department of chemistrychemistry.slu.edu/mo-inorganic/program/program_final.pdf · saint louis...

34
Saint Louis University Department of Chemistry Saturday, May 8 th 2010

Upload: trinhphuc

Post on 19-Jul-2018

214 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

 

 Saint Louis University 

Department of Chemistry 

  

Saturday, May 8th 2010 

 

2  

 

Program Chairs 

Paul A. Jelliss, PhD 

Saint Louis University 

Chuck C. Kirkpatrick, PhD 

Saint Louis University 

 

Session Chairs 

Janet Braddock‐Wilking, PhD 

University of Missouri – St Louis 

Nikolai Gerasimchuk, PhD 

Missouri State University 

Liviu Mirica, PhD 

Washington University in St Louis 

Paul Sharp, PhD 

University of Missouri – Columbia 

 

Acknowledgements 

Steve Buckner – Chairman, Department of Chemistry, SLU 

Shontae Williams – Department of Chemistry, SLU 

Chuck Kirkpatrick ‐ website design  

 

http://chemistry.slu.edu/MO‐Inorganic/

 

3  

 

Location 

 

Symposium, breakfast: Baer‐Fuller Lecture Hall (building #24) – LH 2 

Lunch: Busch Student Center (building #7) – room 253 

Poster session: Busch Student center (building #7) – room 251 

 

 

 

 

 

Department of Chemistry (building # 34, Monsanto Hall) 

Parking in the multi‐story parking garage @ Olive/Compton is recommended – 

enter from Olive St (nr. building #48 on the map) 

LH 2BSC 253  BSC 251 

Parking

 

4  

Schedule 

8:00‐9:00am Continental breakfast (served outside Lecture Hall 2 (Baer‐Fuller)) 

9:00‐9:05 Opening remarks 

9:05‐10:35am Oral Session 1 – Session Chair: Janet Braddock‐Wilking 

Time  Presenter  Affiliation  Title 

9:05  Nikolai Gerasimchuk 

Missouri State University 

Pt‐cyanoximates: self‐assembled nano‐size electrical conductors 

9:35  Liviu Mirica  Washington University in St Louis 

Stable mononuclear organometallic Pd(III) complexes and their C–C bond formation reactivity 

10:05  Charles Chusuei  Missouri University of Science & Technology 

Charging nanowalls: adjusting the carbon nanotube isoelectric point via surface functionalization 

10:35‐10:45am Break 

10:45‐11:45am Oral Session 2 – Session Chair: Nikolai Gerasimchuk 

10:45  Bryn Lutes  Washington University in St Louis 

Synthesis, structure and spectroscopy of heteropentadienyl‐cobalt complexes 

11:15  Alice Karikachery 

University of Missouri ‐ Columbia 

Photochemistry studies on Pt(IV) naphthalenyl complexes 

11:45am‐12:45pm Lunch (Busch Student Center, room 253) 

12:45‐2:15pm Poster Session (Busch Student Center, room 251) 

2:15‐3:45pm Oral Session 3 – Session Chair: Liviu Mirica 

2:15  Doug Hammerstroem 

Saint Louis University  Aluminum nanoparticles capped using alkyl substituted epoxides 

2:45  Stephen Chung  Saint Louis University  Size‐dependent Al nanoparticle oxidation enthalpy 

3:15  Mark Conradi  Washington University in St Louis 

Discovery of a new species in the hydrogen chemistry of NaAlH4, by in situ NMR 

3:45‐4:00am Break – cookies/coffee served outside LH 2 

4:00‐5:00pm Oral Session 4 – Session Chair: Paul Sharp 

4:00  Jim Bashkin  University of Missouri – St Louis 

An inorganic chemist ventures into drug discovery and bio‐organic chemistry 

4:30  Bill Buhro  Washington University in St Louis 

The Pathway from a molecular precursor to silver nanoparticles:  the prominent role of aggregative growth 

5:00 Closing Remarks 

 

5  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abstracts – Oral Session 

 

6  

Pt‐cyanoximates: self‐assembled nano‐size electrical conductors 

Jessica Ratcliiff,a Vladimir Kolesnichenko,b Mikhail Berezin,c Vadim Pal’shin,d Carl Cheadlea and Nikolay Gerasimchuka,* 

a Department of Chemistry, Temple Hall 431, Missouri State University, Springfield, MO 65897. b Department of Chemistry, Xavier University of Louisiana, New Orleans, LA. c Washington University Medical Center, St. Louis, MO. d CAMD, Baton Rouge, LA. 

[email protected] 

Recently several Pt‐based cyanoxime complexes synthesized and characterized  in our research laboratory for the purpose of their in vitro/ in vivo cytotoxicity studies.1,2 However, two PtL2 complexes with the substituted cyanacetamide  ligands shown below exist as dark blue‐green solids and appeared to be similar to the “Magnus green salt,” which possesses 1D structure.   

N

O

NHO

NC

OH(MCO)

N

O

NHO

NC

H(PiPCO) Complexes exhibit strong  intervalence charge transfer band at ~700 nm both  in solid state and 

in  solutions,  and  have  strong  propensity  to  “poker  chips”  stacks  of  nanometers  size.  Strong  donor solvents  such  as  DMSO  and  Py  disrupt  1D  coordination  polymer  and  promote  formation  of  yellow solutions of monomeric complexes. Nevertheless, both compounds form dark‐green solutions in CH3CN, DMF  and  DMAA  from  which  complexes  can  be  deposited  on  a  dielectric  surface  as  thin  films. Unfortunately, no single crystal data available for these 1D solids, but the EXAFS structure of powdery aggregated complexes revealed short Pt‐‐‐Pt bonds at ~3.15 Å. 

 

Both PtL2 complexes demonstrated significant electrical conductivity in solid state at the level of 22 – 33 S/cm, which increases with partial chemical oxidation of Pt‐centers by Br2 or AgPF6.  

1  Gerasimchuk  ,  N.;  Goeden,  L.;  Durham,  P.;  Barnes,  C.;  Cannon,  J.F.  Inorg.  Chim.  Acta,  2008,  361, pp.1983‐2001. 

2 Eddings, D., Barnes, C., Durham, P., Gerasimchuk, N.N., Domasevich, K.V. Inorganic Chemistry, 2004, 43 (13), pp. 3894‐3909. 

Talk

9:05

 

7  

Stable  mononuclear  organometallic  Pd(III)  complexes  and  their  C–C  bond formation reactivity 

Julia R. Khusnutdinova, Nigam P. Rath, and Liviu M. Mirica* 

Department of Chemistry, Washington University, St. Louis, Missouri 63130‐4899 

[email protected] 

Both dinuclear and mononuclear organometallic Pd(III) complexes have been recently proposed as  active  intermediates  in  the  oxidative  functionalization  of  C–H  bonds  and  oxidatively  induced reductive  elimination  reactions,  respectively. While  a  few  dinuclear  organometallic  Pd(III)  complexes have been characterized, no mononuclear organometallic Pd(III) complexes have been isolated to date. Reported herein  is the synthesis and characterization of a series of Pd(III) complexes supported by the tetradentate  ligand  N,N’‐di‐tert‐butyl‐2,11‐diaza[3.3](2,6)pyridinophane  (N4).  Chemical  or electrochemical oxidation of the Pd(II) complexes (N4)PdII(R)(X) (R = Me, X = Cl: 1; R = Ph, X = Cl: 2; R = X = Me: 3) generates [(N4)PdIIIMeCl]+ (1+), [(N4)PdIIIPhCl]+ (2+), and [(N4)PdIIIMe2]

+ (3+), respectively. These stable Pd(III) complexes were isolated and characterized by X‐ray diffraction, cyclic voltammetry, UV‐vis, EPR, magnetic moment measurements, and DFT calculations to confirm the presence of paramagnetic d7  Pd(III)  centers.  Interestingly,  these  Pd(III)  complexes  undergo  light‐induced  C–C  bond  formation reactions to give the corresponding homocoupled products ethane or biphenyl. Particularly remarkable is  the  observation  for  the  first  time  of  ethane  formation  from  a monomethyl  Pd  complex,  3+.  This transformation has direct  implications  in the development of catalysts for oxidative oligomerization of methane in particular, and oxidatively‐induced Pd‐catalyzed C–C bond formation reactions in general.   

