Theoretical study of omeprazole behavior: Racemization barrier and decomposition reaction

omeprazole is a substituted benzimidazole which suppresses gastric-acid secretion by means of H+, K+-ATPase inhibition. It is an optically active drug with the sulfur of the sulfoxide being the chiral center. This pro-drug can be easily converted into its respective sulfenamide at low pH. In this work, omeprazole has been studied in relation to racemization barrier and decomposition reaction. Quantum chemistry coupled to PCA chemometric method were used to find all minimum energy structures. Conformational analysis and calculation of racemization barriers were carried out by PM3 semiempirical method (Gaussian 98). The average racemization energy barrier for all minimum energy structures (43.56 kcal mol(-1)) can be related to the velocity constant in Eyring's equation. The enormous half-life time at 100 degrees C (9.04 x 10(4) years) indicates that the process cannot be observed in human time scale. on the other hand, the difference of free energy change (Delta(Delta G) = -266.78 kcal mol(-1)) for the decomposition reaction shows that the process is favorable to the sulfenamide formation. The highly negative Delta(Delta G) obtained for the decomposition reaction shows that this process is extremely exothermic. This result explains why omeprazole decomposes and does not racemize. (C) 2008 Wiley Periodicals, Inc.

Histomorphometric evaluation of a threaded, sandblasted, acid-etched implant retrieved from a human lower jaw: A case report

The purpose of this study was to histomorphometrically evaluate the bone-to-implant contact and bone area around a titanium implant retrieved from a human lower jaw. A screw-shaped titanium implant (sandblasted and acid-etched surface) was removed from a 68-year-old male after having been in function for 40 months because of a fracture of the abutment screw. Following the implant removal, an undecalcified section was obtained. The histomorphometric analysis showed a rate of 75.40% of bone-to-implant contact and 89.30% of bone area filling within the limits of the implant threads. The surrounding bone healed in a well-organized pattern and could not be differentiated from the anginal alveolus. The histologic evidence showed a high degree of osseointegration in a threaded, sandblasted, and acid-etched implant retrieved from a human lower jaw after functional loading for 40 months. Copyright © 2005 by Lippincott Williams & Wilkins.

Chemical changes in an oxisol treated with pyroligneous acid

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

Immbolization of uricase enzyme in Langmuir and Langmuir-Blodgett films of fatty acids: Possible use as a uric acid sensor

Preserving the enzyme structure in solid films is key for producing various bioelectronic devices, including biosensors, which has normally been performed with nanostructured films that allow for control of molecular architectures. In this paper, we investigate the adsorption of uricase onto Langmuir monolayers of stearic acid (SA), and their transfer to solid supports as Langmuir Blodgett (LB) films. Structuring of the enzyme in beta-sheets was preserved in the form of 1-layer LB film, which was corroborated with a higher catalytic activity than for other uricase-containing LB film architectures where the beta-sheets structuring was not preserved. The optimized architecture was also used to detect uric acid within a range covering typical concentrations in the human blood. The approach presented here not only allows for an optimized catalytic activity toward uric acid but also permits one to explain why some film architectures exhibit a superior performance. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Electrocatalytic Activity of Pd, Pt, and Rh for the Electro-oxidation of Ethanol in Alkaline Electrolyte: An Online DEMS Study

The electro-oxidation of ethanol was investigated on electrodeposited layers of Pd, Pt, and Rh in alkaline electrolyte. The reaction products were monitored by experiments of online differential electrochemical mass spectrometry (DEMS). Potentiodynamic curves for the ethanol electro-oxidation catalyzed by these three different metal electrocatalysts showed similar onset potentials, but the highest Faradaic current peak was observed for the Pt electrocatalyst. Online DEMS experiments evidenced similar amounts of CO2 for the three different materials, but Pd presented the higher production of ethylacetate (acetic acid). This indicated that the electrochemical oxidation of ethanol on the Pd surface occurred to a higher extent. The formation of methane, which was observed for Pt and Rh, after potential excursions to lower potentials, was absent for Pd. On the basis of the obtained results, it was stated that, on Pt and Rh, the formation of CO2 occurs mainly via oxidation of CO and CH (x,ad) species formed after dissociative adsorption of ethanol or ethoxy species that takes place only at low potentials. This indicates that the dissociative adsorption of ethanol or ethoxy species is inhibited at higher potentials on Pt and Rh. On the other hand, on the Pd electrocatalyst, the reaction may occur via nondissociative adsorption of ethanol or ethoxy species at lower potentials, followed by oxidation to acetaldehyde and, after that, by a further oxidation step to acetic acid on the electrocatalyst surface. Additionally, in a parallel route, the acetaldehyde molecules adsorbed on the Pd surface can be deprotonated, yielding a reaction intermediate in which the carbon-carbon bond is less protected, and therefore, it can be dissociated on the Pd surface, producing CO2, after potential excursions to higher potentials.

