Die Fakultät für Chemie hat sich aktuell folgende Schwerpunkte im Forschungsbereich gesetzt:

• Bioaktive Moleküle
• Bioanalytik
• Nanotechnologie der Grenzflächen
• Funktionelle Materialien
• Biomolekulare Simulation
• Quantenmechanische Simulation

(s. auch die Übersicht unserer Forschungsplattformen und Initiativkollegs)

Bioaktive Moleküle

Sowohl die Organische als auch Anorganische Chemie beschäftigen sich in synthetischer Hinsicht mit kleinen bioaktiven Molekülen, z.B. Zytostatika. So werden Synthesestrategien für Mikrotubuli stabilisierende Zytostatika entwickelt. Eine andere Verbindungsklasse basiert auf Koordinationsverbindungen, die in die Synthese der Tumor-DNA eingreift. Biologische Tests und klinische Erprobungen sind bereits weit fortgeschritten. Weiterhin werden antibiotische Wirkstoffe, Entzündungshemmer, Vitamine und bioaktive Kohlenhydrate hergestellt sowie enzymanaloge Wechselwirkungen an Modellverbindungen studiert.
Bei diesen Untersuchungen werden insbesondere spektroskopische Methoden, wie NMR (Nuclear-Magnetic-Resonance) und MS (Massenspektroskopie), Röntgendiffraktometrie sowie Trenntechniken eingesetzt und zell- und molekularbiologische Methoden genutzt.

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Bioanalytik

Ein zentrales Feld in der Analytischen Chemie besteht in der quantitativen Erfassung bioaktiver Verbindungen bis hin zu Zellen in komplexer Matrix. Hier ist die Wirkstoff- und Toxinanalyse anzuführen, wobei die Enantioselektivität pharmakologisch eine große Rolle spielt. Weiterhin sind Proteomics, Metabolomics, Lipidomics, Glycomics bis hin zu Viren und Zellen und deren Unterscheidung große Herausforderungen. All diese Analyte stellen auch Inhaltsstoffe und Kontaminationen von Lebensmitteln dar. Insbesondere mit neuen analytischen Ansätzen, Mikrotrenntechniken (HPLC, CE), Massenspektroskopie zw. deren Kopplung sowie Schnellanalytik wie immunologischen Verfahren und Sensortechniken lassen sich diese Aufgaben lösen.

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Nanotechnologie der Grenzflächen

Nanostrukturen stellen als organisierte Materie ein Bindeglied zwischen Molekül und makrospischer Welt dar, bei denen Quanteneffekte eine bedeutende Rolle spielen. So sind derartige Phänomene in der Katalyse, bei der Gewinnung von Solarstrom und Wasserstoff von größter Bedeutung. Nanotechnologie ist in der Bioanalytik, Trenntechniken und Sensorik nicht wegzudenken. Hierfür sind innovative instrumentelle Methoden wie etwa Strukturierungen mit Femtosekunden-Lasern oder elektrochemische Verfahren kombiniert mit STM (Scanning-Tunnel-Microscopy) von Bedeutung. Wichtige Anwendungen ergeben sich bei technischen, biologischen und medizinischen Fragestellungen.

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Funktionelle Materialien

Funktionelle Materialien sind die Grundlage unserer modernen Industriegesellschaft, etwa in der Energiegewinnung, der Flugzeugindustrie und in der Informationstechnologie bis hin zur Medizin. Die Fakultät für Chemie betreibt Grundlagenforschung bei metallischen, keramischen Werkstoffen und Hybridmaterialien. So sind z.B. korrosionsresistente Hochtemperaturwerkstoffe für Turbinen, umweltfreundliche Materialien für die Mikroelektronik und mikro- bzw. nanostrukturierte Materialien für die Sensorik und beispielsweise die NMR-Diagnostik von größter Bedeutung.
Die Charakterisierung erfolgt beispielsweise mit Röntgenbeugung, Neutronenbeugung und Synchrotonstrahlung, Thermoanalyse und elektrochemischen Methoden. Zur Absicherung der Phänomene und Voraussagen dienen Rechnungen, die immer mehr verfeinert werden.

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Biomolekulare Simulation

Es werden effiziente Algorithmen für Simulationsverfahren bei Biopolymeren und Polymeren entwickelt. So sind die Analyse der Struktur und Dynamik von Biomolekülen sowie die Protein-Ligand- und Protein-Protein-Wechselwirkung von größtem Interesse. Wirklichkeitsnahe Ergebnisse werden erhalten, wenn man in die Rechnungen die Solvatation durch Lösungsmittel mit einbezieht. Ein wesentlicher Aspekt dieser Simulationen sind Strukturermittlungen bei der RNA.

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Quantenmechanische Simulation

In diesem Schwerpunkt werden Programmpakete auf quantenmechanischer Grundlage zur Berechnung spektroskopischer Daten von Molekülen und zu Simulationen der Dynamik chemischer Prozesse erstellt. So lässt sich die Photodynamik biologischer Systeme, molekulare Cluster und spezifische Wechselwirkungen erfolgreich vorhersagen. Quantenchemische Methoden werden ebenfalls in der Festkörperchemie eingesetzt. So werden etwa elektrische Eigenschaften und Wasserstoffspeichermedien simuliert.

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