Atomistic simulations of cosolvent/water mixtures

In this thesis, atomistic simulations are performed to investigate hydrophobic solvation and hydrophobic interactions in cosolvent/water binary mixtures. Many cosolvent/water binary mixtures exhibit non-ideal behavior caused by aggregation at the molecular scale level although they are stable and homogenous at the macroscopic scale. Force-field based atomistic simulations provide routes to relate atomistic-scale structure and interactions to thermodynamic solution properties. The predicted solution properties are however sensitive to the parameters used to describe the molecular interactions. In this thesis, a force field for tertiary butanol (TBA) and water mixtures is parameterized by making use of the Kirkwood-Buff theory of solution. The new force field is capable of describing the alcohol-alcohol, water-water and alcohol-water clustering in the solution as well as the solution components’ chemical potential derivatives in agreement with experimental data. With the new force field, the preferential solvation and the solvation thermodynamics of a hydrophobic solute in TBA/water mixtures have been studied. First, methane solvation at various TBA/water concentrations is discussed in terms of solvation free energy-, enthalpy- and entropy- changes, which have been compared to experimental data. We observed that the methane solvation free energy varies smoothly with the alcohol/water composition while the solvation enthalpies and entropies vary nonmonotonically. The latter occurs due to structural solvent reorganization contributions which are not present in the free energy change due to exact enthalpy-entropy compensation. It is therefore concluded that the enthalpy and entropy of solvation provide more detailed information on the reorganization of solvent molecules around the inserted solute. Hydrophobic interactions in binary urea/water mixtures are next discussed. This system is particularly relevant in biology (protein folding/unfolding), however, changes in the hydrophobic interaction induced by urea molecules are not well understood. In this thesis, this interaction has been studied by calculating the free energy (potential of mean force), enthalpy and entropy changes as a function of the solute-solute distance in water and in aqueous urea (6.9 M) solution. In chapter 5, the potential of mean force in both solution systems is analyzed in terms of its enthalpic and entropic contributions. In particular, contributions of solvent reorganization in the enthalpy and entropy changes are studied separately to better understand what are the changes in interactions in the system that contribute to the free energy of association of the nonpolar solutes. We observe that in aqueous urea the association between nonpolar solutes remains thermodynamically favorable (i.e., as it is the case in pure water). This observation contrasts a long-standing belief that clusters of nonpolar molecules dissolve completely in the presence of urea molecules. The consequences of our observations for the stability of proteins in concentrated urea solutions are discussed in the chapter 6 of the thesis.

Molekulardynamik-Simulationen zu Oberflächeneigenschaften von Siliziumdioxid-Schmelzen

Molekulardynamik-Simulationen zu OberflächeneigenschaftenvonSiliziumdioxid-Schmelzen In der vorliegenden Arbeit werdenMolekulardynamik-Computersimulationenzur Untersuchung der statischen und dynamischenOberflächeneigenschafteneiner Siliziumdioxid (SiO$_2$)-Schmelze durchgeführt.Als Modellpotential verwenden wirein in der Literatur als BKS-Potential bezeichnetesPaarpotential.Wir betrachten in dieser Arbeit zwei Systemgeometrien: zumeinenSysteme aus 432, 1536 und 4608 Atomen ohne periodischeRandbedingungen(Tropfen), zum anderen ein System aus 1152 Atomen mitperiodischen Randbedingungen in zwei Richtungen (dünnerFilm).Für beide Geometrien finden wir im Inneren der Systemekonstante Dichten.Direktan der Oberfläche halten sich ausschließlich Sauerstoffatomeauf.Die Strukturan der Oberfläche erscheint weniger ausgeprägt mit mehrDefekten, als im Inneren des Systems.Es erweist sich,daß viele Eigenschaften statischer Größen, die wir an derOberfläche im Vergleich zum Inneren finden, aufdas Vorhandensein von Zweierringen zurückzuführen sind.Bei der Betrachtung der dynamischen Größen finden wir eineerhöhteBeweglichkeit der Atome an der Oberfläche gegenüber demSysteminneren.

