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Neues Design-Prinzip für Moleküle und chemische Reaktionen

Nr. 56 • 2. April 2014        V0-V3-idw

 

„Stoffe ziehen sich an“ – nach diesem Grundsatz sorgen die London-Kräfte (auch van-der-Waals-Kräfte genannt) für den Zusammenhalt von Gasen und anderen Stoffen. Obwohl diese Kräfte, die zwischen Molekülen oder Atomen wirken, einzeln schwach sind, können sie große Stärke zeigen: Sie ermöglichen es zum Beispiel dem Gecko, ohne Saugnäpfe und nur mit Millionen feiner Härchen an seinen Füßen an spiegelglatten Oberflächen zu haften. Der Chemiker Prof. Dr. Peter R. Schreiner vom Institut für Organische Chemie der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) erforscht mit seinem Team das große Potenzial der London-Kräfte. Nun hat er mit seinem Projekt „Control of London dispersion interactions in molecular chemistry“ ein Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) eingeworben. Neben Chemikerinnen und Chemikern der JLU sind auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Bonn und Göttingen beteiligt – ein Merkmal der Schwerpunktprogramme (SPP) ist die überregionale Kooperation. Von den 72 eingereichten Konzepten hat die DFG 16 ausgewählt, darunter das von Prof. Schreiner koordinierte Projekt.

 

Die DFG stellt für die 16 neuen Schwerpunktprogramme in der ersten Förderperiode von 2015 bis 2017 insgesamt 89 Millionen Euro zur Verfügung. Maximal dauert die Förderung sechs Jahre. Die Programme sind in hohem Maße interdisziplinär ausgerichtet und zeichnen sich durch den Einsatz innovativer Methoden aus. Zudem ist die Einbindung und Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses zentral. Prof. Schreiner: „Dieses Programm wird eindeutig mehr als die Summe der beteiligten Arbeitsgruppen sein, denn eine Gruppe allein könnte bei diesem kniffligen Thema nur sehr schwer große Erkenntnisfortschritte machen.“ JLU-Präsident Prof. Dr. Joybrato Mukherjee gratulierte herzlich zu diesem großen Erfolg: „Die Einwerbung dieses innovativen Schwerpunktprogramms ist ein erneuter Beweis für die herausragende Forschungsstärke der Chemie – eines Leitfachs unserer Universität. Dieser Erfolg ist eine besondere Anerkennung für Herrn Kollegen Schreiner als Koordinator des Programms.“

 

Ziel der Forschergruppe ist es, die London-Dispersionswechselwirkungen in molekularen Systemen besser zu verstehen, diese Kräfte zu quantifizieren und gezielt zu nutzen. Weil die London-Kräfte einzeln schwach sind, wurden sie lange unterschätzt. Doch sie stellen eine fundamentale Triebkraft molekularer Aggregation dar und erklären die Stabilität vieler ungewöhnlicher Moleküle. Eine zentrale Rolle nehmen sie unter anderem bei der molekularen Erkennung, der chemischen Selektivität durch Stabilisierung von Übergangszuständen während chemischer Reaktionen, der Proteinfaltung und der Enzymkatalyse ein.

 

Die Chemikerinnen und Chemiker wollen nun ein Gestaltungsprinzip entwickeln, das die London-Kräfte als „Design-Element“ für die Entwicklung neuer chemischer Strukturen und Reaktionen nutzt. Dazu entwickeln sie Modellsysteme. Mittels modernster synthesechemischer,  spektroskopischer und theoretischer Methoden sollen die London-Kräfte präzise analysiert und besser vorhersagbar gemacht werden. Dabei wird es eine enge Zusammenarbeit von theoretisch und experimentell arbeitenden Forschergruppen geben. Die Ergebnisse werden relevant sein für die Materialwissenschaften, die Biochemie und die Supramolekulare Chemie, die sich mit Bindungen zwischen Molekülen und der Aggregation von Molekülen zu definierten Einheiten beschäftigt.

