Selective Orthosteric Free Fatty Acid Receptor 2 (FFA2) Agonists IDENTIFICATION OF THE STRUCTURAL AND CHEMICAL REQUIREMENTS FOR SELECTIVE ACTIVATION OF FFA2 VERSUS FFA3

Free fatty acid receptor 2 (FFA2; GPR43) is a G protein-coupled seven-transmembrane receptor for short-chain fatty acids (SCFAs) that is implicated in inflammatory and metabolic disorders. The SCFA propionate has close to optimal ligand efficiency for FFA2 and can hence be considered as highly potent given its size. Propionate, however, does not discriminate between FFA2 and the closely related receptor FFA3 (GPR41). To identify FFA2-selective ligands and understand the molecular basis for FFA2 selectivity, a targeted library of small carboxylic acids was examined using holistic, label-free dynamic mass redistribution technology for primary screening and the receptor-proximal G protein [S-35] guanosine 5'-(3-O-thio) triphosphate activation, inositol phosphate, and cAMP accumulation assays for hit confirmation. Structure-activity relationship analysis allowed formulation of a general rule to predict selectivity for small carboxylic acids at the orthosteric binding site where ligands with substituted sp(3)-hybridized alpha-carbons preferentially activate FFA3, whereas ligands with sp(2)- or sp-hybridized alpha-carbons prefer FFA2. The orthosteric binding mode was verified by site-directed mutagenesis: replacement of orthosteric site arginine residues by alanine in FFA2 prevented ligand binding, and molecular modeling predicted the detailed mode of binding. Based on this, selective mutation of three residues to their non-conserved counterparts in FFA3 was sufficient to transfer FFA3 selectivity to FFA2. Thus, selective activation of FFA2 via the orthosteric site is achievable with rather small ligands, a finding with significant implications for the rational design of therapeutic compounds selectively targeting the SCFA receptors.

Porous organic-inorganic hybrid aerogels based on Cr3+/Fe3+ and rigid bridging carboxylates

A general method to prepare organic-inorganic hybrid aerogels has been presented. A series of organic-inorganic hybrid aerogels were successfully produced from 3d trivalent transition metals (Cr3+, Fe3+) and bridging carboxylic acids. Gelation of the Cr(III) gels was achieved by heating the precursor solution to temperatures above 80 degrees C, which is in sharp contrast to usual supramolecular gels. Among a range of ligands used, highly porous aerogels could be prepared from rigid carboxylate, e.g. 1,4-benzenedicarboxylate and 1,3,5-benzenetricarboxylate. The porous aerogels can be described as a coherent, rigid spongy network of continuous nanometre-sized particles, which is significantly different from the usual fibrous network of supramolecular gels. The aerogels have tunable porous structures with micro-and mesoporosity depending on their reactant concentrations. Their surface areas, pore volumes, and average pore sizes were analysed by using nitrogen sorption, and the accessibility of the pores to bulky molecules was also evaluated. It represents a strategy to prepare hybrid materials with large porosity utilising structurally simple building blocks as precursors.

Mechanistic studies of the photocatalytic oxidation of microcystin-LR: An investigation of byproducts of the decomposition process

Microcystins (cyclic heptapeptides) are produced by a number of freshwater cyanobacteria and cause concern in potable water supplies due to their acute and chronic toxicity. The present study reports the structural characterization of the degradation products of the photocatalytic oxidation of microcystin-LR, so aiding the mechanistic understanding of this process. TiO₂ photocatalysis is a promising technology for removal of these toxins from drinking water. However, before it can be adopted in any practical application it is necessary to have a sufficient knowledge of degradation byproducts and their potential toxicity. Liquid chromatography-mass spectrometry analysis demonstrated that the major destruction pathway of microcystin appears to be initiated via three mechanisms: UV irradiation, hydroxyl radical attack, and oxidation. UV irradiation caused geometrical isomerization of microcystin converting the (4E), (6E) of the Adda configuration to (4E), 6(Z) or 4(Z), 6(E). Hydroxyl radical attack on the conjugated diene structure of Adda moiety produced dihyroxylated products. Further oxidation cleaved the hydroxylated 4-5 and/or 6-7 bond of Adda to form aldehyde or ketone peptide residues, which then were oxidized into the corresponding carboxylic acids. Photocatalysis also hydrolyzed the peptide bond on the ring structure of microcystin to form linear structures although this appeared to be a minor pathway.