 

Talk

9:35

 

8  

Charging nanowalls: adjusting the carbon nanotube isoelectric point via surface functionalization  

Martin R. McPhail, Jacob A. Sells, Zhen He, and Charles C. Chusuei* 

Chemistry Department, Missouri University of Science and Technology, Rolla,  MO, USA  

[email protected] 

Controlling the point of zero charge (PZC) of carbon nanotubes is important for depositing finely dispersed metal nanoparticles from precursors in soln. for fabricating chemical and biological sensor and catalyst surfaces.  Hi pressure carbon monoxide (HiPco) single‐walled carbon nanotubes (p‐SWNTs) were functionalized  with  carboxylic  acid  (COOH‐SWNT),  nitroso  (NO‐SWNT),  and  maleic  anhydride  (MA‐SWNT)  groups.    The MA‐SWNTs were  synthesized  using Diels‐Alder  chemistry with  graphene  sheets serving as  the diene.   NO‐SWNTs were created via electrochemical oxidation, using HiPco  sheets as a working electrode.   The presence of  attached moieties on  the  carbon nanotube  surface was  verified using  X‐ray  photoelectron  (XPS)  and  attenuated  total  reflection  IR  (ATR‐IR)  spectroscopies.    PZC measurements (in parentheses) were  in the descending order: NO‐SWNTs (7.5) > p‐SWNTs (3.5) > MA‐SWNTs  (2.0)  >  COOH‐SWNTs  (1.2).    The  trend  in measured  PZC  values  correlated with  the  electron 

withdrawing character of the attached moieties, consistent with Hammett  constants.  Variations in the electron withdrawing character of the moieties  led to SWNTs with differing semiconducting character, as  observed  in  the  UV‐vis‐NIR  E11  semiconducting  region  and  Raman  D‐to‐G  band  ratios  denoting changes in the semiconducting‐to‐metallic character of the functionalized SWNTs.  These results suggest a  tunability  of  the  SWNT  PZC  via  sidewall  functionalization,  a  factor  to  consider  for  practical  SWNT nanomaterial fabrication.  

 

 

free-standing NTsheet as working

electrode

referenceelectrode,Ag/AgCl

counterelectrode(Pt wire)

free-standingsinglewalled

NT sheet

free-standing NTsheet as working

electrode

referenceelectrode,Ag/AgCl

counterelectrode(Pt wire)

free-standingsinglewalled

NT sheet

anthracene-likeportion of carbonnanotube (diene)

maleic anhydride(dienophile)

O

O

O

O

O

O

+

adduct

anthracene-likeportion of carbonnanotube (diene)

maleic anhydride(dienophile)

O

O

O

O

O

O

+

adduct

Talk

10:05

 

9  

Synthesis, structure and spectroscopy of heteropentadienyl‐cobalt complexes 

Bryn  L.  Lutes,a  Donastas  Sakellariou‐Thompson,a  Michael  Lipschutz,a  John  Seonghyun  Lee,a  John  R. Bleeke,a,* and Nigam P. Rathb 

a  Department  of  Chemistry, Washington  University,  One  Brookings  Drive,  St.  Louis, Missouri  63130. b Department of Chemistry and Biochemistry, University of Missouri St. Louis, One University Boulevard, St. Louis, Missouri 63121 

[email protected] 

A heteropentadienyl ligand is one in which the terminal carbon of a pentadienyl ligand has been replaced with a heteroatom (O, P, N, S).  The study of heteropentadienyl‐transition metal complexes has been  a  busy  area  of  research  in  the  last  decade.    These  molecules  can  now  be  synthesized  by generalized methods, allowing  their  interesting  reactivity  to be  the  focus of  current  research.   These 

molecules have shown the ability to adopt and shift between a variety of bonding modes  (5  3 

1), opening coordination sites at the metal center.  The ultimate goal for heteropentadienyl‐transition metal complexes is their use as homogeneous catalysts.   

This presentation will  focus on  the synthesis of a class of heteropentadienyl‐cobalt‐phosphine complexes, and  their similarities  to and differences  from  the existing heteropentadienyl‐iridium and –rhodium  systems.   Specifically,  the  synthesis of oxapentadienyl‐cobalt‐phosphine  complexes  from  the reactions  of  potassium  oxapentadienide  and  potassium  2,4‐dimethyl‐5‐oxapentadienide  with ClCo(PMe3)3 and the characterization of these complexes by 1H, 31P and 13C nuclear magnetic resonance (NMR)  and X‐Ray  crystallography will be discussed.    The oxapentadienyl‐cobalt‐phosphine  complexes 

have shown a remarkable stability of the all‐carbon 3 oxapentadienyl bonding mode.  These complexes undergo  ligand  substitution  reactions when  exposed  to  carbon monoxide,  losing  phosphine without altering  the  oxapentadienyl  bonding  mode.    The  reaction  of  the  oxapentadienyl‐cobalt‐phosphine complexes and their carbon monoxide  ligand substitution products with small electrophiles, HOTf and MeOTf, was also investigated. 

Talk

10:45

 

10  

Photochemistry studies on Pt(IV) naphthalenyl complexes 

Alice Raphael Karikachery, Joseph M. Clarkson, Han Baek Lee, Paul R. Sharp*  

Dept. of Chemistry, University of Missouri, Columbia, MO 65211‐7600, USA  

[email protected] 

Energy storage in chemical bonds paves way for renewable and greener fuel technology.  Hence there has been a huge interest in water splitting for the production of hydrogen, but this four electron process  is difficult and not very economical. Alternatively hydrogen halide splitting, a more  facile  two electron process is also being explored in this regard. Photolytic halide elimination, from high valent late transition metal centers like Pt, Au and Rh, is a key step in designing HX splitting cycles. Further a higher quantum  efficiency  for  the  reductive  elimination  process will  facilitate  this.  Previously  in  our  group, photoelimination  of  bromine  at  Pt(IV)  centers,  coordinated  to  corannulene,  phenanthrene  and naphthalene  ring  systems  have  been  investigated.  The  quantum  yield  for  the  Pt(IV)  naphthaleny  (1) complex was   measured  in  the  presence  of  an  alkene  trap  and was  close  to  6%.  Photochemistry  of analogues  2  and  3 were  studied  to  understand  the  factors  promoting  the  halogen  elimination.  The proximity of the peri‐hydrogen to the metal center and effects of ring substitution will be explored.  