Weitere Informationen

www.dfg.de/spp/

Kontakt

Prof. Dr. Peter R. Schreiner

Institut für Organische Chemie
Heinrich-Buff-Ring 58, 35392 Gießen
Telefon: 0641 99-34300

E-Mail: prs@uni-giessen.de

 

Die 1607 gegründete Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) ist eine traditionsreiche Forschungsuniversität, die mehr als 26.500 Studierende anzieht. Neben einem breiten Lehrangebot – von den klassischen Naturwissenschaften über Rechts- und Wirtschaftswissenschaften, Gesellschafts- und Erziehungswissenschaften bis hin zu Sprach- und Kulturwissen­schaften – bietet sie ein lebenswissenschaftliches Fächerspektrum, das nicht nur in Hessen einmalig ist: Human- und Veterinärmedizin, Agrar-, Umwelt- und Ernährungswissenschaften sowie Lebensmittelchemie. Unter den großen Persönlichkeiten, die an der JLU geforscht und gelehrt haben, befindet sich eine Reihe von Nobelpreisträgern, unter anderem Wilhelm Conrad Röntgen (Nobelpreis für Physik 1901) und Wangari Maathai (Friedensnobelpreis 2004). Seit 2006 wird die JLU sowohl in der ersten als auch in der zweiten Förderlinie der Exzellenzinitiative gefördert (Excellence Cluster Cardio-Pulmonary System – ECCPS; International Graduate Centre for the Study of Culture – GCSC).

Liebig-Kolleg soll die Besten nach Gießen ziehen

Ein attraktives und bislang in dieser Form bundesweit einmaliges Angebot für den hochqualifizierten internationalen wissenschaftlichen Nachwuchs im Fachgebiet Chemie wird es in Zukunft an der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) geben: Der Aufbau eines Liebig-Kollegs als Instrument zur Rekrutierung hochqualifizierter Kandidatinnen und Kandidaten sowie Gastdozentinnen und -dozenten aus dem In- und Ausland wird vom Land Hessen aus dem Innovations- und Strukturentwicklungsbudget ab Dezember 2013 für zunächst drei Jahre mit rund 300.000 Euro gefördert.

 

Im Rahmen des sogenannten „PrePromChem“-Programms erhalten die besten Bachelor-Absolventinnen und -absolventen eines Jahrgangs an der Universität Gießen bereits jetzt die Chance, über einen direkten Einstieg in die Promotionsphase ihre Studiendauer bis zum Abschluss der Promotion merklich zu verkürzen, da sie keine MSc-Thesis mehr anfertigen müssen. Die Vorteile des sogenannten „fast track“-Promotionsprogramms liegen auf der Hand, wie der Initiator des Liebig-Kollegs, Prof. Dr. Peter R. Schreiner (Institut für Organische Chemie an der JLU), verdeutlicht: „Ich freue mich sehr, dass eine Spitzengruppe hervorragend qualifizierter und hochmotivierter Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler schneller in die Forschung einsteigen und sich dadurch frühzeitig im internationalen Wettbewerb behaupten kann“.

 

Mit dem Liebig-Kolleg wird dieses Gießener Programm vor allem auch für hochqualifizierte Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler aus dem Ausland attraktiver. Sie werden nicht vom gängigen deutschen Kaskadenmodell (BSc plus Thesis, MSc plus Thesis, Promotion mit Dissertation) abgeschreckt und können ihre wissenschaftliche Karriere mit einem Aufenthalt in Deutschland zügig und vor allem innerhalb eines für die Naturwissenschaften international vergleichbaren Systems angehen. Mit dem Aufbau des Liebig-Kollegs werden die Rahmenbedingungen deutlich verbessert, erklärt Prof. Schreiner: Der Aufenthalt an der JLU soll auf jeden Fall mindestens drei Monate, möglichst sogar sechs Monate dauern; es wird ein finanzielles Anreizsystem (über Reisemittel und Stipendien) geschaffen und über besondere Forschungsprojekte und Lehrangebote eine wissenschaftliche Perspektive im Rahmen des „PrePro-Chem“ geboten.

 

Eine „Undergraduate Summer School ” soll dazu dienen, besonders qualifizierte internationale BSc-Studierende im dritten Studienjahr („junior year“ im angelsächsischen System) für drei bis sechs Monate mittels Stipendien zu gewinnen. In dieser Zeit können sie entweder bereits in einer Arbeitsgruppe ihre BSc-Thesis oder ein summer projectanfertigen; letzteres wird ebenfalls mit einem schriftlichen Bericht und einem Vortrag abgeschlossen. Ein hochkarätig besetztes Gastdozentenprogramm wird das von der Fachgruppe Chemie  (Fachbereich 08 – Biologie und Chemie) der JLU organisierte Liebig-Kolleg ergänzen.

 

Die Fachgruppe Chemie wird voraussichtlich in der zweiten Hälfte des Jahres 2014 den Neubau Chemie beziehen, so dass in Zukunft auch eine hochmoderne bauliche Infrastruktur zur Verfügung steht. An Arbeitsmethoden ist an der JLU das gesamte Spektrum der Chemie (Anorganische und Analytische, Organische, Physikalische sowie Lebensmittelchemie und Didaktik der Chemie) vertreten. Modernste nasschemische, synthetische und instrumentelle Techniken werden angeboten und vermittelt.

