In the past decade, silver nanoparticles (AgNP) have gained attention due totheir highly effective bactericidal properties, and have been incorporated into manyconsumer products. The addition of AgNPs to cellulosic materials is not novel, but theapplication of a bactericidal paper as a cheap water purifier is. Our main objective inthis thesis is to prepare and evaluate a bactericidal paper embedded with AgNPs. Thetwo most successful methods to form AgNPs in paper were in situ reductions of silverions directly on the paper fibers, and differed by the means of reduction. The first useda commonly employed reducing agent for nanoparticle synthesis - sodium borohydride.The second was a "green" method involving the use of microwave radiation and glucosefor the formation of AgNPs in paper. The nanoparticles formation was characterized byscanning and transmission electron microscopy, ultraviolet-visible spectrophotometry,and atomic absorption analysis following acid digestion of the paper. Silver nanoparticleformation in paper was dependent upon initial silver ion concentration absorbed in thepaper, an excess of reducing agent, and temperature for the glucose reduction. Thebactericidal effectiveness of the silver nanoparticle paper was evaluated with two typesof common fecal bacteria - Escherichia coli and Enterococcus faecalis. A bacterialsuspension was percolated through the silver nanoparticle paper and the effluent waterwas analyzed for bacteria viability through two methods, qualitatively through opticaldensity measurements and quantitatively through enumeration of bacterial colonies onnutrient media agar plates. The AgNP sheets exhibited antibacterial properties towardssuspensions of E. coli and E. faecalis, with log reduction values in the effluent of overlog 8 and log 3, respectively. Additionally, silver loss from the silver nanoparticle sheetswas minimal, with values under 0.1 ppm (the current U.S. Environmental ProtectionAgency and World Health Organization limit for silver in drinking water). The AgNPformation on model nano-crystalline cellulose films was examined and subsequently, they were evaluated for the long term stability and aggregation behavior of AgNPs onthese films. Lastly, the effects of dissolved materials present in natural water sources,including natural organic matter and salts, were examined in order to understand theirimpacts on the bactericidal functioning of AgNP papers. / À cause de leur pouvoir bactéricide, les nanoparticules d'argent (NPAg) ont été incorporées dans plusieurs produits de consommation au cours de la dernière décennie. L'ajout de NPAg à des matériaux cellulosiques n'est pas un concept nouveau. Cependant, l'utilisation de ces particules pour fabriquer un papier bactéricide permettant la purification d'eau à faible coût est une idée très novatrice. L'objectif principal de cette thèse consiste à préparer et évaluer un papier bactéricide composé de nanoparticules d'argent. Deux types de réductions in situ des ions d'argent sur les fibres du papier ont été utilisés pour synthétiser et lier les NPAg au papier de manière efficace. Pour le premier type de réduction, un agent de réduction courant, le borohydrure de sodium, a été utilisé alors que pour la seconde réduction, un procédé plus vert impliquant des radiations micro-ondes et du glucose, a permis la formation de nanoparticules d'argent dans le papier. La formation de nanoparticules a été caractérisée par microscopie à transmission et balayage électronique, par spectroscopie UV-Vis et par l'analyse GF-AA suivant une digestion acide. La formation de nanoparticules d'argent a été fortement influencée par la concentration initiale d'ions d'argent adsorbés sur le papier, de la quantité en excès de l'agent réducteur et de la température de la réduction du glucose. L'efficacité bactéricide des papiers de NPAg a été évaluée pour deux types de bactéries fécales communes, soit Escherichia coli et Enterococcus faecalis. La viabilité des bactéries contenues dans l'eau effluente d'un papier NPAg, précédemment imprégné d'une suspension bactérienne, a été analysée de façon qualitative par mesure de densité optique, et de façon quantitative par comptabilisation des colonies bactériennes formées sur des plaques d'agar. Les feuilles de NPAg ont démontré des propriétés antibactériennes envers les suspensions d'E. coli et d'E. faecalis, avec des réductions logarithmiques de la valeur des effluents allant au delà de log 8 et de log 3 respectivement. De plus, la perte d'argent des feuilles de NPAg s'est avérée minimale avec des valeurs au-dessous de 0.1ppm, qui correspond à la limite courante d'ion dans l'eau potable fixée par le US EPA et WHO. La formation NPAg sur des films modèles de cellulose nano-cristallines a été examiné et par la suite, ils ont été évalués pour la stabilité à long terme et comportement d'agrégation de NPAg sur ces films. Enfin, les effets de matières dissoutes présentes dans les sources d'eau naturelles, y compris la matière organique naturelle et des sels, ont été examinés afin de comprendre leurs impacts sur le fonctionnement bactéricide de papiers de NPAg.