Pt Pt

Pt

Br

Br

Et3P Br

PEt3

Br

Br

Et3P

PEt3Br

Br

PEt3

PEt3

Br

Br

Br

1 2 3

    

Talk

11:15

 

11  

Aluminum nanoparticles capped using alkyl substituted epoxides 

Douglas W. Hammerstroem,a  Stephen W. Chung,a Elena A. Guliants,b Christopher E. Bunker,c Paul. A. Jelliss,a,* and Steven W. Bucknera,* 

a  Saint  Louis  University,  Department  of  Chemistry  3501  Laclede  Avenue,  St.  Louis, Missouri  63103. b Department of Electrical and Computer Engineering, University of Dayton Research  Institute, Dayton, Ohio 45469. c Air Force Research Laboratory, Propulsion Directorate, Wright‐Patterson Air Force Base, Ohio 45433. 

[email protected] 

Aluminum has been a research interest of ours due to its many energy‐related applications, high abundance,  and  low  cost.  Micron‐sized  pyrophoric  metal  particles  have  been  used  for  thermite reactions, as propellants, for small‐scale hydrogen production, and  in other applications  in energy and fuels.  Aluminum  nanoparticles  (Al  NPs),  in  particular,  have  demonstrated  great  promise  for  these applications.   Al NPs show faster burn rates,  lower activation energy for H2 absorption and desorption, and have the potential for higher energy release.  Al NPs are also suggested to have significant potential as dense hydrogen storage media. The synthesis and stabilization of Al NPs is a particularly challenging area in nanomaterial synthesis.  Two of the main challenges with synthesis and stabilization of Al NPs is prevention of grain growth and inhibition of oxidation upon exposure to air.  We have synthesized small (20‐30  nm)  aluminum  nanoparticles  using  a wet  chemical  protocol  and  passivated  them  using  alkyl‐substituted  epoxides  as  capping  agents.  These  particles  are  capped  using  an  epoxide  reagent  that subsequently polymerizes on the nanoparticle’s surface to produce a polyether. The FTIR and 13C NMR were used to help confirm polymerization of polyether chains. TEM and X‐ray powder diffraction were used  to measure  particle  size.  X‐ray  powder  diffraction  and  DSC/TGA  were  used  to  confirm  fcc  Al presence,  absence  of  Al2O3,  and  particle  degradation  over  time  through  air  exposure.  Capping  and passivation Al NPs  is  effectively  accomplished  and  stabilized  against  further  growth,  and oxidation  is significantly  inhibited by  the organic capping  layer. The organic shell  that caps  the nanoparticles  is an oxygen‐rich polyether layer. While this oxygen‐rich layer is present, the product nanoparticles have very low aluminum oxide content.  

 

Talk

2:15

 

12  

Size‐dependent aluminum nanoparticle oxidation enthalpy 

Stephen W. Chung,a Elena A. Guliants,b Christopher E. Bunker,c Paul A. Jelliss,a Steven W. Bucknera,* 

a  Saint  Louis  University,  Department  of  Chemistry  3501  Laclede  Avenue,  St.  Louis, Missouri  63103. b Department of Electrical and Computer Engineering, University of Dayton Research  Institute, Dayton, Ohio 45469. c Air Force Research Laboratory, Propulsion Directorate, Wright‐Patterson Air Force Base, Ohio 45433. 

[email protected] 

Micron‐sized aluminum particles have been used  for many high‐energy applications,  including propellants.1    Currently,  stabilized  Al  nanoparticles  are  being  developed  to  enhance  the  reactivity, combustion  rate,  and  possibly  the  enthalpy  of  reaction.2    The  reactivity  and  combustion  kinetics  of aluminum  nanoparticles  (Al  NPs)  have  been  researched  extensively.3    While  there  are  some thermodynamic studies of Al NPs there are not detailed theoretical models available.   

The enthalpy of reaction for bulk aluminum oxidizing with O2  is  ‐1675.7 kJ/mol.   However, the enthalpy of reaction  for Al NPs reacting with oxygen may vary, based on  the size of  the nanoparticle.  The  origin  of  this  variation  in  enthalpy  of  reaction  from micron‐sized  particle  and  bulk  Al  is  due  to surface effects in the Al NPs.  The greater surface area means more surface Al atoms, which have fewer bonds with  neighboring  atoms  than  interior  atoms.    The  nanoparticles  are  also  assumed  to have  an oxide  layer passivating the particle.   This passivating  layer causes an  interfacial energy contribution to the  enthalpy  of  reaction.    Another  aspect  that must  be  considered  is  the  nature  of  the  oxidation product:  Does it retain nanoscale dimensions or is there agglomeration? What is the crystal structure of the  product?    The  product may  be  nano‐Al2O3,  bulk  Al2O3,  bulk  boehmite  (AlO(OH)),  bulk  bayerite (Al(OH)3), or some combination of these.  Here we describe a theoretical model that explicitly identifies the size dependence of oxide‐passivated Al nanoparticles on the enthalpy of the combustion reaction. 

We use a  thermodynamic cycle  to  formulate an equation  relating  to  the  reaction enthalpy of nano‐Al→nano‐Al2O3 (∆H°rxn,np,np) and nano‐Al→bulk Al2O3 (∆H°rxn,np,bk).  We consider the size‐dependent cohesive energy and  lattice energy  (SDCE and SDLE) of Al and Al2O3,  respectively.   We use  the Nanda model4  to describe the size dependencies of NPs. 

 

                                                            1 Ramaswamy, A.; Kaste, P.  Energ. Mater. 2005, 23, 1‐25. 2 Fernando, K. A. S.; Smith, M. J.; Harruff, B. A.; Lewis, W. K.; Guliants, E. A.; Bunker, C. E.  J. Phys. Chem. C 2009, 113, 500‐503. 3 Galfetti, L.; De Luca, L. T.; Severini, F.; Meda, L.; Marra, G.; Marchetti, M.; Regi, M.; Bellucci, S.  J. Phys.: Condens. Matter 2006, 18, S1991‐S2005.   4 Vanithakumari, S. C.; Nanda, K. K.  J. Phys. Chem. B 2006, 110, 1033‐1037. 

Talk

2:45

 

13  

Discovery of a new species in the hydrogen chemistry of NaAlH4 by in situ NMR 

Tim M. Ivancic and Mark S. Conradi* 

Dept. of Physics, Washington University, St. Louis, MO 63130, USA 

[email protected] 

  NaAlH4 has become the archetypal complex (ionic‐covalent) hydrogen storage solid, since the 

discovery in 1997 that titanium and some other metals catalyze the reaction in both directions.  Given 

that spatially separated NaH and Al under excess H2 pressure can form NaAlH4, we have hypothesized a 

mobile Al‐ or Na‐ bearing intermediate species in the reaction scheme. 

  27Al in situ NMR has been used to discover such a new species during dehydriding of NaAlH4.  

Importantly, the new species can also be formed under excess H2 pressure without net evolution of Al 

and H2; the new species can be returned to ambient for further study.  The features of the new species 

include: a very rapid 27Al T1, a sharp line (without MAS) at 300 K that broadens by ‐60oC, an 

accompanying sharp hydrogen NMR line that is also motionally narrowed, CPMAS evidence of bonded 

or at least nearby H, and a 27Al shift just above NaAlH4.  The new species appears to be a highly defective 

form of NaAlH4, where the large concentration of vacancies promotes rapid diffusion of Al and H. 

