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The first conformational analysis of 3-silathiane and its C-substituted derivatives, namely, 3,3-dimethyl-3- silathiane 1, 2,3,3-trimethyl-3-silathiane 2, and 2-trimethylsilyl-3,3-dimethyl-3-silathiane 3 was performed by using dynamic NMR spectroscopy and B3LYP/6-311G(d,p) quantum chemical calculations. From coalescence temperatures, ring inversion barriers ;G; for 1 and 2 were estimated to be 6.3 and 6.8;kcal/mol, respectively. These values are considerably lower than that of thiacyclohexane (9.4;kcal/mol) but slightly higher than the one of 1,1- dimethylsilacyclohexane (5.5;kcal/mol). The conformational free energy for the methyl group in 2 (;;G°;=;0.35;kcal/mol) derived from low-temperature 13C NMR data is fairly consistent with the calculated value. For compound 2, theoretical calculations give ;E value close to zero for the equilibrium between the 2-Meax and 2-Meeq conformers. The calculated equatorial preference of the trimethylsilyl group in 3 is much more pronounced (;;G°;=;1.8;kcal/mol) and the predominance of the 3-SiMe3 eq conformer at room temperature was confirmed by the simulated 1H NMR and 2D NOESY spectra. The effect of the 2-substituent on the structural parameters of 2 and 3 is discussed.
Um Prozesse in biologischen Systemen auf molekularer Ebene zu untersuchen, haben sich vor allem fluoreszenzspektroskopische Methoden bewährt. Die Möglichkeit, einzelne Moleküle zu beobachten, hat zu einem deutlichen Fortschritt im Verständnis von elementaren biochemischen Prozessen geführt. Zu einer der bekanntesten Methoden der Einzelmolekülspektroskopie zählt die Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS), mit deren Hilfe intramolekulare und diffusionsgesteuerte Prozesse in einem Zeitbereich von µs bis ms untersucht werden können. Durch die Verwendung von sog. Fluoreszenzsonden können Informationen über deren molekulare Mikroumgebung erhalten werden. Insbesondere für die konfokale Mikroskopie und die Einzelmolekülspektroskopie werden Fluoreszenzfarbstoffe mit einer hohen Photostabilität und hohen Fluoreszenzquantenausbeute benötigt. Aufgrund ihrer hohen Fluoreszenzquantenausbeute und der Möglichkeit, maßgeschneiderte“ Farbstoffe in einem breiten Spektralbereich für die Absorption und Fluoreszenz zu entwickeln, sind Cyaninfarbstoffe von besonderem Interesse für bioanalytische Anwendungen. Als Fluoreszenzmarker finden diese Farbstoffe insbesondere in der klinischen Diagnostik und den Lebenswissenschaften Verwendung. Die in dieser Arbeit verwendeten Farbstoffe DY-635 und DY-647 sind zwei typische Vertreter dieser Farbstoffklasse. Durch Modifizierung können die Farbstoffe kovalent an biologisch relevante Moleküle gebunden werden. Aufgrund ihres Absorptionsmaximums oberhalb von 630nm werden sie insbesondere in der Bioanalytik eingesetzt. In der vorliegenden Arbeit wurden die spektroskopischen Eigenschaften der Cyaninfarbstoffe DY-635 und DY-647 in biomimetischen und biologischen Modellsystemen untersucht. Zur Charakterisierung wurden dabei neben der Absorptionsspektroskopie insbesondere fluoreszenzspektroskopische Methoden verwendet. Dazu zählen die zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung zur Ermittlung des Fluoreszenzabklingverhaltens, Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) zur Beobachtung von Diffusions- und photophysikalischen Desaktivierungsprozessen und die zeitaufgelöste Fluoreszenzanisotropie zur Untersuchung der Rotationsdynamik und Beweglichkeit der Farbstoffe im jeweiligen Modellsystem. Das Biotin-Streptavidin-System wurde als Modellsystem für die Untersuchung von Protein-Ligand-Wechselwirkungen verwendet, da der Bindungsmechanismus weitgehend aufgeklärt ist. Nach Bindung der Farbstoffe an Streptavidin wurde eine erhebliche Veränderung in den Absorptions- und Fluoreszenzeigenschaften beobachtet. Es wird angenommen, dass diese spektralen Veränderungen durch Wechselwirkung von benachbarten, an ein Streptavidintetramer gebundenen Farbstoffmolekülen und Bildung von H-Dimeren verursacht wird. Für das System Biotin-Streptavidin ist bekannt, dass während der Bindung des Liganden (Biotin) an das Protein eine Konformationsänderung auftritt. Anhand von zeitaufgelösten Fluoreszenzanisotropieuntersuchungen konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass diese strukturellen Veränderungen zu einer starken Einschränkung der Beweglichkeit des Farbstoffes DY-635B führen. Liegt eine Mischung von ungebundenem und Streptavidin-gebundenem Farbstoff vor, können die Anisotropieabklingkurven nicht nach einem exponentiellen Verlauf angepasst werden. Es konnte im Rahmen dieser Arbeit gezeigt werden, dass in diesem Fall die Auswertung mit Hilfe des Assoziativen Anisotropiemodells möglich ist, welches eine Unterscheidung der Beiträge aus den zwei verschiedenen Mikroumgebungen ermöglicht. Als zweites Modellsystem dieser Arbeit wurden Mizellen des nichtionischen Tensids Tween-20 eingesetzt. Mizellen bilden eines der einfachsten Systeme, um die Mikroumgebung einer biologischen Membran nachzuahmen. Sind die Farbstoffe in den Mizellen eingelagert, so kommt es zu keiner Veränderung der Mizellgröße. Die ermittelten Werte des Diffusionskoeffizienten der mizellar eingelagerten Farbstoffe spiegeln demzufolge die Translationsbewegung der Tween-20-Mizellen wider. Die Beweglichkeit der Farbstoffe innerhalb der Tween-20-Mizellen wurde durch zeitaufgelöste Fluoreszenzanisotropiemessungen untersucht. Neben der „Wackelbewegung“, entsprechend dem wobble-in-a-cone-Modell, wird zusätzlich noch die laterale Diffusion der Farbstoffe entlang der Mizelloberfläche beschrieben.
