Tailored epoxide monomers as building units for multifunctional poly(ethylene glycol)

Poly(ethylenglykol) (PEG) ist eines der wichtigsten Polymere für pharmazeutische und biomedizinische Zwecke. Dies lässt sich vor allen Dingen auf seine ausgezeichnete Biokompatibilität, seine hohe chemische Stabilität sowie seine sehr gute Wasserlöslichkeit zurückführen. Neben seiner Anwendung in Produkten wie Lebensmitteln und Kosmetika ist PEG vor allem im pharmazeutischen Bereich unersetzlich geworden. Hier dient PEG als Grundlage für Salben, es kommt aber auch in der sogenannten „PEGylierung“ zum Einsatz. Unter PEGylierung versteht man die kovalente Verknüpfung von PEG mit Wirkstoffmolekülen, beispielsweise Proteinen oder niedermolekularen Medikamenten. In der akademischen Forschung sind aber auch PEGylierte Nanopartikel oder durch PEG stablisierte Liposomen für die Applikation im Bereich der Medizin von hohem Interesse. Trotz seiner breiten Verwendung hat PEG zwei entscheidende Nachteile: Zum einen benötigt man gerade im Hinblick auf PEGylierungen viele funktionelle Gruppe, jedoch trägt PEG maximal zwei Hydroxyl-Gruppen (die Endgruppen), die für kovalente Verknüpfungen genutzt werden können. Zum anderen ist PEG nicht in physiologischer Umgebung abbaubar und kann daher in vivo oberhalb eines Molekulargewichts von 40 000 g/mol nicht eingesetzt werden, da sonst eine Ausscheidung über die Niere nicht möglich ist und eine ungewollte Anreicherung im Körper stattfindet.rnDie durch die geringe Anzahl an Endgruppen limitierte Beladungsdichte kann durch das Design neuer Epoxid-Derivate und deren statistischen Einbau in das PEG Rückgrat deutlich verbessert werden. Im ersten Teil dieser Arbeit werden drei neuartige funktionelle Oxirane vorgestellt, die systematisch mit Ethylenoxid copolymerisiert wurden, was die selektive Einführung verschiedener funktioneller Gruppen am Polymerrückgrat ermöglicht. Im Vordergrund der Betrachtungen standen die Eigenschaften der neuartigen multifunktionellen (mf)-PEG Copolymere im Hinblick auf ihr thermisches Verhalten sowie die Verteilung der funktionellen Gruppen (Mikrostruktur) innerhalb des PEG-Rückgrats. Die gezielte Adressierbarkeit der funktionellen Gruppen konnte durch verschiedene Modellreaktionen bestätigt werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass sich mit der vorgestellten Synthesestrategie komplexe Hybridmaterialien, beispielsweise metallhaltige Polyether, darstellen lassen. Mit Hinblick auf die biomedizinischen Anwendungen und die Konkurrenz zu etablierten PEG-Hompolymeren, standen die Wasserlöslichkeit und die Toxizität der synthetisierten Materialien im Zentrum weiterer Untersuchungen. Alle dargestellten Polymere zeigten einen Trübungspunkt in Wasser, der sich in Abhängigkeit der Zusammensetzung und Hydrophobizität der Comonomere über ein weites Temperaturspektrum variieren und somit systematisch einstellen ließ. Die Toxizität der statistischen mf-PEGs lag im Bereich von PEG, was die mf-PEGs interessant für biomedizinische Anwendung macht.rnIm zweiten Teil der Arbeit wurden Copolymerisationen verwendet, um über erstmals hergestellte Epoxid-Inimere sauer spaltbare Einheiten in das Polyetherrückgrat einzuführen. Die neuen, verzweigten Strukturen wurden auf die Zersetzung in physiologisch relevantem Milieu untersucht. Die erzielte pH-abhängige Spaltbarkeit, kann für potenzielle Anwendungen beispielsweise in der Krebstherapie, von Vorteil sein.rn

Design of custom-shaped vascularized tissues using microtissue spheroids as minimal building units

