Quantenchemie, wie das schon klingt... Offenbar nach der Kombination zweier als nicht gerade “leicht” verschriener Gebiete. Und genau das ist es auch: eine Kombination von Quantenphysik und Chemie, genauer gesagt, die Benutzung quantenmechanischer Grundgesetze zur Beschreibung chemischer Phänomene.

Titelbildautoren: Leonhard M. Henkes, Jochen Heil, Stefan M. Kast (TU Dortmund). Die Moleküldarstellung unseres Titelbildes wurde mit dem Programm VMD erzeugt (Humphrey, W., Dalke, A. und Schulten, K., J. Molec. Graphics 1996, 14.1, 33–38).

Prof. Dr. Stefan M. Kast ist Professor für Theoretische Physikalische Chemie an der Fakultät für Chemie und Chemische Biologie der TU Dortmund.

Als Fritz Haber in den noch-Friedensjahren kurz vor dem ersten Weltkrieg die katalytische bergauf-Ammoniak-Synthese unter hohem Druck und ziemlich hoher Temperatur ersann, war man noch wenig energiebewusst, befand sich noch buchstäblich im Dampfmaschinen-Zeitalter. In den hundert Jahren seither sind wir ökonomisch einsichtiger geworden, auch tätiger, das Haber-Bosch-Verfahren durch naturnähere Synthesen zu ersetzen. Denn Mikoorganismen, besonders die in Symbiose mit Pflanzenwurzeln lebenden Rhizobium-Knöllchenbakterien, hydrogenieren N₂ zu NH₃ unter Umweltbedingungen durch spezielle Übergangsmetall(FeMo)-Coenzyme in einem von uns noch immer nicht recht verstandenen Prozess.

Legale Cannabis-Produkte für medizinische Zwecke sind auf dem Vormarsch, und auch der Joint als Freizeitvergnügen wurde mancherorts bereits legalisiert. Für analytische Laboratorien eröffnet sich ein neuer Markt in der Qualitätskontrolle von Cannabisprodukten.

Tryptophan ist den meisten Chemikern bekannt als essentielle Aminosäure und damit Basis für die Synthese von Proteinen. Allerdings wird selbst in Geweben mit hoher Zellteilungsaktivität nur ein Bruchteil des mit der Nahrung aufgenommenen Tryptophans in Proteine integriert. Der überwiegende Teil wird verstoffwechselt und dadurch in andere biologisch aktive Substanzen umgewandelt. Abnormalitäten im Tryptophanstoffwechsel wurden bei neurodegenerativen Erkrankungen und Hirntumoren beobachtet.

Viele wichtige Proteine, etwa der Blutfarbstoff Hämoglobin, assoziieren sich in reversibler Reaktion zu wohldefinierten Oligomeren. Erst jetzt wurde ein solches Verhalten mittels der analytischen Ultrazentrifugation auch für Kohlenhydrate nachgewiesen.

Spiegelbildliche Enzyme aus Nukleinsäuren zerschneiden RNA-Moleküle gezielt und schalten sie damit aus. Werden Krankheiten durch überexprimierte Gene verursacht, könnten diese Spiegelzyme ein neues Werkzeug zum Gene-Silencing sein.

Chemie, Sprache und Kultur studieren, den deutschen Bachelor of Science und die französische Licence de Chimie erwerben: “Regio Chimica”, der binationale Studiengang der Universität Freiburg und der Université de Haute-Alsace in Mulhouse, erhält den Prix Bartholdi – als besonders erfolgreiches Beispiel der grenzüberschreitenden Zusammenarbeit von Hochschulen am Oberrhein.

Eine verständliche Einführung in die Quantenchemie.

Quantenchemie, wie das schon klingt... Offenbar nach der Kombination zweier als nicht gerade “leicht” verschriener Gebiete. Und genau das ist es auch: eine Kombination von Quantenphysik und Chemie, genauer gesagt, die Benutzung quantenmechanischer Grundgesetze zur Beschreibung chemischer Phänomene. Klingt nach einer Herausforderung an den Verstand, die es auch tatsächlich ist! Das Ziel dieses Beitrags ist aber nicht, Sie zum Experten in Quantenchemie zu machen, sondern vielmehr aufzuzeigen, dass man die Chemie sehr viel besser versteht, wenn man ihre physikalischen Grundlagen im Hinterkopf hat.

Meist hat der Volksmund ja recht: “Jedes Böhnchen – ein Tönchen...”. Aber warum nur setzen uns Hülsenfrüchte derart unter Druck? Das liegt am reichlich enthaltenen Trisaccharid Raffinose. Für uns ist es unverdaulich, weil wir nicht über das Enzym α-Galactosidase verfügen. So wird Raffinose zu einem gefundenen Fressen für Darmbakterien, die sie vergären können, wobei aber Gase wie Methan entstehen. Raffinose steht über das Enzym Raffinase in enger Beziehung zu Saccharose, der weltweit in größter Menge durch Kristallisation gereinigten “Chemikalie”: 175 Mio. Tonnen/Jahr. Es ist der “Raffinade-Zucker”, den wir verzehren. Wir beschreiben Raffinose in der Welt der Saccharide, die Isolierung aus Lupinensamen und alle analytischen Spektren.

Kann man einfach an einem Molekül “ziehen”, um Bindungen zu brechen? Und ist die Art der zugeführten Energie relevant für den mechanistischen Reaktionsverlauf? Können gar andere, mit Wärme oder Licht nicht zugängliche Reaktionen möglich werden? Die Mechanopolymerchemie untersucht diese Zusammenhänge und ihre Grundlagen und hat in den letzten fünf Jahren erstaunliche neue Erkenntnisse zu Tage gefördert.

In der traditionellen chinesischen Volksmedizin nutzt man zur Behandlung der Malaria seit mindestens 1600 Jahren den Einjährigen Beifuß (Artemisia annua). Aus dieser Pflanze wurde in den 1970er Jahren Artemisinin isoliert. In den zurückliegenden 30 Jahren wurde eine Reihe interessanter Totalsynthesen publiziert, die auf beeindruckende Weise den präparativen Fortschritt der modernen organischen Chemie wiederspiegeln. Im industriellen Maßstab gewinnt man Artemisinin durch Extraktion aus dem Einjährigen Beifuß und durch Fermentation und Partialsynthese.

Fluch und Segen liegen manchmal eng beieinander. In der chemischen Industrie kennt man diese Nähe nur zu gut. Die Branche hat manches hervorgebracht, was für die einen Triumphe menschlicher Genialität mit großem Nutzen für die Menschheit schien, für Teile dieser Menschheit aber zum Gegenstand unversöhnlichen Hasses wurde.

Der Löwenanteil der Produktion von Superabsorbern geht in die Windelindustrie. Kaum jemand kann sich mehr vorstellen, auf diese bequemen Einmalartikel zu verzichten. Auch Hygieneartikel für Frauen und Inkontinenzprodukte funktionieren auf der chemischen Basis von Superabsorbern, und sie sind ein stetig wachsender Markt. Es geht um diskrete Hygiene mit Hilfe eines chemischen Produkts: Superabsorber tun gut.