Elements of natural history, and of chemistry: being the second edition of the elementary lectures on those sciences, first published in 1782, and now greatly enlarged and improved,

Translated by William Nicholson.

Research and development of catalytic processes for petroleum and natural gas conversions in the Dalian Institute of Chemical Physics

The Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) of the Chinese Academy of Sciences has a long history in the R&D of catalysts and catalytic processes for petroleum and natural gas conversions in China. In this paper, results and features of some commercialized petrochemical catalysts and processes as well as newly developed processes for natural gas conversion in the pilot-plant stage are described. (C) 1999 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

APPLICATIONS OF ARTIFICIAL-INTELLIGENCE IN ORGANIC-CHEMISTRY .17. NEW PROGRAMS IN THE SISTEMAT PROJECT

This work describes the new improvements of the SISTEMAT project, one system for structural elucidation mainly in the field of Natural Products Chemistry. Some examples of the resolution of problems using C-13 Nuclear Magnetic Resonance and Mass Spectroscopy are given. Programs to discover new heuristic rules for structure generation are discussed. The data base contains about 10000 C-13 NMR spectra.

Conjugated semiconducting organic materials for electronic applications

Since conjugated polymers, i.e. polymers with spatially extended pi-bonding system have offered unique physical properties, unobtainable for conventional polymers, significant research efforts directed to better understanding of their chemistry, physics and engineering have been undertaken in the past two and half decades. In this thesis we discuss the synthesis, characterisation and investigation of conjugated semiconducting organic materials for electronic applications. Owing to the versatile properties of metal-organic hybrid materials, there is significant promise that these materials can find use in optical or electronic devices in the future. In addressing this issue, the synthesis of bisthiazol-2-yl-amine (BTA) based polymers is attempted and their metallation is investigated. The focus of this work has been to examine whether the introduction of coordinating metal ions onto the polymer backbone can enhance the conductivity of the material. These studies can provide a basis for understanding the photophysical properties of metal-organic polymers based on BTA. In their neutral (undoped) form conjugated polymers are semiconductors and can be used as active components of plastics electronics such as polymer light-emitting diodes, polymer lasers, photovoltaic cells, field-effect transistors, etc. Toward this goal, it is an objective of the study to synthesize and characterize new classes of luminescent polymeric materials based on anthracene and phenanthrene moieties. A series of materials based on polyphenylenes and poly(phenyleneethynylene)s with 9,10-anthrylene subunits are not only presented but the synthesis and characterization of step-ladder and ladder poly(p-phenylene-alt-anthrylene)s containing 9,10-anthrylene building groups within the main chain are also explored. In a separate work, a series of soluble poly-2,7- and 3,6-phenanthrylenes are synthesized. This can enable us to do a systematic investigation into the optical and electronic properties of PPP-like versus PPV-like. Besides, the self-organization of 3,6-linked macrocyclic triphenanthrylene has been investigated by 2D wide-angle X-ray scattering experiments performed on extruded filaments in solution and in the bulk. Additionally, from the concept that donor-acceptor materials can induce efficient electron transfer, the covalent incorporation of perylene tetracarboxydiimide (PDI) into one block of a poly(2,7-carbazole) (PCz)-based diblock copolymer and 2,5-pyrrole based on push-pull type material are achieved respectively.

Biogenic volatile organic compounds in tropical, temperate and boreal forest ecosystems