Molekulardynamik-Simulationen zum Glasübergang in makromolekularen Filmen

Deutsch:
Wir untersuchen durch MD-Simulationen die Dynamik einerunterkühlten Polymerschmelze beschränkt zwischenzwei glatten, undurchdringlichen Wänden. Der Abstandzwischen den Wänden wurde in der Simulation übereinen großen Bereich variiert. Von besonderemInteresse war der Einfluß dieser räumlichenEinschränkung auf die strukturelle Relaxation derunterkühlten Schmelze. Wir stellen eine deutlicheBeschleunigung der Dynamik im Vergleich zum Bulk fest.Unsere Ergebnisse deuten auf eine Abnahme der kritischenTemperatur der Modenkopplungstheorie mit fallender Filmdickehin. Andererseits finden wir aber eine bemerkenswerteÜbereinstimmung zwischen dem Zeitverlauf verschiedenermittlerer Verschiebungsquadrate im Film und im Bulk, wennman sie für den gleichen Abstand von der jeweiligenkritischen Temperatur aufträgt.

English:
Via MD-simulations, we study the dynamics of a supercooledpolymer system confined between two impenetrable andperfectly smooth walls. The wall-to-wall distance was variedin a wide range focusing on the influence of the confinementon the structural relaxation of the supercooled liquid. Weobserve a significant acceleration of the dynamics comparedto that of the corresponding bulk model. Our results suggesta decrease of the mode-coupling critical temperature forstronger confinements, i.e. for smaller wall-to-walldistances. On the other hand, we find a remarkablesimilarity in the time dependence of the mean squaredisplacements in film and in the bulk when compared fortemperatures having the same distance from the criticaltemperature of the corresponding system.

Molekulardynamik-Simulation zur Struktur von SiO 2-Oberflächen mit adsorbiertem Wasser

In der vorliegenden Arbeit werdenMolekulardynamik-Simulationen zur Untersuchung derstatischen Eigenschaften von amorphenSiliziumdioxidoberflächen (Siliziumdioxid) durchgeführt. Da das von van Beest, Kramer und van Santen vorgeschlagene,sogenannte BKS-Potential für Bulksysteme optimiert wurde und an Oberflächen deutlichandere Ladungsverteilungenauftreten als im Bulk, ist die Anwendbarkeit diesesPotentials für Oberflächensystemefraglich. Aus diesem Grund haben wir untersucht, inwieweitsich die Oberflächeneigenschaften von Systemen, die mit Hilfe des BKS-Potentials äquilibriertwurden, durch ein Nachrelaxieren mit einer ab-initio-Simulation (Car-Parrinello-Methode)ändern. Mit Hilfe der Kombination aus BKS- und Car-Parrinello-Methode (CPMD)konnten wir feststellen, daß sich die Systeme aufgrund des Nachrelaxierens in z-Richtungweiter ausdehnen. Desweiteren zeigte sich insbesondere bei kleinen Ringen (kommen nur ander Oberfläche vor), daß es deutliche Abweichungen in den Geometrien (Atomabstände,Winkel usw.) zwischen der reinen BKS- und der kombinierten BKS-CPMD-Methode gibt. Anhand vonCPMD-Simulationen konnten wir zeigen, daß es durch die Wechselwirkung eines Wassermolekülsmit einem 2er-Ring zum Aufbrechen dieser Ringstruktur und zur Bildung von zweiSilanolgruppen (SiOH) kommt. Desweiteren stellten wir fest, daß es sich hierbei um eineexotherme Reaktion (Energiedifferenz 1.6 eV) handelt, für die eineEnergiebarriere von 1.1 eV überwunden werden muß. Ferner ergab sich, daß die an der Bildung des2er-Ringes beteiligten, stark deformierten Tetraeder nach dem Aufbrechen dieserRingstruktur eine nahezu ideale Tetraederform annehmen.

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.