No description available.

Enantioselective hydroxylation of one specific methylene in the presence of many similar groups is debatably the most challenging chemical transformation. Although chemists have recently made progress towards the hydroxylation of inactivated C-H bonds, enzymes like P450s (CYPs) remain unsurpassed in specificity and scope. The substrate promiscuity of many P450s is desirable for synthetic applications; however, the inability to predict the products of these enzymatic reactions and the poor activity and stability of these enzymes is impeding advancement. In chapter 2 of this thesis, we evaluate several strategies to improve the activity and stability of CYP3A4. These strategies include the immobilization of CYP3A4 inside molecular hydrogels and silica in addition to the chemical modification of CYP3A4 using various anhydrides. Although none of the strategies we investigate here greatly enhance the catalytic utility of the enzyme, CYP3A4 is shown to be highly tolerant to functionalization at a large number of surface residues and to the presence of extremely high concentrations of silica during catalysis. Recognizing the potential for enzymes containing small, hydrophobic active sites to catalyze Diels-Alder reactions, chapter 3 describes the design and application of several assays to evaluate the Diels-Alderase activity of CYP2E1. Although the presence of CYP2E1 is not found to increase the rates of the reactions we investigate here, the results do demonstrate that there is an interaction between one or more of the substrates and the enzyme at either the active site or at another binding pocket. In chapter 4, we evaluate 4 auxiliaries for their ability to direct CYP3A4 oxidations. When linked to substrates, several of these auxiliaries are shown to direct CYP3A4 oxidations at specific C-H bonds. Although the auxiliaries we explore here are found to be limited in utility, several important lessons are learned which we apply to the design of a next generation auxiliary to be discussed in the following chapter. In chapter 5, we demonstrate the utility of theobromine as a chemical auxiliary to control the selectivity of CYP3A4 reactions. When linked to substrates, inexpensive, achiral theobromine directs the reaction to produce hydroxylation or epoxidation at the fourth carbon from the auxiliary with pro-R facial selectivity. This strategy provides a versatile yet controllable system for regio-, chemo- and stereo-selective oxidations at inactivated C-H bonds and establishes the utility of directing auxiliaries to mediate the activity of highly promiscuous enzymes. Recognizing the importance of product recovery, chapter 6 evaluates molecularly imprinted polymers for the selective purification of theobromine-containing molecules. When used for the solid-phase extraction, these materials allow for the near complete recovery of theobromine-containing products and starting materials from biocatalytic mixtures. This strategy represents an easily-tailored, effective, and reusable method of improving the recovered yield of theobromine-directed CYP3A4 oxidations. / L'hydroxylation énantiosélective d'un méthylène spécifique en présence de nombreux autres groupes semblables est défendablement la transformation chimique la plus difficile. Bien que les chimistes