Biogene flüchtige organische Verbindungen (BFOV) werden in großen Mengen aus terrestrischenrnÖkosystemen, insbesondere aus Wäldern und Wiesen, in die untere Troposphäre emittiert. Austausch-rnFlüsse von BFOVs sind in der troposphärischen Chemie wichtig, weil sie eine bedeutende Rolle in derrnOzon- und Aerosolbildung haben. Trotzdem bleiben die zeitliche und räumliche Änderung der BFOVrnEmissionen und ihre Rolle in Bildung und Wachstum von Aerosolen ungewiss.rnDer Fokus dieser Arbeit liegt auf der in-situ Anwendung der Protonen Transfer ReaktionsrnMassenspektrometrie (PTR-MS) und der Messung von biogenen flüchtigen organischen Verbindungen inrnnordländischen, gemäßigten und tropischen Waldökosystemen während drei unterschiedlicherrnFeldmesskampagnen. Der Hauptvorteil der PTR-MS-Technik liegt in der hohen Messungsfrequenz,rnwodurch eine eventuelle Änderung in der Atmosphäre durch Transport, Vermischung und Chemiernonline beobachtet werden kann. Die PTR-MS-Messungen wurden zweimal am Boden aus und einmalrnvon einem Forschungsflugzug durchgeführt.rnIn Kapitel 3 werden die PTR-MS-Daten, gesammelt während der Flugmesskampagne über demrntropischen Regenwald, vorgelegt. Diese Studie zeigt den Belang der Grenzschichtdynamik für diernVerteilung von Spurengasen mittels eines eindimensionalen Säule - Chemie und KlimaModells (SCM).rnDer Tagesablauf von Isopren zeigte zwischen 14:00 und 16:15 Uhr lokaler Zeit einen Mittelwert vonrn5.4 ppbv auf der Höhe der Baumspitzen und von 3.3 ppbv über 300 m Höhe. Dies deutet darauf hin, dassrnsowohl der turbulente Austausch als auch die hohe Reaktionsfähigkeit von Isopren mit den OxidantienrnOH und Ozon eine wichtige Rolle spielen. Nach dem Ausgleich von chemischen Verlusten undrnEntrainment (Ein- und Ausmischung von Luft an der Grenzschicht), wurde ein Fluss vonrn8.4 mg Isopren m-2h-1 unter teilweise bewölkten Bedingungen für den tropischen Regenwald in derrnGuyanregion abgeschätzt. Dies entspricht einem täglichen Emissionsfluss von 28 mg Isopren prornQuadratmeter.rnIm Kapitel 4 werden die Messungen, welche auf einer Hügellage in gemäßigter Breite inrnsüddeutschland stattgefunden haben, diskutiert. Bei diesem Standort ist die Grenzschicht nachts unter diernStandorthöhe abgefallen, was den Einsatzort von Emissionen abgesondert hatte. Während diernGrenzschicht morgens wieder über die Höhe des Einsatzortes anstieg, konnten die eingeschlossenenrnnächtlichen Emissionen innerhalb der bodennahen Schicht beobachtet werden. Außerdem wurde einrndeutlicher Anstieg von flüchtigen organischen Verbindungen gemessen, wenn die Luftmassen überrnMünchen geführt wurden oder wenn verschmutzte Luftmassen aus dem Po-Tal über die Alpen nachrnDeutschland transportiert wurden. Daten von dieser Kampagne wurden genutzt, um die Änderungen inrndem Mischungsverhältnis der flüchtigen organischen Verbindungen, verbunden mit dem Durchfluss vonrnwarmen und kalten Wetterfronten sowie bei Regen zu untersuchen.rnIm Kapitel 5 werden PTR-MS-Messungen aus dem nördlichen Nadelwaldgürtel beschrieben. Starkernnächtliche Inversionen mit einer niedrigen Windgeschwindigkeit fingen die Emissionen vonrnnahegelegenen Kiefernwäldern und andere BFOV-Quellen ab, was zu hohen nächtlichen BFOVMischverhältnissenrnführte. Partikelereignisse wurden für Tag und Nacht detailliert analysiert. Diernnächtlichen Partikelereignisse erfolgten synchron mit starken extremen von Monoterpenen, obwohl dasrnzweite Ereignis Kernbildung einschloss und nicht mit Schwefelsäure korrelierte. Die MonoterpenrnMischungsverhältnisse von über 16 ppbv waren unerwartet hoch für diese Jahreszeit. NiedrigernWindgeschwindigkeiten und die Auswertung von Rückwärtstrajektorien deuten auf eine konzentrierternQuelle in der Nähe von Hyytiälä hin. Die optische Stereoisomerie von Monoterpenen hat bestätigt, dassrndie Quelle unnatürlich ist, da das Verhältnis von [(+)-α-pinen]/[(−)-α-pinen] viel höher ist als dasrnnatürliches Verhältnis der beiden Enantiomeren.