Polymer controlled mineralization of zinc phosphate hydrates and applications in corrosion protection, catalysis and biomedicine

ZUSAMMENFASSUNG Die Tauglichkeit von Hybridmaterialien auf der Basis von Zinkphosphathydrat-Zementen zum Einsatz als korrosionshemmende anorganische Pigmente oder zur prothetischen und konservierenden Knochen- und Zahntherapie wird weltweit empirisch seit den neunziger Jahren intensiv erforscht. In der vorliegenden Arbeit wurden zuerst Referenzproben, d.h. alpha-und beta-Hopeite (Abk. a-,b-ZPT) dank eines hydrothermalen Kristallisationsverfahrens in wässerigem Milieu bei 20°C und 90°C hergestellt. Die Kristallstruktur beider Polymorphe des Zinkphosphattetrahydrats Zn3(PO4)2  4 H2O wurde komplett bestimmt. Einkristall-strukturanalyse zeigt, daß der Hauptunterschied zwischen der alpha-und beta-Form des Zinkphosphattetrahydrats in zwei verschiedenen Anordnungen der Wasserstoffbrücken liegt. Die entsprechenden drei- und zweidimensionalen Anordnungen der Wasserstoffbrücken der a-und b-ZPT induzieren jeweils unterschiedliches thermisches Verhalten beim Aufwärmen. Während die alpha-Form ihr Kristallwasser in zwei definierten Stufen verliert, erzeugt die beta-Form instabile Dehydratationsprodukt. Dieses entspricht zwei unabhängigen, aber nebeneinander ablaufenden Dehydratationsmechanismen: (i) bei niedrigen Heizraten einen zweidimensionalen Johnson-Mehl-Avrami (JMA) Mechanismus auf der (011) Ebene, der einerseits bevorzugt an Kristallkanten stattfindet und anderseits von existierenden Kristalldefekten auf Oberflächen gesteuert wird; (ii) bei hohen Heizraten einem zweidimensionalen Diffusionsmechanismus (D2), der zuerst auf der (101) Ebene und dann auf der (110) Ebene erfolgt. Durch die Betrachtung der ZPT Dehydratation als irreversibele heterogene Festkörperstufenreaktion wurde dank eines „ähnlichen Endprodukt“-Protokolls das Dehydratationsphasendiagramm aufgestellt. Es beschreibt die möglichen Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Hydratationszuständen und weist auf die Existenz eines Übergangszustandes um 170°C (d.h. Reaktion b-ZPT  a-ZPT) hin. Daneben wurde auch ein gezieltes chemisches Ätzverfahren mit verdünnten H3PO4- und NH3 Lösungen angewendet, um die ersten Stufe des Herauslösens von Zinkphosphat genau zu untersuchen. Allerdings zeigen alpha- und beta-Hopeite charakteristische hexagonale und kubische Ätzgruben, die sich unter kristallographischer Kontrolle verbreitern. Eine zuverlässige Beschreibung der Oberfächenchemie und Topologie konnte nur durch AFM und FFM Experimente erfolgen. Gleichzeitig konnte in dieser Weise die Oberflächendefektdichte und-verteilung und die Volumenauflösungsrate von a-ZPT und b-ZPT bestimmt werden. Auf einem zweiten Weg wurde eine innovative Strategie zur Herstellung von basischen Zinkphosphatpigmenten erster und zweiter Generation (d.h. NaZnPO4  1H2O und Na2ZnPO4(OH)  2H2O) mit dem Einsatz von einerseits oberflächenmodifizierten Polystyrolatices (z.B. produziert durch ein Miniemulsionspolymerisationsverfahren) und anderseits von Dendrimeren auf der Basis von Polyamidoamid (PAMAM) beschritten. Die erhaltene Zeolithstruktur (ZPO) hat in Abhängigkeit von steigendem Natrium und Wassergehalt unterschiedliche kontrollierte Morphologie: hexagonal, würfelförmig, herzförmig, sechsarmige Sterne, lanzettenförmige Dendrite, usw. Zur quantitativen Evaluierung des Polymereinbaus in der Kristallstruktur wurden carboxylierte fluoreszenzmarkierte Latices eingesetzt. Es zeigt sich, daß Polymeradditive nicht nur das Wachstum bis zu 8 µm.min-1 reduzierten. Trotzdem scheint es auch als starker Nukleationsbeschleuniger zu wirken. Dank der Koordinationschemie (d.h. Bildung eines sechszentrigen Komplexes L-COO-Zn-PO4*H2O mit Ligandenaustausch) konnten zwei einfache Mechanismen zur Wirkung von Latexpartikeln bei der ZPO Kristallisation aufgezeigt werden: (i) ein Intrakorona- und (ii) ein Extrakorona-Keimbildungsmechanismus. Weiterhin wurde die Effizienz eines Kurzzeit- und Langzeitkorrosionschutzes durch maßgeschneiderte ZPO/ZPT Pigmente und kontrollierte Freisetzung von Phosphationen in zwei Näherungen des Auslösungsgleichgewichts abgeschätzt: (i) durch eine Auswaschungs-methode (thermodynamischer Prozess) und (ii) durch eine pH-Impulsmethode (kinetischer Prozess. Besonders deutlich wird der Ausflösungs-Fällungsmechanismus (d.h. der Metamorphismus). Die wesentliche Rolle den Natriumionen bei der Korrosionshemmung wird durch ein passendes zusammensetzungsabhängiges Auflösungsmodell (ZAAM) beschrieben, das mit dem Befund des Salzsprühteste und der Feuchtigkeitskammertests konsistent ist. Schließlich zeigt diese Arbeit das herausragende Potential funktionalisierter Latices (Polymer) bei der kontrollierten Mineralisation zur Herstellung maßgeschneiderter Zinkphosphat Materialien. Solche Hybridmaterialien werden dringend in der Entwicklung umweltfreundlicher Korrosionsschutzpigmente sowie in der Dentalmedizin benötigt.