Molekulardynamik-Computersimulation einer amorph-kristallinen SiO 2 Grenzschicht

In dieser Arbeit werden Molekulardynamik-Computersimulationen zur Untersuchung der statischen und dynamischen Eigenschaften einer amorph/kristallinen Siliziumdioxid(SiO2)-Grenzschicht durchgefuehrt.Die Grenzflaeche wird von der [100]-Ebene des beta-Kristobalit-Kristalls und der fluessigen SiO2-Phase gebildet und in einem Temperaturbereich zwischen 2900K und 3100K im Zustand eines metastabilen Gleichgewichts untersucht. Als Modellpotential zur Beschreibung der mikroskopischen Wechselwirkungen zwischen den Teilchen wird ein einfaches Paarpotential aus der Literatur verwendet, das sowohl die Struktur der kristallinen Phase als auch die der fluessigen Phase gut reproduziert. Bezogen auf die Dichte und die potentielle Energie der Teilchen erstreckt sich der Uebergang von der fluessigen in die kristalline Phase ueber 3-5 Atomlagen. Ein Layering-Effekt der Dichte in der fluessigen Phase in der Naehe der Grenzschicht wird nicht beobachtet. Der Einfluss der Grenzschicht auf statische Groessen, welche das System auf einer mittelreichweitigen Laengenskala beschreiben (z. B. Koordinationszahlverteilung und Ringverteilung) reicht im Vergleich dazu weiter in die fluessige Phase hinein und manifestiert sich in Defektstrukturen, wie z. B. der Erhoehung der Wahrscheinlichkeit fuer das Auftreten von 5-fach koordiniertem Silizium und der vermehrten Bildung von 2er-Ringen in der Fluessigkeit. Dies beguenstigt das Aufbrechen und Umklappen von Si-O-Bindungen und fuehrt zu einer Beschleunigung der Dynamik und einer Erhoehung der Diffusionsgeschwindigkeit in der Fluessigkeit. Im weiteren wird die Hochfrequenzdynamik der reinen SiO2-Fluessigkeit untersucht. Dazu berechnen wir die vibratorische Zustandsdichte in harmonischer Naeherung aus der inhaerenten Struktur. Wir finden einen stark ausgepraegten Peak bei einer Frequenz von 0.6 THz. Dieser Peak kann der niederenergetischsten transversalen akustischen Mode zugeordnet werden, die auch als Scherschwingung des Systems direkt sichtbar ist.

Klassische und ab initio Molekulardynamik-Untersuchungen zu Germaniumdioxidschmelzen

Germaniumdioxid (GeO2) ist ein Glasbildner, der wie das homologe SiO2 ein ungeordnetes tetraedrisches Netzwerk ausbildet. In dieser Arbeit werden mit Hilfe von Molekulardynamik-Computersimulationen die Struktur und Dynamik von GeO2 in Abhängigkeit von der Temperatur untersucht. Dazu werden sowohl Simulationen mit einem klassischen Paarpotentialmodell von Oeffner und Elliott als auch ab initio-Simulationen gemäß der Car-Parrinello-Molekulardynamik (CPMD), bei der elektronische Freiheitsgrade mittels Dichtefunktionaltheorie beschrieben werden, durchgeführt. In der klassischen Simulation werden dazu ein Temperaturen zwischen 6100 K und 2530 K betrachtet. Darüberhinaus ermöglichen Abkühlläufe auf T=300 K das Studium der Struktur des Glases. Zum Vergleich werden CPMD-Simulationen für kleinere Systeme mit 60 bzw. 120 Teilchen bei den Temperaturen 3760 K und 3000 K durchgeführt. In den klassischen Simulationen kann die im Experiment bis 1700 K nachgewiesene, im Vergleich zu SiO2 starke, Temperaturabhängigkeit der Dichte auch bei höheren Temperaturen beobachtet werden. Gute Übereinstimmungen der Simulationen mit experimentellen Daten zeigen sich bei der Untersuchung verschiedener struktureller Größen, wie z.B. Paarkorrelationsfunktionen, Winkelverteilungen, Koordinationszahlen und Strukturfaktoren. Es können leichte strukturelle Abweichungen der CPMD-Simulationen von den klassischen Simulationen aufgezeigt werden: 1. Die Paarabstände in CPMD sind durchweg etwas kleiner. 2. Es zeigt sich, daß die Bindungen in den ab initio-Simulationen weicher sind, was sich auch in einer etwas stärkeren Temperaturabhängigkeit der strukturellen Größen im Vergleich zu den klassischen Simulationen niederschlägt. 3. Für CPMD kann ein vermehrtes Auftreten von Dreierringstrukturen gezeigt werden. 4. In der CPMD werden temperaturabhängige Defektstrukturen in Form von Sauerstoffpaaren beobachtet, die vor allem bei 3760 K, kaum jedoch bei 3000 K auftreten. Alle strukturellen Unterschiede zwischen klassischer und CPMD-Simulation sind eindeutig nicht auf Finite-Size-Effekte aufgrund der kleinen Systemgrößen in den CPMD-Simulationen zurückzuführen, d.h. sie sind tatsächlich methodisch bedingt. Bei der Dynamik von GeO2 wird in den klassischen Simulationen ebenfalls eine gute Übereinstimmung mit experimentellen Daten beobachtet, was ein Vergleich der Diffusionskonstanten mit Viskositätsmessungen bei hohen Temperaturen belegt. Die Diffusionskonstanten zeigen teilweise ein verschiedenes Verhalten zum homologen SiO2. Sie folgen in GeO2 bei Temperaturen unter 3000 K einem Arrheniusgesetz mit einer deutlich niedrigeren Aktivierungsenergie. Darüberhinaus werden die Möglichkeiten der Parametrisierung eines neuen klassischen Paarpotentials mittels der Kräfte entlang der CPMD-Trajektorien untersucht. Es zeigt sich, daß derartige Parametrisierungen sehr stark von den gewählten Startparametern abhängen. Ferner führen sämtliche an die Schmelze parametrisierten Potentiale zu zu hohen Dichten im Vergleich zum Experiment. Zum einen liegt dies sehr wahrscheinlich daran,daß für das System GeO2 Kraftdaten allein nicht ausreichen, um grundlegende strukturelle Größen, wie z.B. Paarkorrelationen und Winkelverteilungen, der CPMD-Simulationen gut reproduzieren zu können. Zum anderen ist wohl die Beschreibung mittels Paarpotentialen nicht ausreichend und es ist erforderlich, Merkörperwechselwirkungen in Betracht zu ziehen.