aient récemment fait du progrès vers l'hydroxylation de liaisons C-H inactivées, il existe des enzymes comme les cytochromes P450 (CYP) qui demeurent inégalées par rapport à leur spécificité et leur portée. La promiscuité de substrat démontré par plusieurs P450 est souhaitable pour certaines applications de synthèse, mais une prévisibilité des produits difficiles, en plus de leur faible activité et stabilité empêchent l'avancement dans ce domaine. Dans le chapitre 2 de cette thèse, nous évaluons plusieurs stratégies pour améliorer l'activité et la stabilité de CYP3A4. Ces stratégies comprennent son immobilisation à l'intérieur d'hydrogels moléculaire et de silice, en plus de sa modification chimique avec une variété d'anhydrides. Bien qu'aucunes des stratégies étudiées ici n'aient grandement amélioré l'utilité catalytique de l'enzyme, elles démontrent quand-même que CYP3A4 est très tolérantes envers la fonctionnalisation d'un grand nombre de ses résidus de surface et à la présence de concentrations extrêmement élevées de silice pendant la catalyse. Reconnaissant le potentiel des enzymes possédant de petits sites actifs hydrophobes de catalyser des réactions Diels-Alder, chapitre 3 décrit la conception et l'application de plusieurs tests pour évaluer l'activité Diels-Alderase de CYP2E1. Bien que la présence de CYP2E1 n'a pas augmenter le taux des réactions étudiées ici, les résultats démontrent qu'il existe une interaction entre un ou plusieurs des substrats et l'enzyme, soit au site actif ou à un autre poche de liaison.Dans le chapitre 4, nous évaluons quatre auxiliaires pour leur capacité de diriger des oxydations par CYP3A4. Quand ils sont reliés à des substrats, nous avons trouvé que plusieurs de ces auxiliaires dirigent les oxydations par CYP3A4 à des liaisons C-H spécifiques. Bien que les auxiliaires explorés ici se trouvent à être limitées dans leur utilité, nous avons appris plusieurs leçons importantes que nous avons appliqué envers la conception d'une nouvelle génération d'auxiliaires à être discutés dans le chapitre suivant. Dans le chapitre 5, nous démontrons l'utilité de la théobromine en tant qu'auxiliaires chimique pour contrôler la sélectivité des réactions du CYP3A4. Quand il est relié à des substrats peu coûteux, la théobromine achiral dirige la réaction, donnant naissance à des produits hydroxylés ou époxydés au niveau du quatrième carbone à partir de l'auxiliaire avec une sélectivité faciale pro-R. Cette stratégie fournit un système versatile et contrôlable offrant des produits oxydés de façon regio-, chimio- et stéréo-sélective à des liaisons CH inactivé. Elle démontre aussi l'utilité des auxiliaires par rapport à leur habileté de contrôler l'activité des enzymes hautement promiscues. Reconnaissant l'importance de la récupération du produit, le chapitre 6 évalue des polymères à empreintes moléculaires pour la purification sélective de molécules contenant la théobromine. Quand ils sont utilisés pour l'extraction en phase solide, ces matériaux permettent la récupération quasi-complète de produits et de substrats contenant la théobromine à partir de mélanges biocatalytiques. Cette stratégie représente une méthode adaptable, efficace et réutilisable permettant d'améliorer le rendement récupéré des produits d'oxydations dirigée par la théobromine.