Tissue engineering strategies are gathering clinical momentum in regenerative medicine and are expected to provide excellent opportunities for therapy for difficult-to-treat human pathologies. Being aware of the requirement to produce larger artificial tissue implants for clinical applications, we used microtissues, produced using gravity-enforced self-assembly of monodispersed primary cells, as minimal tissue units to generate scaffold-free vascularized artificial macrotissues in custom-shaped agarose molds. Mouse myoblast, pig and human articular-derived chondrocytes, and human myofibroblast (HMF)-composed microtissues (microm3 scale) were amalgamated to form coherent macrotissue patches (mm3 scale) of a desired shape. Macrotissues, assembled from the human umbilical vein endothelial cell (HUVEC)-coated HMF microtissues, developed a vascular system, which functionally connected to the chicken embryo's vasculature after implantation. The design of scaffold-free vascularized macrotissues is a first step toward the scale-up and production of artificial tissue implants for future tissue engineering initiatives.

Application of a building cost estimation model to the appraisal of the churches damaged by earthquakes in Lorca (Spain)

The objective of this paper is the development of a building cost estimation model whose purpose is to quickly and precisely evaluate rebuilding costs for historic heritage buildings affected by catastrophic events. Specifically, this study will be applied to the monumental buildings owned by the Catholic Church that were affected by two earthquakes on May 11, 2011 in the town of Lorca. To estimate the initial total replacement cost new, calculation model will be applied which, on the one hand, will use two-dimensional metric exterior parameters and, on the other, three-dimensional interior cubic parameters. Based on the total of the analyzed buildings, and considering damage caused by the seismic event, the final reconstruction cost for the building units ruined by the earthquakes can be estimated. The proposed calculation model can also be applied to other emergency scenarios and situations for the quick estimation of construction costs necessary for rebuilding historic heritage buildings which have been affected by catastrophic events that deteriorate or ruin their structural or constructive configuration.

Descrições estruturais cristalinas de zeólitos

Crystalline structures of zeolites can be studied using different representations: the internal symmetry obtained by X-Ray or neutron diffraction crystallography techniques or a systematic analysis of the basic structural units which can be arranged to build the geometries of each kind of zeolite. In this work the basic concepts of three building units, SBU (Secondary Building Units), SSU (Structural SubUnits) and PBU (Periodic Building Units) are presented. The properties of the resulting crystalline structures are discussed (pores, cavities, channels), describing the influence of each one of these properties in processes of physical-chemical interest. Representative case studies of known zeolite crystalline structures are also discussed in terms of their space group classification.

Descrições estruturais cristalinas de zeólitos

Crystalline structures of zeolites can be studied using different representations: the internal symmetry obtained by X-Ray or neutron diffraction crystallography techniques or a systematic analysis of the basic structural units which can be arranged to build the geometries of each kind of zeolite. In this work the basic concepts of three building units, SBU (Secondary Building Units), SSU (Structural SubUnits) and PBU (Periodic Building Units) are presented. The properties of the resulting crystalline structures are discussed (pores, cavities, channels), describing the influence of each one of these properties in processes of physical-chemical interest. Representative case studies of known zeolite crystalline structures are also discussed in terms of their space group classification.

The synthesis and characterisation of four new antimony sulphides incorporating transition-metal complexes

Four new antimony sulphides, [T(dien)(2)]Sb6S10 center dot xH(2)O [T = Ni (1), Co (2) x approximate to 0.45], [Co(en)(3)]SbsSI(3) (3) and [Ni(en)(3)]Sb12S19 (4), have been synthesised under solvothermal conditions. In compounds (1) - (3), Sb12S228- secondary building units are connected to form layered structures. In (1) and (2), Sb-6 S-2- layers containing Sb16S16 heterorings are separated by [T(dien]2](2+) cations, whilst in (3), Sb8 S2- layers 10 13 contain [Co(en)3]2+ cations within large Sb22S22 pores. Compound (4) adopts a three-dimensional structure in which [Ni(en)3 12 cations lie within ca. 5 A wide channels. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