A nitrile-metabolising enzyme and a process for producing an acid using same

The present invention relates to an isolated nucleotide sequence and corresponding polypeptide derived from the nitrile-metabolising Pantoea strain deposited under NCIMB 41854. Said isolated polypeptide acts as a nitrilase and the invention extends to a process for producing a carboxylic acid using said isolated polypeptide to metabolise nitriles such as 3-hydroxyglutaronitrile, 3-hydroxybutyronitrile and 3- hydroxy-phenylpropionitrile to form corresponding carboxylic acids.

Origin, seasonality and chemical characteristics of rainwater in Aveiro

Este trabalho teve como objectivo caracterizar quimicamente a água da chuva recolhida na cidade de Aveiro, localizada a sudoeste da Europa, no período de Setembro de 2008 a Setembro de 2009. Para matrizes diluídas como a da água da chuva, as metodologias analíticas a utilizar para se conseguir uma rigorosa caracterização química são de grande importância e ainda não estão uniformizadas. Assim, para caracterizar a fracção orgânica, primeiramente foram comparadas duas metodologias de filtração (0.22 e 0.45 μm) e foram estudados dois procedimentos de preservação da água da chuva (refrigeração e congelação), utilizando a espectroscopia de fluorescência molecular. Além disso, foram comparados dois procedimentos de isolamento e extracção da matéria orgânica dissolvida (DOM) da água da chuva, baseados na sorção nos sorbentes DAX-8 e C-18, utilizando as espectroscopias de ultravioleta-visível e fluorescência molecular. Relativamente aos resultados das metodologias de filtração e preservação, é recomendada a filtração por 0.45 μm, assim como, as amostras de água da chuva deverão ser mantidas no escuro a 4ºC, no máximo até 4 dias, até às análises espectroscópicas. Relativamente à metodologia de isolamento e extracção da DOM, os resultados mostraram que o procedimento de isolamento baseado na C-18 extraiu a DOM que é representativa da matriz global, enquanto que o procedimento da DAX-8 extraiu preferencialmente a fracção do tipo húmico. Como no presente trabalho pretendíamos caracterizar a fracção do tipo húmico da DOM da água da chuva, foi escolhida a metodologia de isolamento e extracção baseada na sorção no sorvente DAX-8. Previamente ao isolamento e extracção da DOM da água da chuva, toda a fracção orgânica das amostras de água da chuva foi caracterizada pelas técnicas de ultravioleta-visível e de fluorescência molecular. As amostras mostraram características semelhantes às de outras águas naturais, e a água da chuva do Verão e Outono apresentou maior conteúdo da matéria orgânica dissolvida cromofórica que a do Inverno e Primavera. Posteriormente, a fracção do tipo húmico de algumas amostras de água da chuva, isolada e extraída pelo procedimento baseado na DAX-8, foi caracterizada utilizando as técnicas espectroscópicas de ultravioleta-visível, fluorescência molecular e ressonância magnética nuclear de protão. Todos os extractos continham uma mistura complexa de compostos hidroxilados e ácidos carboxílicos, com uma predominância da componente alifática e um baixo conteúdo da componente aromática. A fracção inorgânica da água da chuva foi caracterizada determinando a concentração das seguintes espécies iónicas: H+, NH4 +, Cl-, NO3 -, SO4 2-. Os resultados foram comparados com os obtidos na chuva colectada no mesmo local entre 1986-1989 e mostraram que de todos os iões determinados a concentração de NO3 - foi a única que aumentou (cerca do dobro) em 20 anos, tendo sido atribuído ao aumento de veículos e emissões industriais na área de amostragem. Durante o período de amostragem cerca de 80% da precipitação esteve associada a massas de ar oceânicas, enquanto a restante esteve relacionada com massas que tiveram uma influência antropogénica e terrestre. De um modo geral, para as fracções orgânica e inorgânica da água da chuva analisadas, o conteúdo químico foi menor para as amostras que estiveram associadas a massas de ar marítimas do que para as amostras que tiveram contribuições terrestres e antropogénicas.