Organokompatible Zinnoxid-Nanopartikel

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Methoden der Synthese von Zinn(IV)oxid Nanopartikeln, deren Stabilisierung durch unterschiedliche Surfactants und der Einbau der Nanomaterialien in PMMA beschrieben und die erhaltenen Materialien charakterisiert. Die Darstellung der Zinnoxid Nanopartikel wurde über drei verschiedene Synthesewege durchgeführt: a) Polymeric Precursor Methode, b) Solvothermal-Synthese und c) säurekatalysierte Fällungsreaktion. Im Rahmen von a) konnte neben der thermodynamisch stabilen Phase von Zinn(IV)oxid ebenfalls die metastabile orthorhombische Phase synthetisiert werden. Durch eine Analyse der Pyrolysebedingungen konnte der Kristallisationsmechanismus des Zinnoxids ausgehend vom Precursor bis zur tetragonalen Phase des Zinn(IV)oxid diskutiert werden. Die Synthesemethoden b) und c) boten sich zur Darstellung von oberflächenmodifizierten Zinnoxid Nanopartikeln an. Als Surfactant benutzte man unter anderem Alkylphosphonsäuren, da eine hydrophobe Oberfläche die Dispersion in MMA ermöglichte. Abschließend wurde eine radikalische in situ-Polymerisation von MMA in Gegenwart von oberflächenmodifizierten Partikeln durchgeführt. Der erhaltene Verbundwerkstoff zeichnete sich durch eine erhöhte thermische Stabilität aufgrund weniger Strukturdefekte des Polymers aus. Durch eine Untersuchung des Polymerisationsmechanismus konnte die Wirkung der oberflächenmodifizierten Nanopartikel auf die Polymerisation veranschaulicht werden. Aufgrund der nicht homogenen Verteilung der Nanopartikel im Verbundwerkstoff konnte jedoch keine Charakterisierung der optischen Eigenschaften durchgeführt werden.