New copper(I) cyanide networks: interpenetration, self-penetration and polymorphism

The structures Of four alkali-metal copper (I) cyanides, KCu2(CN)(3)(H2O)-H-.-II (I), K2Cu3(CN)(5) (II), CsCu3(CN)(4) (III) and KCu3(CN)(4) (IV) are described. Three of these, ((II)-(IV)), with previously unknown ACN:CuCN ratios have new copper-cyanide frameworks, whilst (1) is a new polymorph of KCu2(CN)(3)(H2O)-H-.. These structures are discussed in terms of assembly from the simple building units Cu(CN)(2/2), Cu(CN)(3/2), Cu(CN)(2/2)(CN)(1/1) and Cu(CN)(4/2). Compounds (I), (II) and (III) are layered materials based on (6,3) nets containing (CuCN)(6) rings (I) and (CuCN)(8) rings (II) and (III). In compound (IV), (4,4) nets containing (CuCN)(12) rings link to generate a three-dimensional network. Both (III) and (IV) are examples of interpenetrating solids in which two and four identical networks interweave, respectively. These materials illustrate the structural versatility of copper (I) in cyanide frameworks. (c) 2006 Elsevier SAS. All rights reserved.

Urban heat islands and electrical energy consumption

This study proposes the development of thermal and energy consumption maps to generate useful planning information. A residential neighbourhood in a medium-sized city was selected as the study area. In this area, 40 points were taken as urban reference points where air temperatures at the pedestrian level were collected. At the same time, rural temperatures made available by the city meteorological station were registered. Data of electrical energy consumption of the building units (houses and apartments) were collected through a household survey that was also designed to identify the users' income levels. Then, maps were developed so that the configuration of urban heat islands and electrical energy consumption could be visualised, compared and analysed. The results showed that the income level was the most important variable influencing electrical energy consumption. However, a strong relationship of the consumption with the thermal environment was also observed.

A joint experimental and theoretical study on the electronic structure and photoluminescence properties of Al-2(WO4)(3) powders

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Polyphenylen-Dendrimere

Polyphenylen-Dendrimere Alexander Josef Berresheim Zusammenfassung der Dissertation Die vorliegende Arbeit mit dem Thema 'Polyphenylen-Dendrimere' ist synthetisch orientiert und behandelt im Wesentlichen den Aufbau neuer Polyphenylen-Dendrimere durch die Anwendung wiederholter Diels-Alder- und Desilylierungs-Reaktionen. Diskutiert wird die Synthese der einzelnen Bausteine, die Synthese der verschiedenen Dendrimere sowie deren Charakterisierung. Außerdem wird die oxidative Cyclodehydrierung geeigneter Dendrimere zu polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen beschrieben. Die Synthese der Dendrimere beruht auf einer wiederholten Diels-Alder-Reaktion eines Tetraphenylcyclopentadienons mit einem aromatischen Acetylen. Durch die Variation des Kerns und des Verzweigungsbausteins werden die Wachstumsgrenzen, denen dieser Dendrimer-Typ unterliegt, demonstriert. Es wird gezeigt, dass ein Dendrimer, bei dessen Synthese 3,4-Di-[4-(tri-iso-propylsilylethinyl)phenyl]-2,5-diphenylcyclopentadienon als Verzweigungsbaustein verwendet wird, bis zur vierten Generation wachsen kann. Wird bei der Synthese 3,3',5,5'-Tetraethinylbiphenyl als Kern verwendet, entsteht ein Oligophenylen, das aus 302 Benzolringen besteht.Bei Dendrimeren, deren Synthese auf dem A4B-Baustein 2,3,4,5-Tetrakis-[4-(tri-iso-propylsilylethinyl)phenyl]cyclopentadienon beruht, hängt die höchste Generation, die monodispers hergestellt werden kann, von der Art des Kerns ab. Wird 1,4-Diethinylbenzol verwendet, lassen sich die ersten drei Generationen synthetisieren. Hat der Kern jedoch die Multiplizität 'vier' oder 'sechs' ist bereits bei der zweiten Generation das Ende des monodispersen Wachstums erreicht.Die Charakterisierung der Dendrimere zeigt, dass es sich um Nanopartikel mit einer stabilen Form handelt. Der Durchmesser wächst linear mit der Generation. In einem Fall war es möglich einen Einkristall zu erhalten, dessen Kristallstruktur ermittelt werden konnte. Hierbei zeigt sich, dass es zu einer hohen Einlagerung von Lösungsmitteln in der Festphase kommen kann. Dieses Ergebnis wurde auch durch gezielte Versuche zum Einlagerungsverhalten von Lösungsmitteln in der Festphase bestätigt.Der letzte Teil dieser Arbeit widmet sich der Möglichkeit, die Polyphenylen-Dendrimere zu großen zweidimensionalen Graphitausschnitten zu cyclodehydrieren. Es war generell möglich, polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe mit bis zu 306 Kohlenstoffatomen herzustellen. Es zeigt sich aber auch, dass mit zunehmender Größe des Aromaten, die Intensität der Nebenreaktionen zunimmt.