Synthesis and biological activities of polyphenolic hybrids - evaluation of anti-cancer, anti-inflammatory and antioxidant activities

Os compostos polifenólicos constituem uma classe de metabolitos secundários de plantas, mas existe também uma enorme quantidade de derivados sintéticos ou semi-sintéticos contendo múltiplas unidades fenólicas. Estes compostos apresentam importantes características biológicas, que dependem das suas estruturas básicas. Certos derivados desta família de compostos, tais como flavonoides, cromonas e cumarinas contribuem para os benefícios da dieta humana, e partilham o núcleo de benzopiran-(2 e 4)-ona ou benzofuran-3-ona. A presente dissertação inclui uma introdução geral e três capítulos que descrevem as novas rotas sintéticas estabelecidas para a preparação de novos híbridos de diversos compostos polifenólicos, assim como a sua elucidação estrutural e termina com a presentação dos resultados da avaliação biológica desses mesmos compostos. No segundo capítulo discute-se a preparação de híbridos de pirimidina- e imidazolidina-polifenóis, especialmente a síntese diastereoseletiva de novos híbridos benzofuran-3-ona-hidantoína e derivados de uracilo. A rota sintética envolve a ação de carbodiimidas sobre os ácidos cromona-(2- e 3)-carboxílicos num só passo ou em dois passos sequenciais, catalisada por uma base orgânica ou inorgânica. O terceiro capítulo descreve reações do tipo adições conjugadas 1,4 - hetero-ciclisações em cascata de compostos 1,3-dicarbonílicos em ácido cromona-3-carboxílico catalisadas por uma base orgânica, que originaram novas cromonas, cromanonas e flavonas polissubstituídas. As bispiranonas [bispiran-2 e 4)-onas] foram elaboradas numa reacção de acoplamento da 4-hidroxicumarina ou da lactona do ácido triacético com o ácido cromona-3-carboxílico ou precursores formil-funcionalizados (ω-formil-2’-hydroxy acetofenonas e cromona-3-carbaldeídos) utilizando organocatálise básica. Finalmente, alargou-se o estudo das adições conjugadas 1,4 para uma variedade de 4-hidroxipiran-2-onas e cetonas α,β-insaturadas para originar novos análogos de warfarina. Obteve-se uma variedade de estruturas complexas por hibridação das unidades de 4-hidroxicumarina ou da lactona do ácido triacético com os novos derivados de cromonas polissubstituídas. Todos as reações foram executadas em condições suaves e ambientalmente favoráveis, utilizando a 4-pirrolidinopiridina como organocatalisador básico. As estruturas dos novos híbridos polifenólicos foram caracterizados por técnicas espectroscópicas de alta resolução, incluindo espectroscopia de ressonância magnética nuclear (1D e 2D) e por difractometria de raios-X, que nos permitiram resolver o complexidade estrutural dos compostos sintetizados. O quarto capítulo apresenta os resultados da avaliação biológica obtidos com os híbridos polifenólicos sintetizados neste trabalho, mostrando a possibilidade de seu envolvimento na terapia do cancro. A maioria dos compostos foram avaliados quanto ao seu efeito sobre a citotoxicidade e proliferação de células leucémicas e ao seu envolvimento na regulação de via pró-inflamatória NF-kB, na qual, os híbridos de biscumarinas exibiram actividades elevadas (IC50 = 6-19 μM para inibição de NF-kB depois de 8 horas de incubação e IC50 = 15-39 μM para efeitos citotóxicos em células cancerosas, após 24 horas de incubação). Uma inibição moderada das enzimas HDAC e Cdc25 foi induzida pelos derivados de benzofuran-3-ona-hidantoína. Catorze dos novos derivados polifenólicos polissubstituídos, tendo como estrutura básica a benzopiran-4-ona, foram avaliados pela sua actividade quimiopreventiva do cancro mediada pela indução de sinalização citoprotectora Nrf2 (fator 2 relacionado com o fator nuclear da proteína E2) e capacidade para inibir a proliferação das células de cancro da mama. Os derivados da classe das cromanonas foram identificados como os indutores mais potentes da actividade Nrf2. As concentrações necessárias para aumentar a actividade de luciferase em 10 vezes (C10) foram de 2,8-21,3 μM. Todos os novos híbridos polifenólicos que apresentam atividade citotóxica e anti-proliferativa não afectam o crescimento de células saudáveis periféricas do sangue (PBMC) (IC50 > 50 μM), indicando a sua seletividade para as células cancerosas e sugerindo que alguns deles são estruturalmente interessantes para posteriores análises. A avaliação da atividade antioxidante utilizando os testes do radical livre DPPH e o poder redutor do ião férrico FRAP foram realizados em algumas estruturas híbridas polifenólicas.