 

Weitere Informationen

www.uni-giessen.de/cms/fbz/fb08/Inst

 

 

Kontakt

Prof. Dr. Peter R. Schreiner, PhD

Institut für Organische Chemie

Heinrich-Buff-Ring 58, 35392 Gießen

Telefon: 0641 99-34300

E-Mail: prs@uni-giessen.de

Wissenschaftspreis der Deutschen Technion-Gesellschaft an Prof. Schreiner

Die Deutschen Technion-Gesellschaft würdigt Prof. Peter R. Schreiner mit ihrem Wissenschaftspreis, der alle zwei Jahre für besondere Verdienste um die wissenschaftlichen Zusammenarbeit zwischen dem Technion-lsrael lnstitute of Technology (Technion) und deutschen wissenschaftlichen Einrichtungen verliehen verliehen wird. Das Technion wurde 1912 gegründet und ist die älteste Universität in Israel. Der Preis wird in einer feierlichen Zeremonie im Mai 2014 in Berlin vergeben; Laudator wird der frühere Präsident des Technions, Prof. Yitzhak Apeloig sein. Prof. Schreiner pflegt seit rund 20 Jahren enge wissenschaftliche Beziehungen zu Wissenschaftlern in Israel.

Mit KPI: „Wege zu chemisch und topologisch reinen (Nano)diamanten“

Das Projekt befasst sich mit der rationalen Darstellung und vollständigen Charakterisierung Nanometer-großer Diamantpartikel durch die Kupplung der natürlich vorkommenden Diamantoide Triamantan, isomerer Tetramantane, Pentamantan und Hexamantan.

Im Gegensatz zu kommerziellen Nanodiamant-Mischungen, wie sie z. B. durch Sprengungen und Gasphasenabscheidung zugänglich sind, werden die darzustellenden Diamantpartikel aus chemischer und topologischer Sicht rein und vollständig charakterisierbar sein. Diese Homogenität erlaubt deren selektive Funktionalisierung und Untersuchungen zu Größen- bzw. Topologieabhängigkeiten ihrer außergewöhnlichen chemischen und elektronischen Eigenschaften, insbesondere am bislang nur wenig untersuchten Übergang vom Molekül zum Material bei immer größer werdenden Partikeln.

Die so erhaltenen Nanodiamanten sollen mit etablierten Projektpartnern aus der Physik im Hinblick auf Anwendungen im Bereich der organischen Elektronik als molekulare Feldemitter, Dioden und Dünnschicht-Feldtransistoren untersucht werden.

Forschergruppe mit den Physikern in Berlin: „Synthetisches Maßschneidern von Diamantoiden für Halbleiteranwendungen“

Die Forschergruppe FOR 1282 untersucht die elektronische Struktur von modifizierten und funktionalisierten Halbleiter-Nanoteilchen und Nanoteilchen-Aggregaten. Das Ziel besteht darin, ihre Strukturen, elektronischen und optischen Eigenschaften durch Dotierung, Substitution einzelner Gruppen und Hybridbildung mit Metallen in kontrollierter Weise einzustellen.

Hierfür ist ein detailliertes Verständnis der Modifikation notwendig, mit dem Ziel, Bausteine für neuartige Materialien mit einzigartigen optischen und elektronischen Eigenschaften zu identifizieren. Das experimentelle Programm der Forschergruppe umfasst die Untersuchung von größenselektierten Clustern in der Gasphase sowie deponierten Cluster-Nanostrukturen aus den technologisch wichtigen Elementen Kohlenstoff und Silizium.

Nanodiamanten (Diamantoide, AG Schreiner) deren Aggregate mit sp2-Funktionalitäten, Hybride mit Metallclustern sowie dotierte und modifizierte Kohlenstoff-Siliziumcluster werden experimentell mit spektroskopischen Methoden im IR- bis Röntgenbereich und mittels Tunnelmikroskopie charakterisiert.