Messungen von salpetriger Säure und Eispartikeln im Nachlauf von Flugzeugen

Ziel dieser Arbeit war der Aufbau und Einsatz des Atmosphärischen chemischen Ionisations-Massenspektrometers AIMS für boden- und flugzeuggetragene Messungen von salpetriger Säure (HONO). Für das Massenspektrometer wurden eine mit Gleichspannung betriebene Gasentladungsionenquelle und ein spezielles Druckregelventil entwickelt. Während der Instrumentenvergleichskampagne FIONA (Formal Intercomparisons of Observations of Nitrous Acid) an einer Atmosphären-Simulationskammer in Valencia (Spanien) wurde AIMS für HONO kalibriert und erstmals eingesetzt. In verschiedenen Experimenten wurden HONO-Mischungsverhältnisse zwischen 100 pmol/mol und 25 nmol/mol erzeugt und mit AIMS interferenzfrei gemessen. Innerhalb der Messunsicherheit von ±20% stimmen die massenspektrometrischen Messungen gut mit den Methoden der Differenziellen Optischen Absorptions-Spektrometrie und der Long Path Absorption Photometrie überein. Die Massenspektrometrie kann somit zum schnellen und sensitiven Nachweis von HONO in verschmutzter Stadtluft und in Abgasfahnen genutzt werden.rnErste flugzeuggetragene Messungen von HONO mit AIMS wurden 2011 bei der Messkampagne CONCERT (Contrail and Cirrus Experiment) auf dem DLR Forschungsflugzeug Falcon durchgeführt. Hierbei konnte eine Nachweisgrenze von < 10 pmol/mol (3σ, 1s) erreicht werden. Bei Verfolgungsflügen wurden im jungen Abgasstrahl von Passagierflugzeugen molare HONO zu Stickoxid-Verhältnisse (HONO/NO) von 2.0 bis 2.5% gemessen. HONO wird im Triebwerk durch die Reaktion von NO mit OH gebildet. Ein gemessener abnehmender Trend der HONO/NO Verhältnisse mit zunehmendem Stickoxid-Emissionsindex wurde bestätigt und weist auf eine OH Limitierung im jungen Abgasstrahl hin.rnNeben den massenspektrometrischen Messungen wurden Flugzeugmessungen der Partikelsonde Forward Scattering Spectrometer Probe FSSP-300 in jungen Kondensstreifen ausgewertet und analysiert. Aus den gemessenen Partikelgrößenverteilungen wurden Extinktions- und optische Tiefe-Verteilungen abgeleitet und für die Untersuchung verschiedener wissenschaftlicher Fragestellungen, z.B. bezüglich der Partikelform in jungen Kondensstreifen und ihrer Klimawirkung, zur Verfügung gestellt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss des Flugzeug- und Triebwerktyps auf mikrophysikalische und optische Eigenschaften von Kondensstreifen untersucht. Unter ähnlichen meteorologischen Bedingungen bezüglich Feuchte, Temperatur und stabiler thermischer Schichtung wurden 2 Minuten alte Kondensstreifen der Passagierflugzeuge vom Typ A319-111, A340-311 und A380-841 verglichen. Im Rahmen der Messunsicherheit wurde keine Änderung des Effektivdurchmessers der Partikelgrößenverteilungen gefunden. Hingegen nehmen mit zunehmendem Flugzeuggewicht die Partikelanzahldichte (162 bis 235 cm-3), die Extinktion (2.1 bis 3.2 km-1), die Absinktiefe des Kondensstreifens (120 bis 290 m) und somit die optische Tiefe der Kondensstreifen (0.25 bis 0.94) zu. Der gemessene Trend wurde durch Vergleich mit zwei unabhängigen Kondensstreifen-Modellen bestätigt. Mit den Messungen wurde eine lineare Abhängigkeit der totalen Extinktion (Extinktion mal Querschnittsfläche des Kondensstreifens) vom Treibstoffverbrauch pro Flugstrecke gefunden und bestätigt.