Receptores de aniões baseados em azacalix[4]arenos e isoftalamidas

Nesta tese, desenvolvida no âmbito do Programa Doutoral em Química da Universidade de Aveiro, foram desenvolvidos novos receptores sintéticos construídos a partir da plataforma macrocíclica tetraazacalix[2]areno[2]triazina ou do fragmento de isoftalamida. Ambas as unidades estruturais foram decora-das com grupos de reconhecimento molecular baseados em grupos amida e/ou ureia com o objectivo de actuarem como receptores selectivos de aniões com importância biológica ou farmacológica, incluindo acetato, oxalato, malo-nato, succinato, glutarato, diglicolato, L- e D-NHBoc-alanina, (S)- e (R)-fenilpro-panoato, (S,S)- e (R,R)-tartarato, fumarato, maleato, Cl-, HCO3-, H2PO4-, HSO4- e SO42-. No Capítulo 1 é efectuada uma revisão bibliográfica dos desenvolvimentos recentes na síntese, caracterização estrutural e aplicações de receptores fun-cionais relacionados com os desenvolvidos no âmbito desta tese, com especial incidência para aqueles que foram estudados como receptores de aniões. Neste domínio, enquanto que receptores derivados da isoftalamida têm sido bastante estudados ao longo das últimas décadas, o desenvolvimento de receptores de aniões inspirados em heteracalix[2]areno[2]triazinas ainda se encontra a dar os primeiros passos. No Capítulo 2 é apresentada a síntese de quatro novos macrociclos derivados de tetraazacalix[2]areno[2]triazina incorporando um ou dois braços de L-alanina (A1, A2) ou de L-leucina (L1, L2) nos anéis benzénicos, e derivados com grupos amida como unidades de reconhecimento. Adicionalmente, são também apresentados dois novos azacalix[2]areno[2]triazinas contendo um (U1) ou dois (U2) braços com grupos ureia substituídos com um grupo (S)-metilbenzílico. Foram ainda preparados os macrociclos A2Me4 e U2Me4 por metilação dos átomos de azoto em ponte de A2 e U2, os quais foram posterior-mente utilizados em estudos de associação. Os compostos sintetizados foram caracterizados através de técnicas espectroscópicas, complementadas por difracção de raios X de cristal único no caso de U2Me4. O Capítulo 3 contempla os estudos de reconhecimento molecular entre os macrociclos A2Me4 e U2Me4 e os aniões derivados de ácidos mono- e dicarbo-xílicos alifáticos, ácidos carboxílicos isoméricos (enantiómeros e isómeros geométricos), aminoácidos e polioxaniões acima referidos, excepto HCO3-. Os estudos de associação foram realizados através de técnicas de titulação por RMN 1H com determinação das respectivas constantes de afinidade. Todas as associações estudadas apresentaram uma estequiometria receptor-substrato 1:1 com excepção das associações formadas entre A2Me4 e U2Me4 com H2PO4- (1:2). Os complexos A2Me4∙SO42- e U2Me4∙(H2PO4-)2 são os mais estáveis com constantes de associação de 7,4 × 104 M-1 e superior a 105 M-2, respectivamente. O reconhecimento dos dicarboxilatos ocorreu através dos dois braços do macrociclo, com os aniões com grupos carboxilato separados por cadeias alifáticas mais compridas (glutarato e diglicolato) apresentando um melhor ajuste aos braços de A2Me4 e U2Me4. Não foi observado reconheci-mento enantiosselectivo de aniões. Em contraste, as constantes de afinidade para as associações com os aniões dos isómeros cis (maleato) e trans (fumarato) do ácido but-2-enodióico, de 89 e 4920 M-1 para A2Me4 e 481 e 4007 M-1 para U2Me4, respectivamente, sugerem selectividade de ambos os receptores para o fumarato. No Capítulo 4 é descrita a síntese de nove receptores acíclicos incorporando a unidade de isoftalamida (Iso-1 a Iso-9) e braços laterais com grupos de reconhecimento de aniões. Enquanto que o receptor Iso-1 possui como unida-des de reconhecimento apenas grupos amida, os receptores Iso-2, Iso-3, Iso-5, Iso-6, Iso-7 e Iso-9 possuem grupos amida e ureia, e os derivados Iso-4 e Iso-8 grupos amida e sulfonilureia. Em cada um destes compostos, os grupos de reconhecimento estão separados por uma cadeia etilénica cuja flexibilidade confere um melhor ajuste com os aniões. Os derivados de isoftalamida preparados foram caracterizados através de técnicas espectroscópicas. No Capítulo 5 são apresentados os estudos de associação realizados por técnicas de titulação por RMN 1H entre Iso-1, Iso-2, Iso-4, Iso-6 e Iso-8 com os aniões H2PO4-, HCO3-, Cl- e oxalato. Os receptores Iso-1, Iso-2 e Iso-6 apresentaram maior afinidade para o dianião, com valores de Kass de 6100, 7800 e 9800 M-1 respectivamente, e menor para Cl- (17 < Kass < 19 M-1). Foram sempre formadas associações mais estáveis com H2PO4- (294 < Kass < 427 M-1) comparativamente a HCO3-, sendo que a associação mais forte com este últi-mo foi determinada com Iso-2 (Kass = 95 M-1). As moléculas de Iso-4 e Iso-8 sofreram desprotonação dos grupos sulfonilureia na presença de todos os aniões excepto de Cl-. No Capítulo 6 apresentam-se as conclusões gerais e no Capítulo 7 descrevem-se os procedimentos experimentais e também os dados espectroscópicos dos produtos obtidos.