Molekulardynamik-Simulationen supramolekularer Komplexe unter Einfluss einer externen Kraft

Supramolekulare Komplexe werden durch nichtkovalente Bindungen stabilisiert. Legt man eine externe Kraft an einen solchen Komplex an, ist es möglich, diese Bindungen zu öffnen. Anhand der dafür benötigten Kraft läßt sich die Stabilität des Komplexes bestimmen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei supramolekulare Komplexe, die unterschiedliche Arten von nichtkovalenten Bindungen enthalten, mit Hilfe von Molekulardynamik (MD) Simulationen untersucht. In beiden Fällen wurden die relevanten Bindungsstrukturen und deren Stabilität ermittelt.rnZum einen wurden zwei synthetische Calix[4]aren-Catenan-Dimersysteme betrachtet, in denen die beiden Monomere über Wasserstoffbrückenbindungen aneinander gebunden sind. Die Besonderheit dieser Komplexe ist, dass die Monomere aufgrund von verschlauften Alkylketten (Catenan-Struktur) nicht vollständig voneinander getrennt werden können. In Abhängigkeit der Länge derrnAlkylketten findet man für die beiden Komplexe eine unterschiedliche Zahl von relevanten Bindungsstrukturen (Zustände). Für ein System mit relativ kurzen Alkylketten findet man zwei Zustände, eine kompakte Struktur, die auch im Gleichgewicht beobachtet wird und eine gestreckte Struktur, die nur unter dem Einfluss der externen Kraft stabil ist. Verlängert man die Alkylketten,rnbeobachtet man einen weiteren Zustand, in dem das Dimer vollständig gestreckt ist und die Monomere eine größere Separation aufweisen.rnBei dem zweiten System, das untersucht wurde, handelte es sich um einen Carbohydrat-Kation-Carbohydrat Komplex, der für die Selbstadhäsion von Meeresschwämmen eine wichtige Rolle spielt. Experimentell ist bekannt, dass sich dieser Komplex zwar mit Calciumionen, nicht aber mit Magnesiumionen bildet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die wesentlichen Unterschiede der beiden Kationarten in Bezug auf die Komplexbildung auf den kleineren Ionenradius des Magnesiumions zurückzuführen sind. Aufgrund des kleineren Radius bindet ein solvatisiertes Magnesiumion die Hydrathülle stärker und die Komplexbindung wird kinetisch gehemmt. Zum anderen bindet im Magnesiumkomplex nur eines der beiden Carbohydrate direkt an das Kation.rnDas andere Carbohydrat bindet nur indirekt über ein Wassermolekül an das Kation. Da diese indirekte Bindung gegenüber einer direkten Bindung schwächer ist, weist der Magensiumkomplex eine geringere Stabilität auf als ein vergleichbarer Calciumkomplex.rnDes Weiteren wurde untersucht, inwieweit die Ergebnisse von MD Simulationen vom verwendeten Modell (Kraftfeld) abhängen. Allgemein ist bekannt, dass die Ergebnisse von Gleichgewichtssimulationen kraftfeldabhängig sind. Im Rahmen diese Arbeit konnte gezeigt werden, dass sich für Zugsimulationen, in denen eine externe Kraft an das System angelegt wird, eine ähnliche Kraftfeldabhängigkeit ergibt. Da sich die Unterschiede der Ergebnisse auf Unterschiede in den Gleichgewichtssimulationen zurückführen lassen, kann man annehmen, dass die externe Kraft keine zusätzliche Einschränkung in Bezug auf die Zuverlässigkeit der Kraftfelder darstellt.rnAbgesehen von den MD Simulationen wurde eine in der Literatur beschriebene Methode zur Analyse von Zweizustandssystemen unter dem Einfluss einer konstanten externen Kraft erweitert. Ein Komplex läßt sich als Zweizustandssystem beschreiben, wenn dieser zwei relevante Bindungsstrukturen aufweist. Wird an solch einen Komplex eine konstante Kraft angelegt, lassen sich Übergänge zwischen den beiden Zuständen beobachten. Ist das System weit entfernt vom Gleichgewicht, kann es problematisch sein, einen der beiden Übergänge vollständig aufzulösen. In diesen Fällen wird nun vorgeschlagen, die beiden Übergänge zu einem sogenannten Kreisübergang zusammen zu fassen und diese zu zählen. Bestimmt man die Zahl der Übergänge pro Zeit in Abhängigkeit der angelegten Kraft, können die Übergangsraten bestimmt werden. Um die Methode zu validieren wurden kinetische Monte-Carlo Simulationen durchgeführt. Es zeigt sich, dass schon mit relativ kleinen Datensätzen gute Ergebnisse erzielt werden können.