Talk

3:15

 

14  

An inorganic chemist ventures into drug discovery and bio‐organic chemistry: compounds designed to bind conserved regions of HPV DNA show broad‐spectrum activity against oncogenic (high‐risk) HPVs James K. Bashkin,a,* Terri G. Edwards,b Kevin J. Koeller,a Urszula Slomczynska,a and Chris Fisherb 

a Dept. of Chemistry & Biochemistry, UM‐St. Louis, Saint Louis, MO 63121 USA b NanoVir, LLC, 4717 Campus Dr., Kalamazoo, MI 49008 USA 

[email protected] 

Cervical  infections by the “high risk” human papillomaviruses  (HPVs),  including HPV16, 18 and 31  are  usually  not  treated  upon  their  discovery,  but  are  flagged  for  later  “follow‐up.”    Traditional approaches  to  antiviral  design  for  HPV  have  failed  for  a  variety  of  reasons  including  the  lack  of traditional  antiviral  targets.    Therefore, we  designed  novel  antivirals  to  reduce  viral DNA  levels  and persistence.   We  optimized  several  series  of  pyrrole‐imidazole  polyamides  based  on  lead  structures designed to bind DNA sequences within the origin of replication (ori) of high‐risk HPV genotypes HPV16 and 18.   Resulting compounds potently decreased cancer‐causing HPV DNA concentrations for HPV16, 18 and 31 in human cell and tissue cultures.  We used human cells that maintain the viral DNA genomes as  episomes  (DNA  circles,  like  plasmids,  that  aren’t  part  of  human  chromosomes):  keratinocytes maintaining HPV16, 18 or 31  episomes were  treated with  increasing  concentrations of polyamide or vehicle‐control for 48h in order to study dose response behavior.  Loss of episomal DNA was measured by quantitative PCR (Q‐PCR).  Of the 46 polyamides tested, including 16 control polyamides not derived from  our  core  lead  structures,  12  gave  pseudo‐IC50s  in  the  30‐100  nM  range  against  a  least  two genotypes, while several compounds decreased DNA  levels of all  three viral subtypes  to undetectable levels.  Treatment of cells with a lead polyamide, followed by removal of compound and passage of cells, resulted in a moderate rebound of viral DNA that did not return to control levels after 6 additional days in culture.   Extension of  the polyamide  treatment period  resulted  in a  remarkably‐effective delay and inhibition  of  episomal  DNA  rebound.    These  results  illustrate  that  targeting  of  the  HPV  ori  with polyamides has the potential for potent and long‐lasting effects on HPV DNA load.  The structure of an active,  lead compound  is shown below.  Isolated as  its  tris‐TFA salt,  the compound has been prepared and purified on a 1.5 g scale;  it  is readily  taken up by human keratinocytes  in monolayer cell and 3‐D tissue cultures and is in preclinical development. 

Talk

4:00

 

15  

The pathway from a molecular precursor to silver nanoparticles:  the prominent role of aggregative growth 

Vernal N. Richards,a Nigam P. Rath,b Shawn P. Shields,a and William E. Buhroa,* 

a Department of Chemistry and Center for Materials Innovation, Washington University, St. Louis, 

Missouri  63130‐4899 b Department of Chemistry and Biochemistry and Center  for Nanoscience, University of Missouri – St. Louis, St. Louis, MO  63121 

[email protected] 

A mechanistic study of Ag‐nanoparticle growth by reaction of [(PPh3)2Ag(O2CC13H27)] and AIBN is reported.  The half‐life  for precursor disappearance at 130.0 ± 0.1 ºC under  the  reaction conditions  is determined  to be 3.65 ± 0.42 min, which defines  the  time  scale  for  classical  (LaMer) nucleation  and growth  to  be within  the  first  15 min  (4  half‐lives).   The  nanoparticle‐growth  kinetics  are  separately determined by TEM monitoring and UV‐visible spectroscopy.  Fits to the kinetic data establish that the active‐growth regime extends to 58 min, and that Ostwald ripening ensues shortly thereafter.  Evidence for  an  aggregative  nucleation  and  growth  process  is  obtained.   The  quantitative  data  indicate  that classical  nucleation  and  growth,  aggregative  nucleation  and  growth,  and  Ostwald  ripening  occur  in consecutive  time  regimes  with  little  overlap,  and  that  nanoparticle  growth  is  dominated  by  the aggregative regime.  Aggregative growth should be considered a potential contributing mechanism in all nanoparticle‐forming reactions. 

 

Talk

4:30

 

16  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abstracts – Poster Session 

 

17  

Synthesis, characterization, and applications of 2,3,4,5‐tetraphenylgermoles containing coordinating substituents at the germanium center 

J.B. Carroll, Janet Braddock‐Wilking,* Nigam P. Rath, and Teresa L. Bandrowsky 

University of Missouri‐St. Louis, One University Boulevard, St. Louis, MO 63121 

[email protected] 

Several  compounds  based  on  2,3,4,5‐tetraphenylgermole  have  been  characterized  containing various substituents at the germanium center.   The compounds were synthesized via a salt‐metathesis coupling of 1,1‐dichloro‐2,3,4,5‐tetraphenylgermole1 and alkynyl lithium reagents terminated at one end with a coordinating moiety  (an example  is provided  in Figure 1).   These structures were characterized using multinuclear NMR, UV‐Vis and fluorescence spectroscopies, and X‐ray crystallography. 

As  the  compounds  presented  herein  have  subsituents  that  can  coordinate  to metal  centers, such as pyridyl or diphenylphosphino moieties,  they  can possibly be used  for  the  chemodetection of metals. Detection can occur by altering the photoluminescent properties of these compounds through perturbation of the electronic or structural features of the germole ring (e.g., by affecting aggregation‐induced emission (AIE), a feature of related siloles2).  Therefore, preliminary data describing reactions of 1,1‐bis[(pyridinyl)ethynyl]‐germoles synthesized with metal complexes will be presented. 

Figure 1.  Crystal structure of 1,1‐bis[(diphenylphosphino)ethynyl]‐2,3,4,5‐tetraphenylgermole 

 

1. Curtis, M.D. “Synthesis and Reactions of Some Functionally Substituted Sila‐ and Germacyclopentadienes.”  J. Am. Chem. Soc. 1969, 91, 6011‐6018. 2. (a) Lou, J.; Xie, Z.; Lam, J.W.Y.; Cheng, L.; Chen, H.; Qiu, C.; Kwok, H.S.; Zhan, X.; Liu, Y.; Zhu, D.; Tang, B.Z.  “Aggregation‐induced emission of 1‐methyl‐1,2,3,4,5‐pentaphenylsilole.”  Chem. Comm., 2001, 1740‐1741. (b) Chen, J.; Law, C.C.W.; Lam, J.W.Y.; Dong, Y.; Lo, S.M.F.; Williams, I.D.; Zhu, D.; Tang, B.Z.  “Synthesis, Light Emission, Nanoaggregation, and Restricted Intramolecular Rotation of 1,1‐Substituted 2,3,4,5‐Tetraphenylsiloles.”  Chem. Mater., 2003, 15, 1535‐1546. 