Physiology and metabolic profile of Moringa olifera and Eucalyptus globulus plants subjected to climate changes

As alterações climáticas emergentes têm um grande impacto no crescimento e desenvolvimento de espécies florestais, nomeadamente em espécies de valor industrial e medicinal, como é o caso do eucalipto (Eucalyptus globulus) e da moringa (Moringa oleifera). Assim, é urgente conhecer as respostas fisiológicas e entender as variações que ocorrem nos perfis metabólicos de espécies vegetais. Neste trabalho, plantas jovens de Eucalyptus globulus foram expostas a radiação UVB (12kJ/m2) e foram avaliadas as respostas fisiológicas e o perfil metabólico, um e onze dias após a aplicação da radiação. A dose de UVB usada não afetou as reações fotoquímicas nem as trocas gasosas, contudo ao nível do metabolismo do carbono (AST e amido) e do conteúdo de pigmentos verificaram-se pequenas alterações (AST e pigmentos). Através da análise do perfil metabólico de E. globulus foram encontrados compostos voláteis e semi-voláteis pertencentes às famílias dos terpenos, sesquiterpenos e aldeídos. Em geral, os sesquiterpenos e os álcoois monoterpénicos apresentaram uma tendência para manter e, em alguns casos, diminuir com o stress, enquanto que o grupos dos aldeídos aumentou e os monoterpenos apresentaram um comportamento mais heterogéneo. O E. globulus mostrou ser uma espécie tolerante à aplicação da dose de UVB usada neste trabalho. Por outro lado, plantas jovens de M. oleifera foram expostas a défice hídrico (DH). Um grupo de plantas foi recolhido um dia após o final da exposição e o outro grupo após onze dias do final da exposição. Foi avaliado o perfil metabólico desta espécie através de GC/MS. Os dados cromatográficos indicaram que em condições de stress (DH(1) e DH(11)), as quantidades de compostos associados a vias primárias e secundárias de defesa (como os alcanos, álcoois, ácidos carboxílicos, esteróis, aminoácidos e açucares) sofreram algumas alterações. As plantas analisadas 11 dias após a remoção do stress mostraram maiores variações do perfil de metabolitos. No entanto, tanto um como onze dias após a remoção do stress, as plantas apresentaram a formação de novos rebentos. Apesar do perfil de metabolitos ter sofrido algumas alterações, por não se registarem casos de morte, conclui-se que as plantas de moringa mostraram ser tolerantes aos tratamentos aplicados.