Phylogenomic analysis of natural products biosynthetic gene clusters allows discovery of arseno-organic metabolites in model streptomycetes

We are indebted with Marnix Medema, Paul Straight and Sean Rovito, for useful discussions and critical reading of the manuscript, as well as with Alicia Chagolla and Yolanda Rodriguez of the MS Service of Unidad Irapuato, Cinvestav, and Araceli Fernandez for technical support in high-performance computing. This work was funded by Conacyt Mexico (grants No. 179290 and 177568) and FINNOVA Mexico (grant No. 214716) to FBG. PCM was funded by Conacyt scholarship (No. 28830) and a Cinvestav posdoctoral fellowship. JF and JFK acknowledge funding from the College of Physical Sciences, University of Aberdeen, UK.

Photocatalytic Concretes – The interface between photocatalysis and cement chemistry

We thank the European Commission for financial support through the European Project Light2CAT, funded by the European Union’s Seventh Framework Programme (FP7) under the grant agreement no. 283062 Eco-Innovation, Theme Environment

Eliciting metacognitive experiences and reflection in a year 11 chemistry classroom : an activity theory perspective

Concerns regarding students' learning and reasoning in chemistry classrooms are well documented. Students' reasoning in chemistry should be characterized by conscious consideration of chemical phenomenon from laboratory work at macroscopic, molecular/sub-micro and symbolic levels. Further, students should develop metacognition in relation to such ways of reasoning about chemistry phenomena. Classroom change eliciting metacognitive experiences and metacognitive reflection is necessary to shift entrenched views of teaching and learning in students. In this study, Activity Theory is used as the framework for intepreting changes to the rules/customs and tools of the activity systems of two different classes of students taught by the same teacher, Frances, who was teaching chemical equilibrium to those classes in consecutive years. An interpretive methodolgy involving multiple data sources was employed. Frances explicitly changed her pedagogy in the second year to direct students attention to increasingly consider chemical phenomena at the molecular/sub-micro level. Additonally, she asked students not to use the textbook until toward the end of the equilibrium unit and sought to engage them in using their prior knowledge of chemistry to understand their observations from experiments. Frances' changed pedagogy elicited metacognitive experiences and reflection in students and challenged them to reconsider their metacognitive beliefs about learning chemistry and how it might be achieved. While teacher change is essential for science education reform, students are not passive players in the change efforts and they need to be convinced of the viability of teacher pedagogical change in the context of their goals, intentions, and beliefs.

Design and synthesis of a screening library using the natural product scaffold 3-chloro-4-hydroxyphenylacetic acid

The fungal metabolite 3-chloro-4-hydroxyphenylacetic acid (1) was utilized in the generation of a unique drug-like screening library using parallel solution-phase synthesis. A 20-membered amide library (3–22) was generated by first converting 1 to methyl (3-chloro-4-hydroxyphenyl)acetate (2), then reacting this scaffold with a diverse series of primary amines via a solvent-free aminolysis procedure. The structures of the synthetic analogues (3–22) were elucidated by spectroscopic data analysis. The structures of compounds 8, 12, and 22 were confirmed by single X-ray crystallographic analysis. All compounds were evaluated for cytotoxicity against a human prostate cancer cell line (LNCaP) and for antiparasitic activity toward Trypanosoma brucei brucei and Plasmodium falciparum and showed no significant activity at 10 μM. The library was also tested for effects on the lipid content of LNCaP and PC-3 prostate cancer cells, and it was demonstrated that the fluorobenzyl analogues (12–14) significantly reduced cellular phospholipid and neutral lipid levels.

The ascidian natural product eusynstyelamide B is a novel topoisomerase II poison that induces DNA damage and growth arrest in prostate and breast cancer cells

As part of an anti-cancer natural product drug discovery program, we recently identified eusynstyelamide B (EB), which displayed cytotoxicity against MDA-MB-231 breast cancer cells (IC50 = 5 μM) and induced apoptosis. Here, we investigated the mechanism of action of EB in cancer cell lines of the prostate (LNCaP) and breast (MDA-MB-231). EB inhibited cell growth (IC50 = 5 μM) and induced a G2 cell cycle arrest, as shown by a significant increase in the G2/M cell population in the absence of elevated levels of the mitotic marker phospho-histone H3. In contrast to MDA-MB-231 cells, EB did not induce cell death in LNCaP cells when treated for up to 10 days. Transcript profiling and Ingenuity Pathway Analysis suggested that EB activated DNA damage pathways in LNCaP cells. Consistent with this, CHK2 phosphorylation was increased, p21CIP1/WAF1 was up-regulated and CDC2 expression strongly reduced by EB. Importantly, EB caused DNA double-strand breaks, yet did not directly interact with DNA. Analysis of topoisomerase II-mediated decatenation discovered that EB is a novel topoisomerase II poison.