化学法高效载体钛催化剂的乙烯/α-烯烃共聚合

研究了化学反应催化剂制备及其乙烯/α-烯烃共聚反应规律与机理，探讨了共聚活性增大的原因，提出了α烯烃存在下活性中心浓度增大这一基本论点，并对所得共聚物进行了表征。用WAXD、IR等方法研究了化学反应催化剂制备过程，结果表明原料MgCl_2、n-BuOH、i-Bu_3 Al、TiCl_4之间通过①醇解②解醇③载钛，三步反应最后得到了活性组分高度分散在X射线衍射无定形的MgCl_2微晶上而形成的高效载体催化剂。讨论其乙烯/α-烯烃共聚合的基本规律。提出了α-烯烃促进共聚速率较乙烯均聚速率增大这一实验结果。动力学研究结果表明，催化剂系的非均匀性和多活性中心的存在及α-烯烃分子使活性中心浓度增大是共聚速率增大的根本原因。催化体系及其聚合过程的ESCA与ESR研究 证明了α-烯烃存在下催化活性中心浓度的增大，并得出了ESR信号所反应的Ti~3离子中，也有没有活性的Ti~3离子。同时ESR还从乙烯与乙烯/丙烯共聚合不同的共振吸收峰提出了多活性中心存在的初步证据。从不同侧面探讨了多活性中心存在的证据。指出酯不仅可影响共聚反应的催化效率，而且可以影响共聚物的组成及序列分布。共聚物的形态随α-烯烃加入逐渐变为非晶性无定形。不同α-烯烃对共聚物结晶性能有显著影响。不同α-烯烃共聚物具有不同的临界结晶序列长度。乙烯/丙烯/辛烯三无共聚合催化效率比乙烯/丙烯及乙烯/辛烯二元共聚全催化效率进一步增大，反映了α-烯烃促活作用具有迭加性。从取代基效应理论求得了乙烯/丙烯和乙烯/辛烯共聚物取代基效应参数，以很好地对其~(13)C NMR谱图进行归属。成功地对乙烯/丙烯/辛烯三元共聚物~(13)C NMR结果进行了处理，并指出了文献中的两处错误。

Study on bioactivity of extracts from marine sponges in Chinese Sea

The bioactivity screening of fractions from two inter-tidal sponges collected from the north of China Yellow Sea and one sponge collected from the South Chinese Sea was reported in this study. In sponge Hymeniacidon perleve there were 9 fractions out of 15 from CHCl3 extract with anti Staphylococcus aureus activity, 9 fractions out of 19 from BuOH extract with anti Escherichia coli activity, and three fractions from CHCl3 extract which had moderate to strong activity in inhibiting Bacillus subtilis, Candida albicans, and Aspergilus niger. The fractions of Reniochalina sp. showed bioactivity against bacteria and fungi. The fractions of Acanthella acuta Schmidt showed bioactivity against S. aureus and fungi. One compound from H. perleve obtained by the bioactively directing isolation was tested for bioactivity against the human hepatoma cell line Qgy7701 (IC50 10.1 mug/ml), Burkitt's lymphoma cell line Raji (IC50 9.76 mug/ml) and chronic myelogenous leukemia K562 (IC50 1.90 mug/ml). (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