Cobalt complexes bearing scorpionate ligands: Synthesis, characterization, cytotoxicity and DNA cleavage

A number of novel, water-stable redox-active cobalt complexes of the C-functionalized tripodal ligands tris(pyrazolyl)methane XC(pz)(3) (X = HOCH2, CH2OCH2Py or CH2OSO2Me) are reported along with their effects on DNA. The compounds were isolated as air-stable solids and fully characterized by IR and FIR spectroscopies, ESI-MS(+/-), cyclic voltammetry, controlled potential electrolysis, elemental analysis and, in a number of cases, also by single-crystal X-ray diffraction. They showed moderate cytotoxicity in vitro towards HCT116 colorectal carcinoma and HepG2 hepatocellular carcinoma human cancer cell lines. This viability loss is correlated with an increase of tumour cell lines apoptosis. Reactivity studies with biomolecules, such as reducing agents, H2O2, plasmid DNA and UV-visible titrations were also performed to provide tentative insights into the mode of action of the complexes. Incubation of Co(II) complexes with pDNA induced double strand breaks, without requiring the presence of any activator. This pDNA cleavage appears to be mediated by O-centred radical species.

Engineering bio-based polymers using alternative solvents and processes

The work presented in this thesis explores novel routes for the processing of bio-based polymers, developing a sustainable approach based on the use of alternative solvents such as supercritical carbon dioxide (scCO2), ionic liquids (ILs) and deep eutectic solvents (DES). The feasibility to produce polymeric foams via supercritical fluid (SCF) foaming, combined with these solvents was assessed, in order to replace conventional foaming techniques that use toxic and harmful solvents. A polymer processing methodology is presented, based on SCF foaming and using scCO2 as a foaming agent. The SCF foaming of different starch based polymeric blends was performed, namely starch/poly(lactic acid) (SPLA) and starch/poly(ε-caprolactone) (SPCL). The foaming process is based on the fact that CO2 molecules can dissolve in the polymer, changing their mechanical properties and after suitable depressurization, are able to create a foamed (porous) material. In these polymer blends, CO2 presents limited solubility and in order to enhance the foaming effect, two different imidazolium based ILs (IBILs) were combined with this process, by doping the blends with IL. The use of ILs proved useful and improved the foaming effect in these starch-based polymer blends. Infrared spectroscopy (FTIR-ATR) proved the existence of interactions between the polymer blend SPLA and ILs, which in turn diminish the forces that hold the polymeric structure. This is directly related with the ability of ILs to dissolve more CO2. This is also clear from the sorption experiments results, where the obtained apparent sorption coefficients in presence of IL are higher compared to the ones of the blend SPLA without IL. The doping of SPCL with ILs was also performed. The foaming of the blend was achieved and resulted in porous materials with conductivity values close to the ones of pure ILs. This can open doors to applications as self-supported conductive materials. A different type of solvents were also used in the previously presented processing method. If different applications of the bio-based polymers are envisaged, replacing ILs must be considered, especially due to the poor sustainability of some ILs and the fact that there is not a well-established toxicity profile. In this work natural DES – NADES – were the solvents of choice. They present some advantages relatively to ILs since they are easy to produce, cheaper, biodegradable and often biocompatible, mainly due to the fact that they are composed of primary metabolites such as sugars, carboxylic acids and amino-acids. NADES were prepared and their physicochemical properties were assessed, namely the thermal behavior, conductivity, density, viscosity and polarity. With this study, it became clear that these properties can vary with the composition of NADES, as well as with their initial water content. The use of NADES in the SCF foaming of SPCL, acting as foaming agent, was also performed and proved successful. The SPCL structure obtained after SCF foaming presented enhanced characteristics (such as porosity) when compared with the ones obtained using ILs as foaming enhancers. DES constituted by therapeutic compounds (THEDES) were also prepared. The combination of choline chloride-mandelic acid, and menthol-ibuprofen, resulted in THEDES with thermal behavior very distinct from the one of their components. The foaming of SPCL with THEDES was successful, and the impregnation of THEDES in SPCL matrices via SCF foaming was successful, and a controlled release system was obtained in the case of menthol-ibuprofen THEDES.