Substrate binding tunes conformational flexibility and kinetic stability of an amino acid antiporter

We used single molecule dynamic force spectroscopy to unfold individual serine/threonine antiporters SteT from Bacillus subtilis. The unfolding force patterns revealed interactions and energy barriers that stabilized structural segments of SteT. Substrate binding did not establish strong localized interactions but appeared to be facilitated by the formation of weak interactions with several structural segments. Upon substrate binding, all energy barriers of the antiporter changed thereby describing the transition from brittle mechanical properties of SteT in the unbound state to structurally flexible conformations in the substrate-bound state. The lifetime of the unbound state was much shorter than that of the substrate-bound state. This leads to the conclusion that the unbound state of SteT shows a reduced conformational flexibility to facilitate specific substrate binding and a reduced kinetic stability to enable rapid switching to the bound state. In contrast, the bound state of SteT showed an increased conformational flexibility and kinetic stability such as required to enable transport of substrate across the cell membrane. This result supports the working model of antiporters in which alternate substrate access from one to the other membrane surface occurs in the substrate-bound state.

(Supplemental Table 2) Plant characteristics, GHG fluxes, and soil chemical and microbial properties in experimental treatments in Alexandra Fiord

We evaluated above- and belowground ecosystem changes in a 16 year, combined fertilization and warming experiment in a High Arctic tundra deciduous shrub heath (Alexandra Fiord, Ellesmere Island, NU, Canada). Soil emissions of the three key greenhouse gases (GHGs) (carbon dioxide, methane, and nitrous oxide) were measured in mid-July 2009 using soil respiration chambers attached to a FTIR system. Soil chemical and biochemical properties including Q10 values for CO2, CH4, and N2O, Bacteria and Archaea assemblage composition, and the diversity and prevalence of key nitrogen cycling genes including bacterial amoA, crenarchaeal amoA, and nosZ were measured. Warming and fertilization caused strong increases in plant community cover and height but had limited effects on GHG fluxes and no substantial effect on soil chemistry or biochemistry. Similarly, there was a surprising lack of directional shifts in the soil microbial community as a whole or any change at all in microbial functional groups associated with CH4 consumption or N2O cycling in any treatment. Thus, it appears that while warming and increased nutrient availability have strongly affected the plant community over the last 16 years, the belowground ecosystem has not yet responded. This resistance of the soil ecosystem has resulted in limited changes in GHG fluxes in response to the experimental treatments.

Process, performance, and pollution potential: A review of septic tank-soil absorption systems

On-site wastewater treatment and dispersal systems (OWTS) are used in non-sewered populated areas in Australia to treat and dispose of household wastewater. The most common OWTS in Australia is the septic tank-soil absorption system (SAS) - which relies on the soil to treat and disperse effluent. The mechanisms governing purification and hydraulic performance of a SAS are complex and have been shown to be highly influenced by the biological zone (biomat) which develops on the soil surface within the trench or bed. Studies suggest that removal mechanisms in the biomat zone, primarily adsorption and filtering, are important processes in the overall purification abilities of a SAS. There is growing concern that poorly functioning OWTS are impacting upon the environment, although to date, only a few investigations have been able to demonstrate pollution of waterways by on-site systems. In this paper we review some key hydrological and biogeochemical mechanisms in SAS, and the processes leading to hydraulic failure. The nutrient and pathogen removal efficiencies in soil absorption systems are also reviewed, and a critical discussion of the evidence of failure and environmental and public health impacts arising from SAS operation is presented. Future research areas identified from the review include the interactions between hydraulic and treatment mechanisms, and the biomat and sub-biomat zone gas composition and its role in effluent treatment.

Do decomposing organic matter residues reduce phosphorus sorption in highly weathered soils?

Many studies have shown a reduction in P sorption in highly weathered soils when organic matter (OM) is applied, suggesting competition between OM decomposition products and P for sorption sites. However, such studies seldom consider the P released from the added OM. To delineate the effects of OM addition on P availability through sorption competition and P addition, water leachate from incubated soybean (SB) [Glycine mar (L.) Merr.] and Rhodes grass (RG) (Chloris gayana Knuth cv. Callide) was used in competitive P sorption studies both undiluted and after acidification (i.e., the fulvic acid [FA] component). Addition of two rates (0.2 and 2 mL) of SB leachate to an Oxisol significantly increased P sorption at the higher rate, while a similar trend was observed following RG leachate addition at the same rates. Extending the range of highly weathered soils examined (two Oxisols, an Ultisol, and an acidic Vertisol) resulted in no observed decrease in P sorption following addition of OM leachate. Surprisingly, SB leachate transiently increased P sorption in the two Oxisol soils. Addition of the FA component of the leachates resulted in a transient (< 6 d) decrease in P sorption in three of the four soils examined and constituted the only evidence in this study that decomposing OM residues reduced P sorption. This research provides further evidence contradicting the long held assumption that inhibition of P sorption by dissolved organic compounds, derived from decomposing OM, is responsible for increased P phytoavailability when P fertilizer and OM are applied together.