Zwei neue LOEWE-Schwerpunkte mit maßgeblicher FB08-Beteiligung

Chemiker Prof. Dr. Peter R. Schreiner in Leopoldina gewählt

Mit Nanodiamanten zu effizienterer Energienutzung

Das US-amerikanische Department of Energy (DOE) fördert eine Forschergruppe der Stanford University in Zusammenarbeit mit der mit der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Peter R. Schreiner an der Justus-Liebig-Universität großzügig weiter. Die herausragenden Ergebnisse in der ersten dreijährigen Förderperiode haben nun zur Verlängerung der Förderperiode um weitere drei Jahre geführt. Das Fördervolumen beträgt rund 2.3 Mio US-$ für drei Arbeitsgruppen. In der neuen Förderperiode sollen Techniken entwickelt werden, um mittels Nanodiamanten Energieeinsparungen in elektrischen Modulen zu erreichen. Dies geschieht zum Beispiel durch die Beschichtung von Elektroden für beispielsweise organische Leuchtdioden mit funktionalisierten Nanodiamanten, um so die Übertragung der Elektronen wesentlich zu erleichtern. Ein ähnlicher Ansatz wird auch für neuartige Feldeffekttransistoren verfolgt, um diese leistungsstärker bei gleichzeitig geringerem Energieverbrauch zu machen. Weiterführende Details finden sich hier.

Evolution in der Organokatalyse

Das Titelbild der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Green Chemistry illustriert neueste „grüne“ (im Deutschen eher „nachhaltige“) Forschungsergebnisse der Arbeitsgruppe Schreiner im Bereich der Organokatalyse. Wende und Schreiner fassen in ihrem Übersichtsartikel die neuesten Entwicklungen in der organischen Multikatalyse, d.h. der Verwendung unabhängiger Organokatalysatoren mit orthogonaler Reaktivität für mehrstufige Eintopf-Reaktionen zusammen. Ziel solcher Ansätze ist es, molekulare Komplexität in möglichst wenig Schritten aus einfachsten Ausgangsmaterialien zu erzeugen, ganz so, wie es die Natur vormacht. Dies gelingt mit Hilfe sogenannter Multikatalysatoren – typischerweise kurze Peptide mit unabhängig voneinander agierenden katalytischen Gruppen.

Prof. Schreiner neuer Associate Editor des Beilstein Journal of Organic Chemistry

Soeben hat Prof. Dr. Peter R. Schreiner (Institut für Organische Chemie der Justus-Liebig-Universität Gießen) seine Arbeit als Associate Editor des Beilstein Journal of Organic Chemistry (BJOC) aufgenommen. Das BJOC ist ein internationales, peer-reviewed, „open-access“ Journal, das Originalarbeiten zu allen Aspekten der Organischen Chemie publiziert. Alle Inhalte sind online frei verfügbar und werden ebenfalls frei zugänglich archiviert. Autoren können im BJOC kostenfrei publizieren – Dank großzügiger Finanzierung durch das Beilstein-Institut, einer non-profit-Einrichtung, die sich der Kommunikation und Information in der Chemie verpflichtet hat.

Tunnelkontrolle" als neue chemische Triebkraft durch AG Schreiner entdeckt

Eine neue Triebkraft chemischer Reaktionen haben Chemiker um Prof. Dr. Peter R. Schreiner (Institut für Organische Chemie der Justus-Liebig-Universität Gießen) gemeinsam mit Kollegen von der University of Georgia (Athens, USA) entdeckt: Sie konnten zeigen, dass die sogenannte Tunnelkontrolle chemische Reaktionen in eine Richtung lenken kann, die weder durch das etablierte Prinzip der kinetischen Kontrolle (in Richtung der Reaktion mit der geringsten Barriere) noch durch das der thermodynamischen Kontrolle (in Richtung der energetisch günstigsten Reaktion) vorhergesagt worden wären. Diese Ergebnisse haben die Forscher jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht. Sie könnten starken Einfluss darauf haben, wie Wissenschaftler chemische Umsetzungen verstehen und entwerfen – sei es in der Chemie, den Materialwissenschaften oder der Biochemie.

Highlight in Nature Chemistry

Die erstmalige Darstellung einer Kohlenstoff-Schwefel Dreifachbindung in einem polyatomaren Molekül gelang der Arbeitsgruppe Schreiner mit dem ungewöhnlichen Molekül HCSOH, das formal das Addukt von Wasser an CS darstellt. Dieses Molekül konnte aus dem "Zwiebelaroma" H2CSO (Sulfin) photochemisch durch eine erlaubte [1,3]-Wasserstoffwanderung hergestellt und unter Bedinungen der Matrixisolation (ca. 10 K in festem Argon) spektroskopisch zweifelsfrei nachgewiesen werden. Die im Druck befindliche Originalarbeit in der "Angewandten Chemie" wurde von "Nature Chemistry" als highlight hervorgehoben. Mit der erstmaligen Darstellung einer CS-Dreifachbindung in einem polyatomaren Molekül werden die Grenzen unseres Verständnisses zur chemischen Bindung ausgelotet und erweitert.