In the investigaion of the properties of nitrodicyandiamidine, a flashless propellant component, it was found that the substance is a weak acid since a number of a stablemetal salts could be isolated. Salt formation of nitrodicyandiamidinemay be used as a basis for its quantitative estimation. Similar to other ures and guanidine derivatives it couples with aryldiazotates to yield arylazo substituted nitrodicyandiamidine, reacts with hydrazine hydrate to form N (1, 1 bishydrazino) methyl N1 nitrourea , and decomposes when formaldehyde is added to aqueous alkaline solution. [...]

Monodisperse macromolecules with tailored architecture constitute the key to designing efficient and smart nanomaterials. They offer real potential to achieve this goal, and one of the earlier challenges faced by this novel class of macromolecules has been addressed by the evolutions in their synthetic methodologies. In this thesis, i) inorganic, organometallic, and organic synthetic routes are employed to construct mono- and bi-functional dendrimers; and ii) a detailed study including an evaluation of their structure-property relationships using a combination of experiment with theoretical calculations, and their applications in molecular encapsulations and drug delivery, are reported. Geometric characterization of 3,5-dihydroxybenzyl alcohol (DHBA)-based dendrimers, using aminosilanes as linkers was achieved using molecular mechanics MM+ method and the PM3 semi-empirical molecular orbital theory. Optimization of DHBA-based dendrimer generations 1-5 (DG1-5) suggested that DG1-3 have a relatively open structure with no internal spaces of any particular size or shape, while DG4 and 5 assume a more globular structure with well-defined internal cavities. Encapsulation of disperse red 1 (DR1) into the cavities of these dimethylsilyl linked DHBA-based dendrimers led to a blue shift in the λmax of DR1, and transmission electron microscopy (TEM) showed a rectangular shape of dendritic aggregates containing DR1. Catalytic activity of (COD)RhCl(PPh2(CH2)3OH) encapsulated in dendritic aggregates of generations 1-4, indicated a significant decrease in catalytic conversion of 1-decene to decane in dendrimer generation 4 upon going from a concentration below critical aggregation concentration (cac) to above cac. Subsequently, a simple divergent methodology to synthesize 1,3,5-triethynylbenzene (TEB)-based dendrimers, using amino stannanes as linkers, was developed. A theoretical evaluation of their structure suggested that they evolve into a turbine shape with benzene rings / Les macromolecules monodisperses possédant une architecture modulée constituent la clé au design de nanomatériaux efficaces et intelligents. Elles offrent un réel potentiel pour atteindre ce but, et un des défis précédemment rencontrés par cette nouvelle classe de macromolécules a été adressé par l'évolution de leurs méthodologies synthétiques. Dans cette thèse, i) des routes synthétiques inorganiques, organométalliques et organiques sont employées pour construire des dendrimères mono et bi-fonctionnels; et ii) une étude détaillée incluant une évaluation de leurs relations structure-propriété, utilisant une combinaison d'expériences incluant des calculs théoriques, ainsi que leurs applications en encapsulation moléculaire et en libération de médicaments, sont rapportées. La caractérisation géométrique de dendrimères composés d'unités d'alcool 3,5-dihydroxybenzyle (DHBA), pontées par des aminosilanes a été accomplie utilisant la méthode de mécanique moléculaire MM+ ainsi que la théorie des orbitales moléculaires semi-empirique PM3. L'optimisation des dendrimères DHBA de génération 1-5 (DG1-5) a suggéré que DG1-3 possèdent une structure relativement ouverte sans espaces internes de grandeur ou de forme particulière, tandis que DG4 et 5 possèdent une structure plus globulaire caractérisée par des cavités internes bien définies. L'encapsulation de disperse red 1 (DR1) dans les cavités des dendrimères composés d'unités DHBA pontés par des diméthylsilyles a mené à un déplacement vers le bleu du λmax de DR1, et la microscopie électronique en transmission (TEM) a démontré une forme rectangulaire pour les agrégats dendritiques comprenant DR1. L'activité catalytique de (COD)RhCl(PPh2(CH2)3OH encapsulé dans les agrégats dendritiques des generations 1-4, a indiqué une diminution significative dans la conversion catalytique de 1-decene à décane pour le dendrimère de génération 4. Subséquemment,

This thesis describes an investigation on the molecular size and configuration of carboxymethyl cellulose in aqueous solutions. The work forms a part of a current series of macromolecular studies in Wood and Cellulose Chemistry. The thesis opens with a Preface and General Introduction. There follows the main text of the thesis which is divided into three Parts. These are written in the form of scientific papers and are to be submitted for publication with little or no modification. Each ot the Parts has its own Abstract, Introduction, Experimental and Results, Discussion, References, Tables and Figures. The main text of the thesis ends with Concluding Remarks, Claims tor Original Research and Suggestions tor Further Work. Additional details of experimental procedure, equipment and data are given in a series of Appendices.

