selektin-Liganden PSGL-1. Dazu wurden mit einer modifizierten Lewisx-Struktur glycosylierte Aminosäurebausteine dargestellt (Abb.1). Die Verwendung von Arabinose und des Sulfatrestes anstelle von Fusose und Sialinsäure sollte außerdem zu einer gesteigerten metabolischen Stabilität des synthetischen Liganden beitragen. Die so erhaltenen Glycosylaminosäuren sollten nun in die Festphasenpeptidsynthese eingesetzt werden. Aufgrund der großen säurelabilität konnte hier nicht auf das Standartverfahren (Wang-Harz, Abspaltung mit TFA) zurückgegriffen werden. Deshalb kam ein neuartiges UV-labiles Ankersystem zum Einsatz. Dazu wurde ein Protokoll für die Synthese und Abspaltung von Peptiden an diesem neuen System entwickelt. Daran gelang die Synthese des nichtglycosylierten Peptidrückgrats sowie eines mit der dem sulfatierten Lewisx-Motiv versehenen Glycopeptids. Ein vierfach sulfatiertes Glycopeptid, welches durch den Einsatz von im Vorfeld chemisch sulfatierer Tyrosin-Bausteinen dargestellt werden sollte, konnte massenspektrometrisch nachgewiesen werden.

Die Synthese eines Sialyl-Lewis X-Mimetikums als Baustein zur Herstellung von Glycopeptid-Zelladhäsionsinhibitoren für Selektine

Zelladhäsionsphänomene spielen eine wichtige Rolle in vielen biologischen Vorgängen, wie z. B. in der Embryogenese, der Wundheilung, der Immunantwort und Entzündungsprozessen. So wird die inflammatorische Kaskade durch P- und E-Selektin vermittelte Adhäsion der im Blutstrom zirkulierenden Leukozyten an Endothelzellen eingeleitet. Übermäßige Zelladhäsion kann hingegen eine Vielzahl von Krankheiten bewirken. Nachgewiesen ist eine solche Beteiligung der Selektine u. a. bei rheumatoider Arthritis, Erkrankungen der Herzkranzgefäße und dem Reperfusionssyndrom. Ein Ansatz zur Therapie besteht in der Verabreichung löslicher Selektinliganden, die kompetitiv an die Selektine binden und deren Aktivität dadurch mindern. Die wichtigste Leitstruktur für pharmakologisch aktive Selektinliganden stellt hierbei das Tetrasaccharid-Epitop Sialyl-Lewisx (sLex) dar.rnrnIn dieser Arbeit wurde nach einer nicht enzymatischen Strategie ein auf der sLex Struktur basierender Baustein für die Festphasen-Peptidsynthese synthetisiert. Aus diesem sollen nach Schutzgruppen-Manipulationen durch Einsatz in automatisierten Festphasen-Peptidsynthesen, verschiedene Glycopeptide als Zelladhäsionsinhibitoren für Selektine gewonnen werden. Der rasche Abbau der sLex-Struktur im Organismus schränkt die pharmakologische Nutzung von sLex-Derivaten jedoch stark ein. Das synthetisierte Kohlenhydrat Epitop weist daher gegenüber der natürlichen sLex-Struktur mehrere Modifikationen auf, die zu einer erhöhten metabolischen Stabilität führen sollen, ohne die für eine effektive Bindung zum Rezeptor nötigen Wechselwirkungen zu beeinträchtigen. rnrnAus diesem Grund wurde der synthetisch anspruchsvolle Sialinsäure-Baustein durch die L-Cyclohexylmilchsäure substituiert. Die Anbindung des Kohlenhydrat-Epitops an das Peptid wird im Gegensatz zur natürlichen N-glycosidischen Verknüpfung hier über eine zusätzliche Glucosamin-Einheit O-glycosidisch an die Aminosäure L-Threonin bewirkt. Außerdem wird der labile Fucose-Rest durch die D-Arabinose ersetzt, die nicht im menschlichen Organismus vorkommt, jedoch die drei essentiellen pharmakophoren Hydroxylfunktionen in der gleichen dreidimensionalen Orientierung präsentiert wie die L-Fucose.