大青叶正丁醇提取物化学成分的HPLC/ESI-MSn研究

High performance liquid chromatography-electrospray ionization mass spectrometry(HPLC/ESI-MSn) was applied to analyze the chemical constituents from n-BuOH extract of Folium Isatidis.The data of retention time,UV spectra,molar masses and structural information on the compounds were obtained.Seventeen compounds are found in extract from n-BuOH.There are four nucleosides,two purines and eleven flavones.

Microwave mediated reduction of heterocycle and fluorine containing nitroaromatics with Mo(CO)(6) and DBU

Heterocycle containing nitroaromatics were reduced by Mo(CO)(6) and DBU in EtOH under microwave irradiation within 15 min. Under the same conditions, 4-fluoronitrobenzene was reduced to 4-fluoroaniline, whereas 2-chloro-1-fluoro-4-nitrobenzene afforded a mixture of 3-chloro-4-fluoroaniline and 3-chloro-4-ethoxyaniline. The extent of the competing SNAr/reduction process could be influenced by the nature of the solvent, with t-BuOH the inert solvent of choice. The latter was used as solvent for SNAr/reductions of 2-chloro-1-fluoro-4-nitrobenzene with S-nucleophiles to yield 3-chloro-4-mercaptoanilines. Crown Copyright (c) 2008 Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Asymmetric synthesis of (1R,2S,3R)-3-methylcispentacin and (1S,2S,3R)-3-methyltranspentacin by kinetic resolution of tert-butyl (+/-)-3-methylcyclopentene-1-carboxylate

Conjugate addition of lithium dibenzylamide to tert-butyl (+/-)-3-methylcyclopentene-1-carboxylate occurs with high levels of stereocontrol, with preferential addition of lithium dibenzylamide to the face of the cyclic alpha,beta-unsaturated acceptor anti- to the 3-methyl substituent. High levels of enantiorecognition are observed between tert-butyl (+/-)-3-methylcyclopentene-1-carboxylate and an excess of lithium (+/-)-N-benzyl-N-alpha-methylbenzylamide (10 eq.) (E > 140) in their mutual kinetic resolution, while the kinetic resolution of tert-butyl (+/-)-3-methylcyclopentene-1-carboxylate with lithium (S)-N-benzyl-N-alpha-methylbenzylamide proceeds to give, at 51% conversion, tert-butyl (1R, 2S, 3R,alphaS)-3-methyl-2-N-benzyl-N-alpha-methylbenzylaminocyclopentane-1-c arboxylate consistent with E > 130, and in 39% yield and 99 +/- 0.5% de after purification. Subsequent deprotection by hydrogenolysis and ester hydrolysis gives (1R, 2S, 3R)-3-methylcispentacin in > 98% de and 98 +/- 1% ee. Selective epimerisation of tert-butyl (1R, 2S, 3R, alphaS)-3-methyl-2-N- benzyl-N-alpha-methylbenzylaminocyclopentane-1-carboxylate by treatment with (KOBu)-Bu-t in (BuOH)-Bu-t gives tert-butyl (1S, 2S, 3R, alphaS)-3-methyl-2-N-benzyl-N-alpha-methylbenzylaminocyclopentane-1-carb oxylate in quantitative yield and in > 98% de, with subsequent deprotection by hydrogenolysis and ester hydrolysis giving (1S, 2S, 3R)-3-methyltranspentacin hydrochloride in > 98% de and 97 +/- 1% ee.