Thesis (Ph.D.)--University of Illinois at Urbana-Champaign, 2009. / Source: Dissertation Abstracts International, Volume: 70-06, Section: B, page: 3477. Adviser: John A. Rogers. Includes bibliographical references. Available on microfilm from Pro Quest Information and Learning.

This M.Sc. thesis presents an experimental and a theoretical study of azo-tert-butane and acetone azine ions which belong to the azo and azine class of compounds, respectively. The experimental study involves an investigation of the fragmentation reactions using tandem mass spectrometry and TPEPICO (threshold photoelectron photoion coincidence) spectroscopy. The theoretical study involves ab initio calculations of neutral and ionized azo-tert-butane, acetone azine and their dissociation products. RRKM theory was used to probe the nature of the unimolecular dissociations by comparing theoretical fits to TPEPICO breakdown curves. Due to an impurity in the sample of acetone azine, only one dissociation channel was studied, namely, methyl radical loss. Contrary to the original hypothesis, that this unimolecular dissociation occurs by a simple bond cleavage reaction, it was found that a rearrangement process takes place. The unimolecular dissociations of ionized azo-tert-butane that were investigated were formation of species corresponding to m/z 57, m/z 85 and m/z 56. Fragment ions m/z 57 and m/z 85 are competing channels, since their formation occurs by the same C-N bond cleavage. However, it was observed that formation of m/z 57 dominates over m/z 85 at higher internal energies. This observation was explained by the difference in the entropy of activation (DeltaS ‡) for the two dissociation channels. Formation of m/z 56 is an isomerization reaction; due to its low significance, the mechanism of this reaction was not studied in depth.

Abstract not available.

The serine/threonine phosphatase calcineurin (Cn) targets the nuclear factors of activated T cells (NFATs) that activate cytokine genes. Calcium influx activates Cn to dephosphorylate multiple serine residues within the ~200 residue NFAT regulatory domain, which triggers joint nuclear translocation of NFAT and Cn. The dephosphorylation process relies on the interaction between Cn and the conserved motifs PxIxIT and LxVP, which are located N- and C-terminal to the phosphorylation sites in NFAT’s regulatory domain. Here, we show that an NFATc1-derived 15-residue peptide segment containing the conserved LxVP motif binds to an epitope on Cn’s catalytic domain (CnA), which overlaps with the previously established PxIxIT binding site on CnA and is distant to the regulatory domain (CnB). Both NFAT motifs partially compete for binding but do not fully displace each other on the CnA epitope, revealing that both segments bind simultaneously to the same epitope on the catalytic domain. The Cn-NFAT signaling pathway has been well credentialed as a potential target in the treatment of graft transplant rejection, autoimmune diseases and cardiovascular disorders, and is a common target of immunosuppressive drugs cyclosporin A (CsA) and FK506. Although effective in the disruption of Cn phosphatase activity, CsA and FK506 also result in undesired side effects and toxicity, promoting the discovery of alternative inhibitors which can selectively inhibit the Cn-NFAT interaction without altering the functioning of other Cn substrates. Several peptides directly inhibiting NFAT binding to Cn, as well as several small molecule inhibitors of NFAT-Cn association targeting an allosteric site on Cn have been developed previously. However, to-date there have been no reported small molecule inhibitors directed against the PxIxIT-binding site on Cn. Here, we report the fragment-based discovery of several direct-acting small molecule inhibitors targeting the Cn-NFAT interaction, and show that they selectively inhibit NFAT-dephosphorylation and NFAT-mediated gene expression without affecting Cn phosphatase activity against other substrates. We further demonstrate that the binding site for these inhibitors coincides with the core PxIxIT-binding site on Cn. The development of these inhibitors provides a new tool for probing Cn-NFAT signaling, further optimization of which may provide an alternative strategy for immunosuppressive therapy.