Poster

1

 

18  

Germoles designed to exhibit aggregation‐induced emission 

Teresa Bandrowsky, Janet Braddock‐Wilking,* Nigam Rath, and J.B. Carroll 

University of Missouri‐St. Louis, One University Boulevard, St. Louis, MO 63121 

[email protected] 

In recent years, much attention has been given to the development of silole derivatives which exhibit  the  unusual  phenomenon  referred  to  as  aggregation‐induced  emission  [AIE].    AIE‐active molecules  are  non‐luminescent  in  solution,  but  emit  strongly  in  the  solid  phase  or  as  aggregated suspensions in solutions in which solubility is poor. AIE features are in sharp contrast to the well studied quenching of light emission referred to as aggregation‐caused quenching [ACQ]. With careful design, the unique propeller‐like geometry of AIE‐active molecules  (an example  is  shown  in Figure 1)  inhibits  the typical pathways that quench  luminescence by  impeding  intramolecular motion of aryl substituents on the molecule and preventing conventional π‐π stacking interactions between adjacent molecules.1 

While the extent of information concerning the synthesis and applications of AIE‐active siloles is vast,  the development of  the  related germoles has  remained  largely undeveloped. As a  result of  the similarities in the energy levels of the HOMO and LUMO between the two analogs, germoles should also exhibit  AIE  behavior.  Design  of  functionalized  germoles,  while  more  challenging  synthetically  than siloles, should yield a class of molecules with diverse, yet practical applications. AIE‐active germoles, like their  predecessors,  can  be  designed  for  real‐world  applications  as  films  in  photoelectronic  devices, chemical  and  explosive  detection,  pH  sensing,  cell  imaging,  immunoassay  biolabels,  and  biological probes.1  In this work, a series of functionalized germoles have been successfully synthesized and their potential multifaceted applications are being investigated. 

Figure 1. The figure of a functionalized germole and its crystal structure depicting the unique propeller‐like geometry necessary for AIE‐active molecules. 

1 Lui, J.; Lam, J.W.Y.; Tang, B.Z J. Inorg. Organomet. Polym. 2009, 19, 249. 

Poster

2

 

19  

Investigation  of  catalytic  hydrosilylation    reactions  using  a  platinum‐PTA complex  

Sitaram Acharya, Janet Braddock‐Wilking, and Nigam P. Rath 

Department of Chemistry and Biochemistry, University of Missouri‐St. Louis, St. Louis, Missouri‐63121 

[email protected] 

The  metal‐mediated  hydrosilylation  reaction  utilizing  the  water‐soluble  platinum  complex bearing  the  1,3,5‐triaza‐7‐phosphaadamantane  (PTA)  ligand,  cis‐dimethylbis(1,3,5‐triaza‐7‐phosphaadamantane)  platinum(II),  Pt(CH3)2(PTA)2  (1)  has  been  investigated  for  the  first  time.    The catalytic hydrosilylation reaction with different unsaturated systems such as alkenes, alkynes, ketones, and bis(alkenes/alkynes) has been explored utilizing different tertiary hydrosilanes as well as siloles and silafluorenes.     Mostly, regioselective products were obtained and the β‐trans  isomers were selectively formed during  the hydrosilylation of  the  terminal alkynes and bis(alkynes)  (eq 1).   The effect of steric and electronic factors was examined on the selectivity of the hydrosilylated products.  The results from these studies will be described.

 

Poster

3

 

20  

Synthesis, electrochemistry, and magnetic properties of a binuclear bis(‐OMe) Co(II)Co(III) mixed‐valent complex 

Jia Luo and Liviu M. Mirica* 

Dept. of Chemistry, Washington University in St. Louis, St. Louis, MO, 63130, USA 

[email protected] 

A novel binuclear Co(II)Co(III) mixed‐valent complex containing ‐methoxo bridging  ligands has been  prepared  where  each  cobalt  center  is  capped  by  the  tridentate  N‐methyl‐N,N‐bis(2‐

pyridylmethyl)amine  (L,  C13H15N3):  [LCo(II)‐(‐carboxylato)‐bis(‐methoxo)Co(III)L](ClO4)2.  The corresponding  Co‐O(acetate)  and  Co‐O(methoxo)  bond  distances  at  two  cobalt  centers  differ significantly, which implies that the valences of cobalt ions are localized. The measurements of magnetic susceptibility  confirm  that  cobalt(II)  center  is  high‐spin  in  a  pseudo‐octahedral  environment. Electrochemical and spectroscopic characterizations, including UV‐Vis and EPR, were carried out to have a better understanding of the mixed‐valent nature of the complex. The relevance of this complex to the recently reported Co‐based water oxidation catalysts will also be discussed. 

Poster

4

 

21  

Silver(I) cyanoximates: synthesis, crystal structures and physical properties 

Jeffrey R. Morton, and Nikolay N. Gerasimchuk* 

Department of Chemistry, Missouri State UniversitySpringfield, MO 65897, United States of America 

[email protected] 

Ten  silver(I)  complexes  with  cyanoxime  ligands,  compounds  that  have  general  formula  NC‐C(=NOH)‐R where R is an electron‐withdrawing group, were synthesized and characterized using the IR (nujol mulls), UV‐visible spectroscopy and X‐ray analysis. All ten synthesized AgL complexes have bright and  unusual  for  silver(I)  compounds  color  ranging  from  yellow,  orange,  to  a  deep  purple.  Crystal structures  revealed  formation  of  coordination  polymers  with  cyanoxime  anions  acting  as  bridging ligands using both N and O atoms of the >CNO fragment for binding metal ions. Bond lengths between Ag(I)  centers  and  anions  in  these  polymers  are  significantly  shorter  than  the  sum  of  ionic  radii  of involved  elements  and  evidenced  their  covalent  character.  Silver(I)  cyanoximates  demonstrate remarkable visible light insensitivity, but get sensitized and readily darken after the exposure to several gases such as CO, SO2, C2H2. That interesting property of solid AgL is currently under investigation.   

The effect of UV irradiation on the UV‐vis diffuse reflectance spectra:  

350 400 450 500 550 600 6500

10

20

30

40

50

60

70

80

% R

efle

ctan

ce

Wavelength (nm)

0 min 30 min 60 min 90 min 120 min 150 min 180 min 210 min 240 min 270 min

350 400 450 500 550 6000

10

20

30

% R

efle

ctan

ce

Wavelength (nm)

0 min 30 min 60 min 90 min 120 min 150 min 180 min 210 min 240 min 270 min 300 min 330 min 360 min 390 min 605 min

 

Poster

5

 

22  

Binucleating ligands: control of the M‐M distance in transition metal complexes  

Fengzhi Tang, Fengrui Qu, and Liviu Mirica* 

Dept. of Chemistry, Washington University in St. Louis, St. Louis, MO 63130 

[email protected] 

Binuclear  transition metal  complexes  are  involved  in  a  number  of  important  chemical  and enzymetic  transformations,  such  as  dioxygen  activation  and  water  oxidation.  Reactivity  of  these complexes  can  be  tuned  by  controlling  the  distance  between  the  two  metal  centers.  An  efficient synthetic route for a series of tetradentate binucleating  ligands was developed. The distance between the  two  metal  binding  sites  of  these  ligands  can  be  controlled  by  rigid  4,5‐xanthen‐di‐yl  and  4,6‐dibenzofuran‐di‐yl  linkers.  Based  on  these  ligands,  binuclear  copper  and  nickel  complexes  were synthesized  and  characterized  by  spectroscopic methods  and  X‐ray  diffraction.  A  comparative  study between the newly synthesized binuclear metal complexes and similar metal complexes with mono‐ and binucleating ligands will be presented, with a particular focus on water oxidation catalysis. 