Kemian ylioppilaskokeen tehtävät summatiivisen arvioinnin välineenä

The main purpose of the research was to illustrate chemistry matriculation examination questions as a summative assessment tool, and represent how the questions have evolved over the years. Summative assessment and its various test item classifications, Finnish goal-oriented curriculum model, and Bloom’s Revised Taxonomy of Cognitive Objectives formed the theoretical framework for the research. The research data consisted of 257 chemistry questions from 28 matriculation examinations between 1996 and 2009. The analysed test questions were formulated according to the national upper secondary school chemistry curricula 1994, and 2003. Qualitative approach and theory-driven content analysis method were employed in the research. Peer review was used to guarantee the reliability of the results. The research was guided by the following questions: (a) What kinds of test item formats are used in chemistry matriculation examinations? (b) How the fundamentals of chemistry are included in the chemistry matriculation examination questions? (c) What kinds of cognitive knowledge and skills do the chemistry matriculation examination questions require? The research indicates that summative assessment was used diversely in chemistry matriculation examinations. The tests included various test item formats, and their combinations. The majority of the test questions were constructed-response items that were either verbal, quantitative, or experimental questions, symbol questions, or combinations of the aforementioned. The studied chemistry matriculation examinations seldom included selected-response items that can be either multiple-choice, alternate choice, or matching items. The relative emphasis of the test item formats differed slightly depending on whether the test was a part of an extensive general studies battery of tests in sciences and humanities, or a subject-specific test. The classification framework developed in the research can be applied in chemistry and science education, and also in educational research. Chemistry matriculation examinations are based on the goal-oriented curriculum model, and cover relatively well the fundamentals of chemistry included in the national curriculum. Most of the test questions related to the symbolism of chemical equation, inorganic and organic reaction types and applications, the bonding and spatial structure in organic compounds, and stoichiometry problems. Only a few questions related to electrolysis, polymers, or buffer solutions. None of the test questions related to composites. There were not any significant differences in the emphasis between the tests formulated according to the national curriculum 1994 or 2003. Chemistry matriculation examinations are cognitively demanding. The research shows that the majority of the test questions require higher-order cognitive skills. Most of the questions required analysis of procedural knowledge. The questions that only required remembering or processing metacognitive knowledge, were not included in the research data. The required knowledge and skill level varied slightly between the test questions in the extensive general studies battery of tests in sciences and humanities, and subject-specific tests administered since 2006. The proportion of the Finnish chemistry matriculation examination questions requiring higher-order cognitive knowledge and skills is very large compared to what is discussed in the research literature.

Microbial activities in boreal soils: Biodegradation of organic contaminants at low temperature and ammonia oxidation

