Elektronenstruktur von Molekülkristallen : Anwendung quantenchemischer Methoden und Entwicklung neuer Modelle

Im Rahmen dieser Arbeit wurden bewährte periodische und moderne Multireferenz- Methoden zur Beschreibung der Elektronenstruktur von Molekülkristallen angewendet sowie ein alternativer Ansatz, das ab initio zyklische Clustermodell, entwickelt. Da quantenchemische Rechnungen mit dem Superzellenmodell mit Gaußschen Basissätzen es bisher erforderten, einen Basissatz für das zu untersuchende System anzupassen, wurde zunächst der erste konsistente und allgemein anwendbare Gaußsche Basissatz für periodische Rechnungen für die ersten drei Reihen des Periodensystems vorgestellt. Diese Basissätze wurden für einen Referenzsatz an Verbindungen mit Elementen in verschiedenen Bindungssituationen, inklusive Metalle, variational optimiert. Dadurch wird eine stabile SCF-Konvergenz und eine gute Übereinstimmung mit experimentellen Daten für eine große Vielfalt an Elementen sichergestellt. Die optimierten Basissätze wurden in die aktuelle Entwickler-Version des CRYSTAL-Programms implementiert und vereinfachen dadurch die Anwendung des Programms deutlich. Rechnungen mit Hybridfunktionalen in der vorgestellten Basis zusammen mit dem "gCP"-Schema zur Korrektur des Basissatz-Superpositionsfehlers und der DFT-D3-Dispersionskorrektur stellen somit ein gutes Arbeitsverfahren für periodische Rechnungen mit dem Superzellenmodell dar. Im zweiten Teil wurde die Elektronenstruktur der Molekülkristalle mit periodischen quantenchemischen Methoden untersucht. Thianthren-Hexafluorphosphat sowie Selenanthren- Tetrachloridoaluminat, die Dimere von Radikalkationen des Thianthrens bzw. Selenanthrens enthalten, wurden als Halbleiter mit kleinen Bandlücken klassifiziert. Auf geladene Cluster wurden Multireferenz-Methoden, die statische und dynamische Elektronenkorrelation beschreiben, angewendet und der elektronische Grundzustand bestimmt. Durch die Kopplung der einfach besetzten Molekülorbitale des Thianthrenbzw. Selenanthren-Radikalkations werden 2-Elektronen-4-Zentren-Bindungen ausgebildet. Obwohl die Ringsysteme über Dispersionswechselwirkungen zusätzlich stabilisieren, sind die Dimere aufgrund der elektrostatischen Abstoßung der Radikalkationen in der Gasphase metastabil. Die Bildung der Dimere in Festkörperreaktionen wird auf Kristallfeldeffekte zurückgeführt. Die Bindungen der geladenen Thianthren-Trimere in (TA)3[Al2Cl7]2 werden im Wesentlichen durch langreichweitige Wechselwirkungen der Orbitale an den Schwefel- bzw. Selenatomen der äußeren Moleküle bestimmt. Die Thianthren-Trimer-Dikationen, die auch in Molekülkristallen experimentell bei der Reaktion von Thianthren mit Aluminumchlorid gebildet werden, erweisen sich als stabil in der Gasphase. Die experimentell in der analogen Reaktion nicht beobachteten Selenanthren-Trimer-Dikationen erweisen sich dagegen nur als metastabil. Die höhere Stabilität der geladenen Trimere im Vergleich zu den geladenen Dimeren folgt aus der abgeschwächten elektrostatischen Abstoßung der Radikalkationen. Kürzlich synthetisierte Systeme, die aus Radikalkationen des Tetrathiafulvalens bestehen, wurden daraufhin untersucht, ob bei der Festkörperreaktion die Spinzentren erhalten bleiben und diese somit multifunktionale Materialien darstellen. Periodische Bandstruktur-Rechnungen zeigen, dass es sich aufgrund senkrecht zum Kationenstapel orientierter Tetrathiafulvalen-Radikale bei (TTF)3(C2N5)2 um einen magnetischer Halbleiter mit kleiner Bandlücke handelt. Ein Vergleich von Tetrathiafulvalen mit seinem Isomer Tetrathiatetrahydronaphthalin zeigt, dass letzteres sich nicht für die Synthese magnetischer Halbleiter eignet. Analoge Vergleiche können zukünftigen Arbeiten dabei helfen, geeignete Moleküle für multifunktionale Materialien zu finden. Um den Grundstein für zukünftige Untersuchungen von Molekülkristallen mit modernen periodisch-quantenchemischen Methoden zu legen, wurde im letzten Abschnitt dieser Arbeit die Entwicklung und Implementierung des zyklischen Clustermodells (CCM) auf ab initio-Niveau vorgestellt. Im CCM werden die zyklischen Born-von-Kármán-Randbedingungen direkt auf einen freien Cluster angewendet. Die lokale Umgebung jedes einzelnen Atoms wird durch eine fiktive zyklische Anordnung der Atome des Clusters ersetzt. So werden Wechselwirkungen von Atomen in der Referenzzelle mit virtuellen Atomen immer wieder auf Wechselwirkungen zwischen Atomen des fiktiv zu einem Ring geschlossenen Clusters zurückgeführt. Im Vergleich zu vorherigen Implementierungen des CCM ist im ab initio-Fall eine Vergrößerung des Wechselwirkungsradius notwendig. Wechselwirkungen des Referenzatoms mit Atomen, die sich auf der Grenze des lokalen Wechselwirkungsbereichs befinden, treten mehrfach auf und sind im allgemeinen Fall gerichtet. Diese Wechselwirkungen werden entsprechend der Anzahl an translationsäquivalenten Atomen in der Wigner-Seitz-Superzelle gewichtet. Das Wichtungsschema stellt Ladungsneutralität sicher und erhält die Punktsymmetrie. Für Drei- und Vierzentrenwechselwirkungen wurde ein Wichtungsschema, welches auf die Zweizentrenwechselwirkungen zurückgeführt werden kann, abgeleitet. Die Ableitung ist allgemein gültig und nicht auf den eindimensionalen Fall beschränkt und daher auch auf den zwei- und dreidimensionalen Fall anwendbar. Das Modell wurde in dem eigens dafür entwickelten Programm "AICCM"- implementiert. Testrechnungen an Modellsystemen zeigen, dass das ab initio-CCM die Ergebnisse des Superzellenmodells exakt reproduziert. Somit stellt sie eine Realraum-Alternative zu blochfunktionsbasierten Ansätzen dar