The nonadiabatic coupling of an adsorbate close to a metallic surface leads to electronic damping of adsorbate vibrations and line broadening in vibrational spectroscopy. Here, a perturbative treatment of the electronic contribution to the lifetime broadening serves as a building block for a new approach, in which anharmonic vibrational transition rates are calculated from a position-dependent coupling function. Different models for the coupling function will be tested, all related to embedding theory. The first two are models based on a scattering approach with (i) a jellium-type and (ii) a density functional theory based embedding density, respectively. In a third variant a further refined model is used for the embedding density, and a semiempirical approach is taken in which a scaling factor is chosen to match harmonic, single-site, first-principles transition rates, obtained from periodic density functional theory. For the example of hydrogen atoms on (adsorption) and below (subsurface absorption) a Pd(111) surface, lifetimes of and transition rates between vibrational levels are computed. The transition rates emerging from different models serve as input for the selective subsurface adsorption of hydrogen in palladium starting from an adsorption site, by using sequences of infrared laser pulses in a laser distillation scheme.
Oil-in-water (o/w) Pickering emulsions stabilized with silica nanoparticles were prepared. Droplets of diethyl phthalate (oil phase) act as reservoirs for 8-hydroxyquinoline (8-HQ), which is used as (a) the hydrophobizing agent for the silica particles and (b) an encapsulated corrosion inhibitor for application in active feedback coatings. The hydrophobization of silica nanoparticles with 8-HQ is determined by the amount of this agent adsorbed on the nanoparticle surface. The latter is governed by the 8-HQ concentration in the aqueous phase, which in turn depends on the degree of protonation and fir ally on the pH. We observe three ranges of 8-HQ adsorption value with respect to nanoparticle hydophobization: (I) insufficient, (2) sufficient, and (3) excessive adsorption by the formation of an 8-HQ bilayer, where only case 2 leads to the necessary nanoparticle hydrophobization. Hence emulsions stable in a narrow pH window between pH 5.5 and 4.4 follow. Here functional molecules are sufficiently charged to compensate for the charges on silica nanoparticles to make them interfacially active and thus able to stabilize an emulsion but they are still to a large extent uncharged and thereby remain in the oil phase. The emulsification is reversible upon changing the pH to a value beyond the stability region.
Thiol-ene additions of methyl 10-undecenoate, a castor oil derived renewable platform chemical, were studied with the goal of preparing a set of renewable monomers. Good to excellent yields were obtained for these solvent and initiator free thiol-ene additions. The resulting monomers were then polymerized using TBD as a catalyst, to linear as well as hyperbranched polyesters that also contain thio-ether linkages. All thus prepared polymers were fully characterized (NMR, GPC, DSC, and TGA) and the results of these investigations will be discussed within this contribution. The thermal analysis of these polymers revealed melting points in the range from 50 to 71 degrees C. Moreover, no significant weight loss was observed below 300 degrees C.
The reaction of styrene with trifluoromethanesulfonyl nitrene generated from trifluoromethanesulfonamide in the system (t-BuOCl+NaI) results in the formation of trifluoro-N-[2-phenyl-2-(trifluoromethylsulfonyl) aminoethyl]methanesulfonamide, 1-pheny1-2-iodo-ethanol, and 2,5-diphenyl-1,4-bis(trifluoromethyl sulfonyl)piperazine rather than the expected product of aziridination, 2-phenyl-1-(trifluoromethylsulfonyl) aziridine. The mechanism of the reaction is discussed.
The free volume in thin films of poly(N-isopropylacrylamid) end-capped with n-butyltrio-carbonate (nbc-PNIPAM) is probed with positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS). The PALS measurements are performed as function of energy to obtain depth profiles of the free volume of nbc-PNIPAM films. The range of nbc-PNIPAM films with thicknesses from 40 to 200 nm is focused. With decreasing film thickness the free volume increases in good agreement with an increase in the maximum swelling capability of the nbc-PNIPAM films. Thus in thin hydrogel films the sorption and swelling behavior is governed by free volume.