Molekulardynamik-Untersuchungen zur atomistischen Struktur & Dynamik von binären Mischgläsern

Mit Hilfe von Molekulardynamik-Computersimulationen werdenin dieser Arbeit die Struktur und Dynamik von Gläsern undSchmelzen der Systeme 'NSx'=(Na2O)(xSiO2), mit x=2,3,5, und'AS2'=(Al2O3)(2SiO2) untersucht. Zur Beschreibung dermikroskopischen Wechselwirkungen dient ein Modellpotenzial,das auf einem effektiven Paarpotenzial aus der Literaturaufbaut. Simuliert wurden Teilchentrajektorien über mehrereNanosekunden im Bereich 6100 K >= T >= 2100 K sowie dieGlasstruktur bei 100 K (NSx) bzw. 300 K (AS2). Das Aufbrechen der tetraedrischen Netzwerkstruktur durch denNetzwerkmodifikator Na2O führt zur Ausbildung einerzusätzlichen Struktur auf intermediären Längenskalen, diebei allen Systemen NSx etwa dem Abstand übernächster Na-bzw. Si-Nachbarn eines Na-Atoms entspricht. Die diffusiveDynamik ist in allen Systeme NSx bis zu drei Größenordnungenschneller als in SiO2 . Sie nimmt mit wachsenderNa-Konzentration zu. Die Na-Diffusion zeigtArrhenius-Verhalten; hierbei vollführen die Na-Atome einaktiviertes Hüpfen durch eine erstarrte Si-O-Matrix. DieZustandsdichten werden bis ca. 20 THz durch dominanteNa-Moden bestimmt. Bei hohen Frequenzen weichen die für SiO2 typischen intratetraedrischen Si-O-Schwingungsmodenauf.Im Gegensatz zu Na2O wird Al2O3 in die tetraedrischeNetzwerkstruktur eingebunden. AS2 zeigt eine überwiegend ausAlO4- und SiO4-Tetraedern verknüpfte Polyederstruktur, beider sich die AlO4-Tetraeder lokal anders anordnen als dieSiO4-Tetraeder, um Ladungsausgleich zu gewährleisten. Esbilden sich typische 3(Si,Al)O4-Bausteine ('3-Cluster'). Sie führen auf intermediären Längenskalen zur Ausbildungeines Al-reichen perkolierenden Netzwerks, das dieSiO4-Struktur durchdringt. Im Vergleich zu SiO2 erhöht sichdie diffusive Dynamik aller Komponenten in AS2 um ca. zweiGrößenordnungen. Die intratetraedrischenAl-O-Steckschwingungsmoden sind wesentlich weicher als die typischen intratetraedrischen Si-O-Moden des SiO2.