Breast Cancer, Sickness Absence, Income and Marital Status. A Study on Life Situation 1 Year Prior Diagnosis Compared to 3 and 5 Years after Diagnosis

Background: Improved cancer survival poses important questions about future life conditions of the survivor. We examined the possible influence of a breast cancer diagnosis on subsequent working and marital status, sickness absence and income. Materials: We conducted a matched cohort study including 4,761 women 40–59 years of age and registered with primary breast cancer in a Swedish population-based clinical register during 1993–2003, and 2,3805 women without breast cancer. Information on socioeconomic standing was obtained from a social database 1 year prior and 3 and 5 years following the diagnosis. In Conditional Poisson Regression models, risk ratios (RRs) and 95 % confidence intervals (CIs) were estimated to assess the impact of a breast cancer diagnosis. Findings: Three years after diagnosis, women who had had breast cancer more often had received sickness benefits (RR = 1.49, 95 % CI 1.40–1.58) or disability pension (RR = 1.47, 95 % CI 1.37–1.58) than had women without breast cancer. W

Effect of training-sample size and classification difficulty on the accuracy of genomic predictors

Introduction: As part of the MicroArray Quality Control (MAQC)-II project, this analysis examines how the choice of univariate feature-selection methods and classification algorithms may influence the performance of genomic predictors under varying degrees of prediction difficulty represented by three clinically relevant endpoints. Methods: We used gene-expression data from 230 breast cancers (grouped into training and independent validation sets), and we examined 40 predictors (five univariate feature-selection methods combined with eight different classifiers) for each of the three endpoints. Their classification performance was estimated on the training set by using two different resampling methods and compared with the accuracy observed in the independent validation set. Results: A ranking of the three classification problems was obtained, and the performance of 120 models was estimated and assessed on an independent validation set. The bootstrapping estimates were closer to the validation performance than were the cross-validation estimates. The required sample size for each endpoint was estimated, and both gene-level and pathway-level analyses were performed on the obtained models. Conclusions: We showed that genomic predictor accuracy is determined largely by an interplay between sample size and classification difficulty. Variations on univariate feature-selection methods and choice of classification algorithm have only a modest impact on predictor performance, and several statistically equally good predictors can be developed for any given classification problem

A Longitudinal Comparison of Arm Morbidity in Stage I–II Breast Cancer Patients Treated with Sentinel Lymph Node Biopsy, Sentinel Lymph Node Biopsy Followed by Completion Lymph Node Dissection, or Axillary Lymph Node Dissection