Large amplitude motions in the S1 state of formic acid /

A detailed theoretical investigation of the large amplitude motions in the S, excited electronic state of formic acid (HCOOH) was done. This study focussed on the the S, «- So electronic band system of formic acid (HCOOH). The torsion and wagging large amplitude motions of the S, were considered in detail. The potential surfaces were simulated using RHF/UHF ab-initio calculations for the two electronic states. The energy levels were evaluated by the variational method using free rotor basis functions for the torsional coordinates and harmonic oscillator basis functions for the wagging coordinates. The simulated spectrum was compared to the slit-jet-cooled fluorescence excitation spectrum allowing for the assignment of several vibronic bands. A rotational analysis of certain bands predicted that the individual bands are a mixture of rotational a, b and c-type components.The electronically allowed transition results in the c-type or Franck-Condon band and the electronically forbidden, but vibronically allowed transition creates the a/b-type or Herzberg-Teller components. The inversion splitting between these two band types differs for each band. The analysis was able to predict the ratio of the a, b and c-type components of each band.

NMR studies of strong hydrogen bond to fluoride ion

Systems such as MF/diol (M = alkali metal) and }1F/carboxylic acid were subjected to IH, I9F and 13C nmr study to investigate the nature of the very strong H-bonding of fluoride ions with these systems. Evidence indicates a strong H-bond in diol-fluoride systems (~H ~ -(56) kJ mol-I) which is stronger than most 'typical' H-bonds (~H = -(12-40) kJ mol-I), but weaker than that reported for carboxylic acid-fluoride systems (~H ~ -(120) kJ mol-I). Approximate fluoride H-bonded shifts (o(OH)OHF) were evaluated for MF/diol systems from IH chemical shift measurements. No direct correlation was observed between I9F chemical shift and H-bond strength. Thermodynamic parameters were calculated from temperature dependent IH and 19F shifts. Preliminary studies of BUn 4NF-acetylacetone by I9F nmr were conducted at low temperatures and a possible Jmax (ca. 400 Hz) is reported for the fluoride ion H-bonded to acetylacetone. Highfield shift for non-protonated carbons and downfield shift for protonated carbons were observed in carboxylic acid/KF systems. Significant decreas$in I3C TI due to strong H-bonding to fluoride ions were also detected in both diol and carboxylic acid systems. Anomalous results were obtained, such as increasing NOE with increasing temperature in neat 1,2-ethanediol (values above the theoretical maximum of 1.988) and in 1,2-ethanediol/KF. The large 13C NOE's for carboxy carbons in neat carboxylic acids which are. further enhanced by the addition of KF are also unusual.

Strong hydrogen bonding in organic synthesis

The preparation of phenacyl and para-phenylphenacyl esters, the reactions of carboxylic acids, phenols, 2-nitropropane and alcohols with alkyl halides in the presence of fluoride anion are described. The reactions are thought to be accelerated by the formation of hydrogen bonds between the fluoride anion and the organic electron acceptor. The fluoride ,carboxylic acids, fluoride-phenols and fluoride-2-nitropropane are better reaction systems than the fluoride-alcohol. The source of the fluoride anion and the choice of solvents are also discussed.