Poster

6

 

23  

New chemical agents for controlling amyloid‐ peptide oligomerization/ aggregation in Alzheimer’s disease  

Anuj K. Sharma, Nicholas. J. Hawco, Darren Finkelstein, S. Tucker, Ying Zhang, Nigam P. Rath, and Liviu M. Mirica* 

Dept. of Chemistry, Washington University, St Louis, MO 63130, USA    

[email protected]  

Studies illustrate that amyloid‐β (Aβ) plaques are largely associated with the neuropathogenesis of Alzheimer’s disease (AD). However, recent in vivo studies have shown that the soluble aggregates of 

A  (hexamers, nonamers, and dodecamers) are most neurotoxic and  their  formation being correlated with memory loss and neurodegeneracy.  Interactions of metal ions, especially Cu, Zn, and Fe, with the Aβ peptide are hypothesized to play an important role in the etiology of AD. We are trying to study the 

interaction  of  these  physiologically  relevant  soluble  A  oligomers with  transition metal  ions  and  to develop new chemotherapeutics and imaging agents for the prevention, diagnosis, and treatment of AD.  

We are employing a bifunctional strategy to develop metal‐binding compounds that will interact 

with  the  A  oligomers  and  inhibit  the  formation  of  neurotoxic  higher‐mass  oligomers  or  amyloid plaques.  The  proposed  bifunctional  compounds  contain  molecular  fragments  such  as  2‐phenyl‐

benzothiazole  and  o‐vanillin,  which  were  shown  to  bind  to  soluble  A  oligomers  and  inhibit  their aggregation.  Synthesis  and  characterization  of  these  bifuntional  chelators  and  their  interaction with metal ions by characterizing their metal complexes and the studies of their interaction with synthetic Aβ peptides will be highlighted.  

Poster

7

 

24  

Spectroscopic and computational studies of six‐membered bipyridine platinacycle complexes as solid‐state luminescent materials 

Robert Robinson Jr. and Paul R. Sharp* 

Department of Chemistry, University of Missouri‐Columbia, Columbia, MO 65211, USA 

[email protected] 

The six‐membered bipyridine platinacycles, Pt(C6H4XC6H4)(tBu2bpy) (X = NMe, O, CH2; 

tBu2bpy = 4,4’‐bis‐t‐butyl‐2,2’‐bipyridine), have been synthesized and fully characterized by NMR spectroscopy and X‐ray crystallographic data. These platinacycle complexes are highly  luminescent materials (solid‐state) and  the  luminescence  originates  from  a  “mixed‐metal/ligand‐to‐ligand  charger  transfer  (MMLLCT) band.1 Spectroscopic  (UV‐vis/fluorescence) studies have shown  that both  the absorption and emission properties  are  tunable  by  altering  the  bridging  group  (X)  within  the  metallacyclic  ring  system.  In addition,  computational (DFT/TD‐DFT)  studies  indicate  that  the  electronic  properties  of  the  bridging groups  influence  the  mixed‐metal/ligand  molecular  orbital,  which  shifts  the  energy  gap  of  the MMLLCT band. 

 

1. De Crisci, A. G.; Lough, A. J.; Multani, K.; Fekl, U. Organometallics 2008, 27(8), 1765‐1779. 

X = CH2 X = NMe X = O 

Poster

8

 

25  

trans cinnamic acid truxillic acid

h

trans cinnamic acid truxillic acid

h

Figure 1: Photoreaction of cinamic acid to truxillic acid

Solid‐state NMR of photoreactions: exploring supramolecular reactions, single crystals, and polymers 

Kimberly Hartstein,a Sarah J. Mattler,a Marko Bertmer,b Sophia E. Hayesa,* 

a Dept. of Chemistry, Washington University, St. Louis, MO 63130, USA b Institute for Experimental Physics, Univ. of Leipzig, 04103 Germany 

[email protected] 

[2+2] photocycloadditions have been of  interest for many years, especially when they occur  in the solid state.   These photoreactions are  limited based on the  topochemical postulate, developed by Cohen and Schmidt, which states  that photoreactive species must be within 4.2 Å of one another and have  parallel  double  bonds.  An example  of  this  is  cinnamic  acid  as shown  in  Figure  1.  Using  solid  state nuclear  magnetic  resonance spectroscopy  (NMR)  experiments (static and magic angle spinning), we can  monitor  these  photoreactions and  determine  the  kinetics.    The materials being investigated are single crystals of cinnamic acid of varied sizes that are grown in our lab, polymers with photoreactive side chains synthesized  in our  lab, and small single co‐crystals (1‐2µm) of 2(1,3dihydroxybenzene)●2(trans‐1,2‐bis(4‐pyridyl)ethylene)  from  the MacGillivray  lab  at University  of Iowa.  We have been exploring the wavelength dependence of the photoreactions and the effect it has on the kinetics.   For example, irradiating single crystals of cinnamic acid can result in a single‐crystal‐to‐single‐crystal  transformation. This effect  is not  found  in broadband  irradiation of  these materials.   All these  materials  exhibit  the  photoreactive  moieties  that  are  necessary  for  the  photoreaction.  Comparison of the kinetics and material changes that occur is done using solid state NMR.   

Poster

9

 

26  

Optical pumping phenomena in si‐GaAs 

Dustin Wheeler, Erika Sesti, Katherine M. Wentz, and Sophia E. Hayes* 

Dept. of Chemistry, Washington University in St. Louis, St. Louis, MO 63130, USA 

[email protected] 

Electronic  devices  are  becoming  increasingly  important  to  our  society,  and  semiconductors make  up  the  critical  components  for  controlling  these  devices.Accurate  characterization  of semiconductor  samples  is  therefore  required as  the demands on materials become more exacting. A newly  emerging  technique  for  probing  the  electronic  band  structure  of  (and  hence  the  behavior  of electrons in) semiconductors is optically‐pumped NMR (OPNMR).  

Most recent OPNMRresearch has been focused on direct‐gap semiconductors, in particular III‐V semiconductors  like GaAs.1,2  In  the presence of a magnetic  field,  the  relatively  simple band  structure splits  into  a  series  of  quantized  levels  known  as  Landau  levels.  This  quantization  alters  the  optical excitation selection rules normally  in effect for  these  structures,  and  in  some  cases  it may  change  the  overall  polarization  of electrons in the conduction band. Below the bulk  semiconductor band edge,  samples of a  given  semiconductor  with  different dopants  or  varied  dopant  levels  can generate unique signal profiles with respect to  photon  energy.  However,  samples  of  a given  semiconductor  will  have  relatively constant profiles above the bulk band edge.  

Using experimental  and  theoretical magnetoabsorption data, we have successfully modeled some of the fine structure features  in OPNMR signal intensity for energies above the band edge of GaAs.3 The next step is to build on this success and attempt to use theoretical absorption data from the Stanton research group (Dept. of Physics, Univ. of Florida) as an input to our model to discern more fine structure in the high‐energy regime of the signal profile. Magnetoabsorption,  seen  as  the  sum  of  spin‐up  and  spin‐down  electrons  in  the  conduction band, is a valuable tool in capturing the major features in the profile, but data from the Stanton group suggests  that  the difference between  conduction band electron  spins may  capture many of  the  finer features  that  the  current  version  of  the model misses.  Our  goal  is  to  use  these  tools  to  create  a generalized  model  that  can  be  applied  to  many  different  semiconductor  samples  to  predict  the electronic structure and behavior of these samples. 