Structure and properties of nanostructures from polyelectrolytes and porphyrins: Self-Assembly in aqueous solution

In this work self-assembling model systems in aqueous solution were studied. The systems contained charged polymers, polyelectrolytes, that were combined with oppositely charged counterions to build up supramolecular structures. With imaging, scattering and spectroscopic techniques it was investigated how the structure of building units influences the structure of their assemblies. Polyelectrolytes with different chemical structure, molecular weight and morphology were investigated. In addition to linear polyelectrolytes, semi-flexible cylindrical bottle-brush polymers that possess a defined cross-section and a relatively high persistence along the backbone were studied. The polyelectrolytes were combined with structural organic counterions having charge numbers one to four. Especially the self-assembly of polyelectrolytes with different tetravalent water-soluble porphyrins was studied. Porphyrins have a rigid aromatic structure that has a structural effect on their self-assembly behavior and through which porphyrins are capable of self-aggregation via π-π interaction. The main focus of the thesis is the self-assembly of cylindrical bottle-brush polyelectrolytes with tetravalent porphyrins. It was shown that the addition of porphyrins to oppositely charged brush molecules induces a hierarchical formation of stable nanoscale brush-porphyrin networks. The networks can be disconnected by addition of salt and single porphyrin-decoratedrncylindrical brush polymers are obtained. These two new morphologies, brush-porphyrin networks and porphyrin-decorated brush polymers, may have potential as functional materials with interesting mechanical and optical properties.

Metallkomplexe mit sterisch anspruchsvollen mono- und bifunktionellen Triazenidoliganden

Monoanionische, stickstoffhaltige Chelatliganden sind sehr populär und werden oft als Baueinheiten zur Synthese von Metallkomplexen eingesetzt. Im Gegensatz zu den bekannten Amidinat- und β-Diketiminatliganden wurde den Triazeniden bisher weniger Aufmerksamkeit geschenkt. Dies liegt hauptsächlich daran, dass wenige, sterisch anspruchsvolle Vertreter dieser Gruppe bekannt waren. Mit der Synthese neuer biphenyl- und terphenylsubstituierter Triazenide sind diese stärker in den Fokus der Forschung gerückt. Durch die Sperrigkeit der Liganden werden unerwünschte Ligandenumverteilungsreaktionen unterdrückt und der Weg zu neuen Metallkomplexen mit bemerkenswerten Eigenschaften geebnet. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Triazenidokomplexen der Alkalimetalle, des Magnesiums, des Zinks und des Aluminiums. Zusätzlich zu den monofunktionellen wurden bifunktionelle Triazene, welche aus einer Biphenylgruppe aufgebaut sind und zwei terphenylsubstituierte Triazengruppen tragen, synthetisiert und deren Funktion als Komplexliganden untersucht. Durch das hohe Volumen der Liganden konnten Metallkomplexe hergestellt werden, die bemerkenswerte strukturelle Eigenschaften aufweisen. So bilden beispielsweise alle dargestellten Verbindungen Kristalle, die aus monomeren Baueinheiten aufgebaut sind. Eine homoleptische Magnesiumverbindung mit zwei Triazenidliganden weist eine ungewöhnliche, planare Koordinationssphäre auf, eine Triazenidodiphenylaluminiumverbindung zeigt eine interessante Ausrichtung der Phenylgruppen, die auf π-Stapeleffekte zurückgeführt wird und die Alkalimetalltriazenide weisen sekundäre Metall-π-Aren-Wechselwirkungen auf, womit eine bessere koordinative Absättigung des Koordinationszentrums erreicht wird. Zusätzlich zur strukturellen Charakterisierung mittels Röntgendiffraktometrie wurden, wo es möglich war 1H und 13C NMR-Messungen durchgeführt, Schmelzpunkte bestimmt sowie IR- und UV-VIS-Spektren aufgenommen. Durch die hohe Dichte an aromatischen Systemen innerhalb der Verbindungen, ist es bei einer dreikernigen Zinktriazenidverbindung gelungen mittels 1H NMR-Messungen die starken Einflüsse des Ringstroms nachzuweisen. Außerdem wurden DFT-Berechnungen durchgeführt, um herauszufinden, wie sehr die räumliche Ausrichtung der Bi- bzw. Terphenylsubstituenten gegenüber der N3-Baugruppe der Triazenide die Verteilung der negativen Ladung innerhalb eines monoanionischen Triazenids und somit dessen Koordinationseigenschaften beeinflusst. Diese Effekte konnten durch experimentelle Ergebnisse unterstützt werden.