Background:\ud Long-term shoulder and arm function following sentinel lymph node biopsy (SLNB) may surpass that following complete axillary lymph node dissection (CLND) or axillary lymph node dissection (ALND). We objectively examined the morbidity and compared outcomes after SLNB, SLNB + CLND, and ALND in stage I/II breast cancer patients.\ud \ud Materials and Methods:\ud Breast cancer patients who had SLNB (n = 51), SLNB + CLND (n = 55), and ALND (n = 65) were physically examined 1 day before surgery (T0), and after 6 (T1), 26 (T2), 52 (T3), and 104 (T4) weeks. Differences in 8 parameters between the affected and unaffected arms were calculated. General linear models were computed to examine time, group, and interaction effects.\ud \ud Results:\ud All outcomes changed significantly, mostly nonlinearly, over time (T0–T4). Between T1 and T4, limitations decreased in abduction (all groups); anteflexion, abduction-exorotation, abduction strength (SLNB + CLND, ALND); flexion strength (SLNB + CLND); and arm volume (SLNB, SLNB + CLND). At T4, limitations in anteflexion (SLNB, ALND), abduction (SLNB + CLND, ALND), exorotation (ALND), abduction-exorotation (all groups), and volume (SLNB + CLND, ALND) increased significantly compared with T0. The SLNB group showed an advantage in anteflexion, abduction, abduction-exorotation, and volume. Groups changed significantly but differently over time in anteflexion, abduction, abduction/exorotation, abduction strength, flexion strength, and volume. Effect sizes varied from 0.19 to 0.00.\ud \ud Conclusion:\ud Initial declines in range of motion and strength were followed by recovery, although not always to presurgery levels. Range of motion and volume outcomes were better for SLNB than ALND, but not strength. SLNB surpassed SLNB + CLND in 2 of the range of motion variables. The clinical relevance of these results is negligible

Quality of Life After Sentinel Lymph Node Biopsy or Axillary Lymph Node Dissection in Stage I/II Breast Cancer Patients: A Prospective Longitudinal Study

Background:\ud Breast cancer patients’ quality of life (QoL) after surgery has been reported to improve significantly over time. Little is known about QoL recovery after sentinel lymph node biopsy (SLNB) in comparison to axillary lymph node dissection (ALND).\ud \ud Methods:\ud 175 of 195 stage I/II breast cancer patients completed the EORTC QLQ-C30: one day before surgery (T0) and after 6 (T1), 26 (T2), 52 (T3) and 104 (T4) weeks. Of these, 54 patients underwent SLNB, 56 SLNB+ALND and 65 ALND. General linear models and paired T-tests between T0–T4 and T1–T4 were computed. Complications, radiotherapy and systemic therapy were added to the model.\ud \ud Results:\ud Significant time effects were found on physical, role and emotional functioning. Physical and role functioning decreased between T0 and T1. At T4, SLNB patients’ functioning had increased to their T0 level; ALND (+/– SLNB) patients’ functioning had increased, but had not improved to T0 level. Emotional functioning increased linearly between T0 and T4. At T4, emotional functioning was significantly higher in all groups as compared with T0. No significant group or interaction (time × group) effects were found. Complications and chemotherapy had a significant negative effect on role, emotional and cognitive functioning. Complications had a significant effect on social functioning also. Effect sizes varied between 0.00 and 0.06.\ud \ud Conclusion:\ud Two years post surgery, breast cancer patients’ QoL is comparable to that shortly before surgery. Women rated their emotional functioning as even better. SLNB is not associated with a better QoL than ALND. However, undergoing systemic therapy and/or experiencing complications affects QoL negatively

The postmastectomy pain syndrome: an epidemiological study on the prevalence of chronic pain after surgery for breast cancer

The prevalence of the postmastectomy pain syndrome (PMPS) and its clinical characteristics was assessed in a group of patients who had undergone surgery for breast cancer at the Department of Surgery, Odense University Hospital, within the period of 1 May 2003 to 30 April 2004. The study included 258 patients and a reference group of 774 women. A questionnaire was mailed to the patients 1½ year after surgery and to the women in the reference group. The PMPS was defined as pain located in the area of the surgery or ipsilateral arm, present at least 4 days per week and with an average intensity of at least 3 on a numeric rating scale from 0 to 10. The prevalence of PMPS was found to be 23.9%. The odds ratio of developing PMPS was 2.88 (95% confidence interval 1.84–4.51). Significant risk factors were as follows: having undergone breast surgery earlier (OR 8.12), tumour located in the upper lateral quarter (OR 6.48) and young age (OR 1.04). This study shows that, although recent advances in the diagnostic and surgical procedures have reduced the frequency of the more invasive surgical procedures, there still is a considerable risk of developing PMPS after treatment of breast cancer