1.  Bowers. Microscopic  interpretation  of  optically  pumped NMR  signals  in GaAs.  Solid  State Nuclear Magnetic Resonance (1998) (11) pp. 11‐20 2. Mui et al. Physical insights from a penetration depth model of optically pumped NMR. J. Chem. Phys. (2008) 3. Mui et al. Manifestation of  Landau  level effects  in optically‐pumped NMR of  semi‐insulating GaAs. Phys. Chem. Chem. Phys. (2009) vol. 11 (32) pp. 7031.   

600 400 200 0 -200

ppm1.48 1.50 1.52 1.54 1.56 1.58

-6

-4

-2

0

2

4

Photon Energy (eV)

OP

NM

R S

igna

l Int

ens

ity (

arb

. uni

ts)

+

Poster

10

 

27  

An  integrated  synthetic  methodology  for  surface  passivation  and  kinetic stabilization of aluminum nanoparticles with polymerizable capping agents 

Brandon Thomas,a Steven W. Buckner,a,* Chistopher E. Bunker,b Mark A. Burgers,a Steven W. Chung,a Elena A. Guliants,c Douglas W. Hammerstroem,a Sophia E. Hayes,d Paul A. Jelliss,a,* Carl D. Oberle,a and Katherine Wentzd 

a  Saint  Louis  University,  Department  of  Chemistry  3501  Laclede  Avenue,  St.  Louis, Missouri  63103. b Air Force Research Laboratory, Propulsion Directorate, Wright‐Patterson Air Force Base, Ohio 45433. c Department of Electrical and Computer Engineering, University of Dayton Research  Institute, Dayton, Ohio 45469. d Dept. of Chemistry, Washington University in St Louis, St Louis, Missouri 63130. 

[email protected] 

We have developed a new synthetic methodology for chemical passivation of reactive aluminum nanoparticles  (AlNPs),  which  are  potential  power  sources  for  portable  hydrogen  fuel  cellsused  by military personnel  in  the  field. Based on catalytic decomposition of alane‐adducts  in  toluene solution, our synthetic protocols have been  refined  to produce AlNPs with a  reasonably narrow  range of sizes, typically ~30 nm on average. Recent work has  focused on utilizing  the  reactivity of surface aluminum atoms  to  initiate  ring‐opening  polymerization  upon  treatment with  alkyl‐epoxide  species.  A  solvent‐based  thermal  approach  also  promotes  additional  polymerization  of  an  alkene  functionality  in  the epoxide capping agent, designed to embed to the resulting kinetically stabilized AlNPs in a hydrophobic polymer  matrix.  We  present  results  from  FTIR,  solid  state  NMR,  and  PXRD,  along  with  titrimetric measurements to determine active aluminum content of the AlNPs. 

Poster

11

 

28  

Alkene oxidation by [(COD)Pt(OH)]nn+ : mechanistic studies 

Nandita M.Weliange and Paul R.Sharp*  

Department of Chemistry, University of Missouri‐Columbia, Columbia, MO 65211, USA 

[email protected] 

Pt‐hydroxo  complex,  [(COD)Pt(OH)]nn+  reacts  with  both  acyclic  and  cyclic  alkenes  to  yield 

oxygenated  products.  Oxygenation  of  2‐norbornene  yields  the  protonated  platinaoxetane,1 [(COD)Pt(OH)(C7H10)]

+ while  ethene  is  oxidized  to  acetaldehyde. Both  reactions  are proton  catalyzed. The ethene oxidation yields acetaldehyde and (COD)Pt(CH2CH3)(OTf) as the only products. The reaction proceeds  via a Pt‐  vinyl hydroxo  (π‐bonded)  intermediate  that was  characterized by  1H and  13C NMR techniques. An analogous situation is seen in the case of propene oxidation, where acetone is produced. Details and proposed mechanisms for these alkene oxidation reactions will be presented.  

 

 

 

1. Weliange N.M.; Szuromi E.; Sharp P.R. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8736-8737.

Poster

12

 

29  

Ferracarboranes as electron transfers mediator for glucose oxidase 

Scott S. Graham, Paul A. Jelliss,* Adela Josipovic 

Dept. of Chemistry, Saint Louis University, St Louis, MO 63103‐2010 

[email protected]  

We  present  the  synthesis  of  various  ferracarborane  derivatives  for  use  as  electron  transfer mediators  for glucose oxidase  immobilized  in a chitosan  film cast upon a glassy carbon electrode as a bioanode for a fuel cell. The primary objective is to retain the ferracarborane electron transfer mediator at the electrode interface with glucose oxidase in the chitosan film, exploiting the reversible FeIII/II redox chemistry of  ferracarborane sandwhich complexes. To prevent  leaching, the  ferracarborane mediators must be covalently tethered at the electrode by some means. The ferracarborane has been incorporated into the chitosan  film  in two ways. One method  involves adding a pendant aldehyde  to the mediator, allowing  it  to  be  covalently  tethered  to  the  chitosan  backbone  via  reductive  amination.  The  other method  involves covalently attaching  the mediator  to activated carbon nanotubes  functionalized with carboxylic  acid  groups  which  are  added  to  the  chitosan  matrix  using  EDC  (1‐ethyl‐3‐(3‐dimethylaminopropyl)  carbodiimide)  coupling  .  In both  cases  the  thin  film electrodes were examined using  cyclic  voltammetry.  Upon  the  addition  of  glucose  to  the  cell  solution,  a  rise  in  peak  current signifies proper mass  transport of glucose  through  the  film  in addition  to  the  retained activity of  the enzyme.  These  ferracarborane  mediator  systems  may  also  provide  application  for  use  as  glucose sensors. 

 

 

 

Poster

13

 

30  

Bipyridyl nitrosyl rhenacarborane complexes for drug‐delivery vehicle applications 

Hongjian Mai,a William Banks,b Trent Cameron,a Patrick Hawkins,b Paul A. Jelliss,a,* Xiaoming Shia 

a Dept. of Chemistry, Saint Louis University, St Louis, MO 63103‐2010 b Saint Louis University School of Medicine, Division of Geriatrics, Department of Internal Medicine 

[email protected] 

Our  preliminary  work  with  rhenacarborane  complexes  has  shown  that  they  are  especially promising  as  drug‐delivery  candidates  with  regard  to  crossing  the  blood‐brain  barrier  (BBB),  in particular. Our work  is centered on  the  synthesis and adaptation of bipyridyl nitrosyl  rhenacarborane complexes with a view to producing a connectable functionality for physiologically active cargo binding. We  are  pursuing  two  basic  synthetic  pathways  to  produce  pendant  hydroxyl  groups, which  can  be exploited  to  bind  to  amino  acid  and  oligopeptide molecules  via  ester  linkages.  This methodology  is sought on the basis that the central nervous system (CNS) is replete with esterase enzymes, which can potentially jettison the delivery vehicle from the pharmacophore following BBB traversal. The first route involves the synthesis of complex 1, which bears a hydroxymethyl group on one of the bipyridyl rings. Spectroscopic  data  (FTIR,  1H  and  11B  NMR)  support  the  proposed  structure  and  we  are  planning experiments to use the DCC (dicyclohexylcarbodiimide) coupling methodology to bind this with the dual‐protected  amino  acid  tyrosine,  N‐fmoc‐O‐benzyl‐L‐tyrosine,  via  an  ester  linkage.  We  will  then  use established  deprotection measures  to  expose  a  delivery‐vehicle‐bound  tyrosine moiety.  This work  is intended to demonstrate proof‐of‐concept delivery‐vehicle‐cargo assembly and deprotection. Secondly, we  are  synthesizing  asymmetric  bipyridyl  ligands  for  complexes  such  as  2,  which  bears  a  longer hydroxypentyl group and which we will use to couple to methionine enkaphalin (an endogenous opioid peptide  neurotransmitter)  based  on  protocols  developed with  our  tyrosine work.  Once  successfully synthesized, attention will be focused on pharmacological studies. 