The nucleophillic substitution of various chloroanthraquinones of their possible rearrangement via aryne intermediates

The work in this thesis deals mainly with nucleophilic substitution of chloroanthraquinones as a route to various starting materials which might rearrange, via aryne intermediates to afford fused-ring heterocy1ic carboxylic acids. 1-Amino-5-chloroanthraquinone was successfully prepared by reacting 1,5-dichloroanthraquinone with sodium aZide in ref1uxing dimethylsulfoxide (DMSO). It could also be prepared from the same starting material by reaction with ammonia (gas) in DMSO in the presence of potassium fluoride. Treatment of l-amino-5-chloroanthraquinone with potassium amide in liquid ammonia or with potassium t-butoxide in t-butylbenzene returned mainly starting material, although in the latter case some 1-amino-5-hydroxyanthraquinone was also isolated. 1-Hydroxy-5-chloroanthraquinone was ultimately prepared by diazotization of the amino-analog. It was recovered almost quantitatively after treatmenu'with potassium amide in liquid ammonia. The reaction with potassium t-butoxide in t-buty1benzene was anomalous and gave 1-hydroxyanthraquinone as the only iso1able product. Acridines were successfully prepared by the action of 70% sulfuric acid on 1,5-bis(p-toluidino)-anthraquinone and 1-p-toluidino-5- ch10roanthraquinone, and in the latter case, cleavage to give an acridinecarboxylate was attempted. Substituted anthraquinones reacted with sodium azide in sulfuric acid to give azepindiones by -NH insertion. Methods for separating and identifying isomeric mixtures of these compounds were examined. Attempted decarbonylation of selected azepindiones to give acridones gave mainly what were thought to be amino-benzophenone derivatives. Chloroanthraquinones were found to react with hexamethylphosphoramide (HMPA) to give mixtures of the dimethylamino- and methylaminoderivatives. Under the same conditions halogeno-nitrobenzenes and nitrophenols were substituted to give the appropriate dimethyl aminobenzenes, except in two cases. 3-Chloronitrobenzene reacted anomalously to give a small amount of 3,3'-dichloroazobenzene and a trace of 4-dimethylamino-nitrobenzene. Pentachlorophenol reacted to give a pentachlorophenylphosphorodiamidate in good yield.

The regulation of oat coleoptile phosphoenolpyruvate carboxylase and malic enzyme by Hâ ½ and metabolites : kinetic evidence for and against a cytosolic pH-stat

Phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) and malic enzyme activities in soluble protein extracts of Avena coleoptiles were investigated to determine whether their kinetics were consistent with a role in cytosol pH regulation. Malic enzyme activity was specific for NADP+ and Mn2+. Maximal labelled product formation from [14C]-substrates required the presence of all coenzymes, cofactors and substrates. Plots of rate versus malate concentration, and linear transformations there- 2 of, indicated typical Michaelis-Menten kinetics at non-saturating malate levels and substrate inhibition at higher malate levels. pH increases between 6.5 and 7.25 increased near-optimal activity, decreased the degree of substrate inhibition and the Kmapp(Mn2+) but did not affect the Vmax or Kmapp(malate). Transformed data of PEPC activity demonstrated non-linear plots indicative of non-Michaelian kinetics. pH increases between 7.0 and 7.6 increased the Vmax and decreased the Km app (Mg2+) but did not affect the Kmapp(PEP). Various carboxylic acids and phosphorylated sugars inhibited PEPC and malic enzyme activities, and these effects decreased with pH increases. Metabolite inhibited malic enzyme activity was non-competitive and resulted mainly from Mn2+ chelation. In contrast, metabolite inhibited PEPC activity was unique for each compound tested, being variously dependent on the PEP concentration and the pH employed. These results indicate that fluctuations in pH and metabolite levels affect PEPC and malic enzyme activities similarly and that 3 the in vitro properties of PEPC are consistent with its proposed role in a pH-stat, whereas the in vitro properties of the malic enzyme cannot be interpreted in terms of a role in pH regulation.