Synthesis, structure and magnetic properties of cobalt(II) and copper(II) coordination polymers assembled by phthalate and 4-methylimidazole

New coordination polymers [M(Pht)(4-MeIm)2(H2O)]n (M=Co (1), Cu (2); Pht2−=dianion of o-phthalic acid; 4-MeIm=4-methylimidazole) have been synthesized and characterized by IR spectroscopy, X-ray crystallography, thermogravimetric analysis and magnetic measurements. The crystal structures of 1 and 2 are isostructural and consist of [M(4-MeIm)2(H2O)] building units linked in infinite 1D helical chains by 1,6-bridging phthalate ions which also act as chelating ligands through two O atoms from one carboxylate group in the case of 1. In complex 1, each Co(II) atom adopts a distorted octahedral N2O4 geometry being coordinated by two N atoms from two 4-MeIm, three O atoms of two phthalate residues and one O atom of a water molecule, whereas the square-pyramidal N2O3 coordination of the Cu(II) atom in 2 includes two N atoms of N-containing ligands, two O atoms of two carboxylate groups from different Pht, and a water molecule. An additional strong O–H⋯O hydrogen bond between a carboxylate group of the phthalate ligand and a coordinated water molecule join the 1D helical chains to form a 2D network in both compounds. The thermal dependences of the magnetic susceptibilities of the polymeric helical Co(II) chain compound 1 were simulated within the temperature range 20–300 K as a single ion case, whereas for the Cu(II) compound 2, the simulations between 25 and 300 K, were made for a linear chain using the Bonner–Fisher approximation. Modelling the experimental data of compound 1 with MAGPACK resulted in: g=2.6, |D|=62 cm−1. Calculations using the Bonner–Fisher approximation gave the following result for compound 2: g=2.18, J=–0.4 cm−1.

Nickel(II)-, cobalt(II)-, copper(II)-, and zinc(II)-phthalate and 1-methylimidazole coordination compounds: synthesis, crystal structures and magnetic properties

Three new coordination polymers [M(Pht)(1-MeIm)2]n (where M=Cu (1), Zn (2), Co (3); Pht2−=dianion of o-phthalic acid; 1-MeIm=1-methylimidazole) and two compounds [M(1-MeIm)6](HPht)2 · 2H2O (M=Co (4), Ni (5)) have been synthesized and characterized by X-ray crystallography. The structures of 1–3 (2 is isostructural to 3) consist of [M(1-MeIm)2] building units connected by 1,6-bridging phthalate ions to form infinite chains. In complex 1, each copper(II) center adopts a square coordination mode of N2O2 type by two O atoms from different phthalate ions and two N atoms of 1-MeIm, whereas in 3 two independent metal atoms are tetrahedrally (N2O2) coordinated to a pair of Pht ligands and a pair of 1-MeIm molecules. There are only van der Waals interactions between the chains in 1, while the three-dimensional network in 3 is assembled by C–H⋯O contacts. In contrast to polymers 1–3 the structures of 4 and 5 (complexes are also isostructural) are made up of the [M(1-MeIm)6]2+ cation, two hydrogen phthalate anions (HPht−) and two H2O solvate molecules. The coordination around each metal(II) atom is octahedral with six nitrogen atoms of 1-MeIm. Extended hydrogen bonding networks embracing the solvate water molecules and a phthalate residue as well as the weak C–H⋯O interactions stabilize the three-dimensional structures. Magnetic studies clearly show that the magnetic ions do not interact with each other. Furthermore, in compound 4 we have another example of a highly anisotropic Co2+ ion with a rhombic g-tensor and large zero-field-splitting. The complexes were also characterized by IR and 1H NMR spectroscopy, thermogravimetric analysis, and all data are discussed in the terms of known structures.