N

Re

N

N

Me

OH

1

O

   

NO

Re

N

N

Me

2

On Ph

 

Poster

14

 

31  

Solid‐State NMR of inorganic nanomaterials  

Katherine M. Wentz,a  Brandon  Thomas,b  Steven W.  Buckner,b Mark  A.  Burgers,b  Steven W.  Chung,b Douglas W. Hammerstroem,b Paul A. Jelliss,b Carl D. Oberle,b Chistopher E. Bunker,c Elena A. Guliants,d Sophia E. Hayesa,* 

a Department of Chemistry, Washington University in St. Louis, St. Louis, MO 63130, USA b Department of Chemistry, Saint Louis University, St. Louis, MO c Air Force Research Lab, Wright‐Patterson Air Force Base, Dayton, OH d University of Dayton Research Institute, Dayton, OH 

[email protected] 

Nuclear  magnetic  resonance  (NMR)  is  a  spectroscopic  technique  that  can  give  insight  into materials and  their  structure.   Solution‐state NMR  is widely accepted  for many organic and  inorganic materials but maintaining the solid phase has greater potential in discovering the structural information of  tomorrow’s  semiconductors  and  nanomaterials.    By  using  techniques  such  as  {1H}13C  cross‐polarization magic angle  spinning  (CP‐MAS),   both  structural and  spatial  information  can be obtained about the ligands on the surface of the nanoparticle.  In addition to the surface structure, NMR can be done on the nanoparticle center itself.  27Al NMR has been performed on several samples of aluminum nanoparticles with different surface ligands as well as 13C CP‐MAS of the surface ligands themselves.  31P MAS NMR of InP nanowires was also evaluated.  

Poster

15

 

32  

Capping and passivation of aluminum nanoparticles and the environmental 

effects on long‐term air stability 

Brandon Thomas,a Steven W. Buckner,a,* Chistopher E. Bunker,b Mark A. Burgers,a Steven W. Chung,a Elena A. Guliants,c Douglas W. Hammerstroem,a Paul A. Jelliss,a,* and Carl D. Oberle,a  

a  Saint  Louis  University,  Department  of  Chemistry  3501  Laclede  Avenue,  St.  Louis, Missouri  63103. b Air Force Research Laboratory, Propulsion Directorate, Wright‐Patterson Air Force Base, Ohio 45433. c Department of Electrical and Computer Engineering, University of Dayton Research  Institute, Dayton, Ohio 45469. 

[email protected] 

Unstable  in  their  bare  form,  aluminum  nanoparticles  (Al NPs)  require  surface  passivation  to inhibit  air  oxidation. A  variety  of  capping  agents  have  been  used  to  halt  agglomeration  and  provide surface passivation  to Al NPs.   Most often, simple oxide passivation with alumina  is used, while more recent  caps  include different organic  compounds  that bind  strongly  to  the NP  surface.    Simple oxide passivation provides  good  stability but  lowers energy density of  the Al NPs.   Organic  capping  agents have the potential to stabilize the particles while minimally reducing energy density.    In this paper we discuss  the  long‐term  stability  of  Al NPs  capped with  various  organic  compounds.   Organic  capping provides good protection  from agglomeration but widely variable  levels of oxidation protection.   Our recently  developed  epoxide  capping method  provides  the  highest  level  of  stability  toward  oxidation while  traditional  carboxylic acids afford minimal protection.   We also observe  that Al NP oxidation  is strongly water vapor dependent. 

Poster

16

 

33  

Symposium Registrants 

First Name  Last Name  Affiliation  Email 

Sitaram  Acharya  University of Missouri‐St. Louis  [email protected] 

Wipark  Anutrasakda  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Teresa  Bandrowsky  University of Missouri‐St. Louis  [email protected] 

Lol  Barton  University of Missouri‐St. Louis  [email protected] 

Jim  Bashkin  UMSL and NanoVir, LLC  [email protected] 

John  Bleeke  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Janet  Braddock‐Wilking  University of Missouri‐St. Louis  [email protected] 

Steven  Buckner  Saint Louis University  [email protected] 

J. B.  Carroll  University of Missouri‐St. Louis  [email protected] 

David  Casto  University of Missouri‐Columbia  [email protected] 

Stephen  Chung  Saint Louis University  [email protected] 

Joe  Clarkson  University of Missouri‐Columbia  [email protected] 

Mark  Conradi  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Joyce  Corey  University of Missouri‐St. Louis  [email protected] 

Kevin  Davis  Southeast Missouri State University  [email protected] 

Emi  Evangelio  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Nick  Gerasimchuk  Missouri State University  [email protected] 

Scott  Graham  Saint Louis University  [email protected] 

Doug  Hammerstroem  Saint Louis University  [email protected] 

Alexia  Harris  Southeast Missouri State University  [email protected] 

Michelle  Harris  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Kimberly  Hartstein  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Nicholas  Hawco  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Sophia  Hayes  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Kassondra  Hess  Southeast Missouri State University  [email protected] 

Greg A.  Hogan  University of Missouri‐St. Louis  [email protected] 

Benjamin  Hooe  Southeast Missouri State University  [email protected] 

Paul  Jelliss  Saint Louis University  [email protected] 

Alice Raphael  Karikachery  University of Missouri‐Columbia  [email protected] 

Julia  Khusnutdinova  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Chuck  Kirkpatrick  Saint Louis University  [email protected] 

Aaron  Klucker  Southeast Missouri State University  [email protected] 

Yang  Li  University of Missouri‐Columbia  [email protected] 

Jia  Luo  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Bryn  Lutes  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Hongjian  Mai  Saint Louis University  [email protected] 

Sarah  Mattler  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Dawn  Mills  Southeast Missouri State University  [email protected] 

Liviu  Mirica  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Shawn  Morningstar  Southeast Missouri State University  [email protected] 

Jeffrey  Morton  Missouri State University  [email protected] 

 

34  

Fengrui  Qu  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Nigam P.  Rath  University of Missouri‐Columbia  [email protected] 

Robert  Robinson Jr.  University of Missouri‐Columbia  [email protected] 

Rebecca  Sabo  Southeast Missouri State University  [email protected] 

Erika  Sesti  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Anuj  Sharma  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Paul  Sharp  University of Missouri‐Columbia  [email protected] 

Susan  Snyder  Southeast Missouri State University  [email protected] 

Meghan  Stouffer  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Meghan  Stouffer  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Andy  Surface  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Fengzhi  Tang  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Brandon  Thomas  Saint Louis University  [email protected] 

Stephanie  Tucker  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Alicia  Webb  University of Missouri‐Columbia  [email protected] 

Nandita  Weliange  University of Missouri‐Columbia  [email protected] 

Katherine  Wentz  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Dustin  Wheeler  Washington University in St. Louis  [email protected] 

Cody  Wicker  Southeast Missouri State University