This thesis deals with the response of biodegradation of selected anthropogenic organic contaminants and natural autochthonous organic matter to low temperature in boreal surface soils. Furthermore, the thesis describes activity, diversity and population size of autotrophic ammonia-oxidizing bacteria (AOB) in a boreal soil used for landfarming of oil-refinery wastes, and presents a new approach, in which the particular AOB were enriched and cultivated in situ from the landfarming soil onto cation exchange membranes. This thesis demonstrates that rhizosphere fraction of natural forest humus soil and agricultural clay loam soil from Helsinki Metropolitan area were capable of degrading of low to moderate concentrations (0.2 50 µg cm-3) of PCP, phenanthrene and 2,4,5-TCP at temperatures realistic to boreal climate (-2.5 to +15 °C). At the low temperatures, the biodegradation of PCP, phenanthrene and 2,4,5-TCP was more effective (Q10-values from 1.6 to 7.6) in the rhizosphere fraction of the forest soil than in the agricultural soil. Q10-values of endogenous soil respiration (carbon dioxide evolution) and selected hydrolytic enzyme activities (acetate-esterase, butyrate-esterase and β-glucosidase) in acid coniferous forest soil were 1.6 to 2.8 at temperatures from -3 to +30 °C. The results indicated that the temperature dependence of decomposition of natural autochthonous soil organic matter in the studied coniferous forest was only moderate. The numbers of AOB in the landfarming (sandy clay loam) soil were determined with quantitative polymerase chain reaction (real-time PCR) and with Most Probable Number (MPN) methods, and potential ammonium oxidation activity was measured with the chlorate inhibition technique. The results indicated presence of large and active AOB populations in the heavily oil-contaminated and urea-fertilised landfarming soil. Assessment of the populations of AOB with denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) profiling and sequence analysis of PCR-amplified 16S rRNA genes showed that Nitrosospira-like AOB in clusters 2 and 3 were predominant in the oily landfarming soil. This observation was supported by fluorescence in situ hybridization (FISH) analysis of the AOB grown on the soil-incubated cation-exchange membranes. The results of this thesis expand the suggested importance of Nitrosospira-like AOB in terrestrial environments to include chronically oil-contaminated soils.

Chemistry and Release of Gases from the Surface Ocean

The sea-surface layer is the very upper part of the sea surface where reduced mixing leads to strong gradients in physical, chemical and biological properties1. This surface layer is naturally reactive, containing a complex chemistry of inorganic components and dissolved organic matter (DOM), the latter including amino acids, proteins, fatty acids, carbohydrates, and humic-type components,2 with a high proportion of functional groups such as carbonyls, carboxylic acids and aromatic moieties.3 The different physical and chemical properties of the surface of the ocean compared with bulk seawater, and its function as a gateway for molecules to enter the atmosphere or ocean phase, make this an interesting and important region for study. A number of chemical reactions are believed to occur on and in the surface ocean; these may be important or even dominant sources or sinks of climatically-active marine trace gases. However the sea surface, especially the top 1um to 1mm known as the sea surface microlayer (ssm), is critically under-sampled, so to date much of the evidence for such chemistry comes from laboratory and/or modeling studies. This review discusses the chemical and physical structure of the sea surface, mechanisms for gas transfer across it, and explains the current understanding of trace gas formation at this critical interface between the ocean and atmosphere.