Ehrenmitgliedschaft an Prof. Dr. Peter R. Schreiner verliehen

In Anerkennung seiner wissenschaftlichen Beiträge und Verbundenheit mit israelischen Wissenschaftlern wurde Prof. Dr. Peter R. Schreiner (Institut für Organische Chemie) zum 42. Mitglied der Israel Chemical Society ernannt. Die Verleihung dieser auf Lebenszeit übertragenen Ehrung fand anläßlich des European Symposium on Organic Reactivity (ESOR XII) in Haifa statt. Herr Schreiner pflegt seit 1986 enge Beziehungen zu Israel und ist Beiratsmitglied eines Ausschusses der Minerva-Stiftung zur Unterstützung deutsch-israelischer Wissenschaftsprojekte. Er ist auch aktiv als Mitglied der Deutschen Technion-Gesellschaft des Israel Institutes of Technology in Haifa.

Prof. Schreiner übernimmt Vorsitz

Prof. Dr. Peter R. Schreiner, Institut für Organische Chemie, wurde zu Beginn des Jahres zum Vorsitzenden des Dechema-Ausschusses Kinetik und Reaktionsmechanismen" der Sektion Chemische Reaktionstechnik gewählt. Die Amtszeit beträgt fünf Jahre.

http://www.dechema.de/

AG Schreiner erforscht van-der-Waals-Kräfte

Neue Ergebnisse in der Erforschung der sogenannten van-der-Waals-Kräfte konnten die Chemiker der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Peter R. Schreiner (Institut für Organische Chemie der Justus-Liebig-Universität Gießen) in der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ veröffentlichen. Diese Kräfte sorgen nach dem Grundsatz „Stoffe ziehen sich immer an“ für das Zusammenhalten von Gasen und anderen Stoffen und ermöglichen es z. B. dem Gecko, nur mit unzähligen winzigen Härchen an seinen Füßen an spiegelglatten Oberflächen zu haften. Diese „Dispersionswechselwirkungen“ sind einzeln genommen jedoch schwach und lassen sich deshalb nur schlecht direkt bei chemischen Verbindungen berücksichtigen. Erstmals konnten die Gießener Forscher jetzt aber nachweisen, dass die van-der-Waals-Kräfte sogar extrem lange (und deshalb eigentlich schwache) Bindungen zwischen Kohlenstoffmolekülen stabilisieren können. Diese neuen Ergebnisse haben Bedeutung für die molekulare Erkennung, die Enzymkatalyse, neue Materialien und für das gezielte Design neuer chemischer Strukturen, die bis dato unerreichbar erschienen. Denkbar wären Anwendungen in der Nanotechnologie, aber auch in der Medizin. Derzeit sucht die Wissenschaft bereits nach Möglichkeiten, die „Gecko-Kräfte“ für den Menschen nutzbar zu machen.


Die Forschungsarbeiten der AG um Prof. Schreiner wurden durch Drittmittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und durch das US-amerikanische Energieministerium (DOE) gefördert.

Prof. P. R. Schreiner erhält begehrte "Schulich Visiting Professorship" am Technion - Israel Institute of Technology

Die Schulich Visiting Professorship am Technion-Israel Institute of Technology des akadamischen
Jahres 2011/12 wird auf Vorschlag der chemischen Fakultät des Technion an Prof. Peter R. Schreiner vergeben.

Die Gastprofessur ist ist benannt nach Seymor Schulich, einem wohlhabenden kanadischen Geschäftsmann und Philantrop, der sich zur Aufgabe gesetzt hat, Exzellenz in Forschung und Lehre mit dem Großteil seines Eigenkapitals zu fördern.

Prof. Schreiner folgt damit John F. Hartwig (Urbana-Champaign, 2009) und Geoffrey W. Coates (Cornell U., 2010) und wird im akademischen Jahr 2011/12 einen Monat am Technion verbringen.

AG Schreiner präpariert ungewöhnliches Molekül

Der AG Schreiner ist es gelungen, Hydroxymethylen (Hydroxycarbene, H-C-OH) herzustellen und eindeutig zu identifizieren. Dieses Molekül spielt eine Schlüsselrolle zum Verständnis grundlegender organischer Reaktionen und bei der Bildung einfacher Zucker im extraterrestrischen Raum sowie auf der frühzeitlichen Erde. Die entsprechende Arbeit ist soeben in Nature 2008, 453, 906 erschienen.
 
Weitere Information: Prof. Dr. Peter R. Schreiner