Hippeastrum vittatum (L'Hér.) Herbert e hippeastrum striatum (Lam.) Moore : análise química e avaliação biológica dos alcalóides isolados

Este trabalho foi realizado com o objetivo de isolar e identificar os alcalóides presentes nas espécies H. vittatum e H. striatum, analisar a atividade antitumoral, inibidora da enzima acetilcolinesterase, antioxidante dos extratos e alcalóides obtidos, realizar ensaio de toxicidade para o alcalóide montanina, bem como observar sua atividade em pesquisa básica do comportamento em roedores e verificar comparativamente a modulação da montanina e da galantamina sobre a via de sinalização das proteínas quinases pRaf/pMEK/pERK/pCREB. Método: Fitoquímico: As partes aéreas e subterrâneas das espécies coletadas foram maceradas em etanol e processadas em extração ácido-base para a obtenção dos extratos diclorometano e n-BuOH. Os alcalóides isolados foram identificados com a utilização de métodos cromatográficos, espectrométricos e espectroscópicos. Testes in vitro: Atividade antitumoral: Os extratos e alcalóides obtidos foram avaliados em método in vitro, onde se aplicaram células tumorais biopsiadas de humanos. Inibição da enzima acetilcolinesterase: Os compostos isolados, montanina (Hv1 e Hv2), vitatina (Hv4), pancracina (Hv5) e Hv6 de H. vittatum e a galantamina foram testados em ensaio de bioautografia por cromatografia em camada delgada (CCD) com 1-naftil acetato. Atividade antioxidante: Os compostos anteriormente citados foram testados pelo método que utiliza o difenilpicrilhidrazol (DPPH) em CCD. Testes in vivo: Toxicidade da montanina (24 horas): A montanina foi administrada com doses de 10 a 100 mg/kg i.p. em camundongos e a toxicidade observada por 24 horas comparando-se aos grupos controle. A dose letal mediana foi calculada com método dos probitos. Avaliação da atividade central da montanina: Foram realizados experimentos com camundongos machos em Campo Aberto (CA), Nado Forçado (NF), Labirinto em Cruz Elevado (LCE), Indução do Sono por Pentobarbital (ISP) e sobre a consolidação da memória em ratos (esquiva inibitória passiva). Análise bioquímica da via das MAPKs: Aplicou-se metodologia in vitro em homogenatos (fatias hipocampais) tratados com os alcalóides montanina ou galantamina. A obtenção dos resultados ocorreu a partir da realização de eletroforese de alta voltagem e “Western Blot”. Resultados e Conclusões: A partir dos extratos de alcalóides totais de H. vittatum foram isoladas cinco substâncias: (a) Hv1 (montanina – 0,007%) isolado do extrato diclorometano de folhas, (b) Hv2 (montanina – 0,09%), (c) Hv3 (licorina 0,003%) e (d) Hv4 (vitatina – 0,0003%), isolados do extrato diclorometano de bulbos. Do extrato n-BuOH dos bulbos foram isolados o alcalóide Hv5 (pancracina – 0,0025%) e o composto Hv6 (0,0034%). Da espécie H. striatum foi isolado o alcalóide licorina (Hs3) e dois compostos não identificados (Hs1 e Hs3). O alcalóide vitatina demonstrou inibir moderadamente o crescimento das células tumorais com os valores de IC50 ≤ 29 g/ml. A montanina apresentou o maior efeito antiproliferativo entre os produtos testados. Os valores de IC50 foram menores que 1,0 g/ml para as linhagens testadas. Os extratos diclorometano e n-BuOH de H. vittatum foram considerados antiproliferativos para as células tumorais humanas empregadas, com valores de absorvância 25% menores que o controle. Para as atividades inibidoras da enzima acetilcolinesterase e antioxidante, somente o composto Hv6 apresentou ação. A dose letal mediana para a montanina em camundongos machos foi calculada em 64 mg/kg i.p. A montanina não alterou a locomoção e a atividade exploratória de camundongos quando administrada pela via intraperitoneal (i.p.) nas doses de 10 e 30 mg/kg (CA). Na avaliação da atividade central da montanina administrada por via i.p., observamos atividade ansiolítica (0,1; 1,0; 3,0 mg/kg – LCE), antidepressiva (3,0 mg/kg - NF) e tendência para atividade hipnótica (ISP). No paradigma de memória de esquiva inibitória passiva, a montanina não alterou significativamente o comportamento dos ratos wistar, na via de administração e nas doses testadas. Na investigação comparativa da modulação da via de sinalização das MAPKs (envolvidas com a memória) em fatias hipocampais tratadas (ratos), concluiu-se que a montanina e a galantamina aumentam a fosforilação (atividade) das proteínas testadas. Os resultados obtidos para a galantamina sugerem um possível mecanismo de ação que explique bioquimicamente uma de suas ações que contribuem para a melhora da memória em ratos na esquiva inibitória.

Antidiarrheal activity of Guazuma ulmifolia Lam. (Sterculiaceae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)