Organische Mikro- und Nanodrähte auf Basis von Perylendiimiden

Diese Arbeit thematisiert die optimierte Darstellung von organischen Mikro- und Nanodrähten, Untersuchungen bezüglich deren molekularen Aufbaus und die anwendungsorientierte Charakterisierung der Eigenschaften. Mikro- und Nanodrähte haben in den letzten Jahren im Zuge der Miniaturisierung von Technologien an weitreichendem Interesse gewonnen. Solche eindimensionalen Strukturen, deren Durchmesser im Bereich weniger zehn Nanometer bis zu einigen wenigen Mikrometern liegt, sind Gegenstand intensiver Forschung. Neben anorganischen Ausgangssubstanzen zur Erzeugung von Mikro- und Nanodrähten haben organische Funktionsmaterialien aufgrund ihrer einfachen und kostengünstigen Verarbeitbarkeit sowie ihrer interessanten elektrischen und optischen Eigenschaften an Bedeutung gewonnen. Eine wichtige Materialklasse ist in diesem Zusammenhang die Verbindungsklasse der n-halbleitenden Perylentetracarbonsäurediimide (kurz Perylendiimide). Dem erfolgreichen Einsatz von eindimensionalen Strukturen als miniaturisierte Bausteine geht die optimierte und kontrollierte Herstellung voraus. Im Rahmen der Doktorarbeit wurde die neue Methode der Drahterzeugung „Trocknen unter Lösungsmittelatmosphäre“ entwickelt, welche auf Selbstassemblierung der Substanzmoleküle aus Lösung basiert und unter dem Einfluss von Lösungsmitteldampf direkt auf einem vorgegebenen Substrat stattfindet. Im Gegensatz zu literaturbekannten Methoden ist kein Transfer der Drähte aus einem Reaktionsgefäß nötig und damit verbundene Beschädigungen der Strukturen werden vermieden. Während herkömmliche Methoden in einer unkontrolliert großen Menge von ineinander verwundenen Drähten resultieren, erlaubt die substratbasierte Technik die Bildung voneinander separierter Einzelfasern und somit beispielsweise den Einsatz in Einzelstrukturbauteilen. Die erhaltenen Fasern sind morphologisch sehr gleichmäßig und weisen bei Längen von bis zu 5 mm bemerkenswert hohe Aspektverhältnisse von über 10000 auf. Darüber hinaus kann durch das direkte Drahtwachstum auf dem Substrat über den Einsatz von vorstrukturierten Oberflächen und Wachstumsmasken gerichtetes, lokal beschränktes Drahtwachstum erzielt werden und damit aktive Kontrolle auf Richtung und Wachstumsbereich der makroskopisch nicht handhabbaren Objekte ausgeübt werden. Um das Drahtwachstum auch hinsichtlich der Materialauswahl, d. h. der eingesetzten Ausgangsmaterialien zur Drahterzeugung und somit der resultierenden Eigenschaften der gebildeten Strukturen aktiv kontrollieren zu können, wird der Einfluss unterschiedlicher Parameter auf die Morphologie der Selbstassemblierungsprodukte am Beispiel unterschiedlicher Derivate betrachtet. So stellt sich zum einen die Art der eingesetzten Lösungsmittel in flüssiger und gasförmiger Phase beim Trocknen unter Lösungsmittelatmosphäre als wichtiger Faktor heraus. Beide Lösungsmittel dienen als Interaktionspartner für die Moleküle des funktionellen Drahtmaterials im Selbstassemblierungsprozess. Spezifische Wechselwirkungen zwischen Perylendiimid-Molekülen untereinander und mit Lösungsmittel-Molekülen bestimmen dabei die äußere Form der erhaltenen Strukturen. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Molekülstruktur des verwendeten funktionellen Perylendiimids. Es wird der Einfluss einer Bay-Substitution bzw. einer unsymmetrischen Imid-Substitution auf die Morphologie der erhaltenen Strukturen herausgestellt. Für das detaillierte Verständnis des Zusammenhanges zwischen Molekülstruktur und nötigen Wachstumsbedingungen für die Bildung von eindimensionalen Strukturen zum einen, aber auch die resultierenden Eigenschaften der erhaltenen Aggregationsprodukte zum anderen, sind Informationen über den molekularen Aufbau von großer Bedeutung. Im Rahmen der Doktorarbeit konnte ein molekular hoch geordneter, kristalliner Aufbau der Drähte nachgewiesen werden. Durch Kombination unterschiedlicher Messmethoden ist es gelungen, die molekulare Anordnung in Strukturen aus einem Spirobifluoren-substituierten Derivat in Form einer verkippten Molekülstapelung entlang der Drahtlängsrichtung zu bestimmen. Um mögliche Anwendungsbereiche der erzeugten Drähte aufzuzeigen, wurden diese hinsichtlich ihrer elektrischen und optischen Eigenschaften analysiert. Neben dem potentiellen Einsatz im Bereich von Filteranwendungen und Sensoren, sind vor allem die halbleitenden und optisch wellenleitenden Eigenschaften hervorzuheben. Es konnten organische Transistoren auf der Basis von Einzeldrähten mit im Vergleich zu Dünnschichtbauteilen erhöhten Ladungsträgerbeweglichkeiten präpariert werden. Darüber hinaus wurden die erzeugten eindimensionalen Strukturen als aktive optische Wellenleiter charakterisiert. Die im Rahmen der Dissertation erarbeiteten Kenntnisse bezüglich der Bildung von eindimensionalen Strukturen durch Selbstassemblierung, des Drahtaufbaus und erster anwendungsorientierter Charakterisierung stellen eine Basis zur Weiterentwicklung solcher miniaturisierter Bausteine für unterschiedlichste Anwendungen dar. Die neu entwickelte Methode des Trocknens unter Lösungsmittelatmosphäre ist nicht auf den Einsatz von Perylendiimiden beschränkt, sondern kann auf andere Substanzklassen ausgeweitet werden. Dies eröffnet breite Möglichkeiten der Materialauswahl und somit der Einsatzmöglichkeiten der erhaltenen Strukturen.