Piggery pond sludge as a nitrogen source for crops - 2. Assay of wet and stockpiled piggery pond sludge by successive cereal crops or direct measurement of soil available N

The appropriate use of wastes is a significant issue for the pig industry due to increasing pressure from regulatory authorities to protect the environment from pollution. Nitrogen contained in piggery pond sludge ( PPS) is a potential source of supplementary nutrient for crop production. Nitrogen contribution following the application of PPS to soil was obtained from 2 field experiments on the Darling Downs in southern Queensland on contrasting soil types, a cracking clay ( Vertosol) and a hardsetting sandy loam (Sodosol), and related to potentially mineralisable N from laboratory incubations conducted under controlled conditions and NO3- accumulation in the field. Piggery pond sludge was applied as-collected ( wet PPS) and following stockpiling to dry ( stockpiled PPS). Soil NO3- levels increased with increased application rates of wet and stockpiled PPS. Supplementary N supply from PPS estimated by fertiliser equivalence was generally unsatisfactory due to poor precision with this method, and also due to a high level of NO3- in the clay soil before the first assay crop. Also low recoveries of N by subsequent sorghum ( Sorghum bicolor) and wheat ( Triticum aestivum) assay crops at the 2 sites due to low in-crop rainfall in 1999 resulted in low apparent N availability. Over all, 29% ( range 12 - 47%) of total N from the wet PPS and 19% ( range 0 - 50%) from the stockpiled PPS were estimated to be plant-available N during the assay period. The high concentration of NO3- for the wet PPS application on sandy soil after the first assay crop ( 1998 barley, Hordeum vulgare) suggests that leaching of NO3- could be of concern when high rates of wet PPS are applied before infrequent periods of high precipitation, due primarily to the mineral N contained in wet PPS. Low yields, grain protein concentrations, and crop N uptake of the sorghum crop following the barley crop grown on the clay soil demonstrated a low residual value of N applied in PPS. NO3- in the sandy soil before sowing accounted for 79% of the variation in plant N uptake and was a better index than anaerobically mineralisable N ( 19% of variation explained). In clay soil, better prediction of crop N uptake was obtained when both anaerobically mineralisable N (39% of variation explained) and soil pro. le NO3- were used in combination (R-2 = 0.49).

Efffluent flux prediction in variably saturated soil zones within a septic tank-soil absorption trench

The treatment and hydraulic mechanisms in a septic tank-soil absorption system ( SAS) are highly influenced by the clogging layer or biomat zone which develops on bottom and lower sidewall surfaces within the trench. Flow rates through the biomat and sub-biomat zones are governed largely by the biomat hydraulic properties (resistance and hydraulic conductivity) and the unsaturated hydraulic conductivity of the underlying soil. One- and 2-dimensional models were used to investigate the relative importance of sidewall and vertical flow rates and pathways in SAS. Results of 1-dimensional modelling show that several orders of magnitude variation in saturated hydraulic conductivity (Ks) reduce to a 1 order of magnitude variation in long-term flow rates. To increase the reliability of prediction of septic trench hydrology, HYDRUS-2D was used to model 2-dimensional flow. In the permeable soils, under high trench loading, effluent preferentially flowed in the upper region of the trench where no resistant biomat was present (the exfiltration zone). By comparison, flow was more evenly partitioned between the biomat zones and the exfiltration zones of the low permeability soil. An increase in effluent infiltration corresponded with a greater availability of exfiltration zone, rather than a lower resistance of biomat. Results of modelling simulations demonstrated the important role that a permeable A horizon may play in limiting surface surcharge of effluent under high trench hydraulic loading.