Lehre

Die Vorlesung vermittelt Grundlagen der Physikalischen Chemie. Ausgehend von Atombau und Bindung wird traditionsgemäß zunächst in die chemische Thermodynamik für gleichgewichtsnahe Prozesse eingeführt, wobei u.a. Begriffe wie Innere Energie, Reaktionsenthalpie und chemisches Potential sowie die Bestimmung von Bildungsenthalpien behandelt werden. Phasenübergänge und -diagramme werden für binäre Systeme mit unterschiedlichen Eigenschaften diskutiert. Die Vorlesung behandelt die Grundlagen der Gastheorie, der chemischen Kinetik sowie von thermisch, photo- und elektrochemisch aktivierten Prozesse. Dabei werden auch molekulare Anregungszustände und die Grundlagen der molekularen Spektroskopie besprochen. Mit der Diskussion des Zeitpfeils in chemischen Prozessen, von Autokatalyse, Bistabilität, chemischen Oszillationen und Strukturbildung werden gleichgewichtsferne chemische Prozesse behandelt und ihre Konsequenzen für die unbelebte und die lebende Natur erklärt.

Das Fach führt in die Aufgaben, Methoden und Instrumente der Analytik ein.  Gegenstand sind Verfahren, Geräte und Funktionsprinzipien, die in der qualitativen und in der quantitativen Analytik sowie zur Aufklärung molekularer Strukturen genutzt werden.  Dabei werden u.a. die analytische Bedeutung der Wechselwirkung von Stoffen mit elektromagnetischer Strahlung  aus unterschiedlichen Abschnitten des Spektrums und verschiedene Methoden der analytischen Spektrometrie und Spektralphotometrie, aber auch analytische Separationstechniken wie unterschiedliche chromatografische Techniken und die Massenspektrometrie behandelt.

Entwicklung des Weltalls, Sternentstehung, Entstehung der chemischen Elemente, Moleküle im Weltall, Organisches Material im Weltall, Entstehung der Erde, Rolle des zweiten Haupsatzes der Thermodynamik in der Evolution, Eigendynamik und Selbstorganisation, Selbstreplikation, Molekulare Informationsspeicherung, Molekulare Evolution, Molekulare Aspekte der Morphogenese, Evolutionsmechanismen

Die Kolloidwissenschaft ist ein Zweig der Physikalischen Chemie. Gegenstand ist hierbei die Physik und Chemie hochdisperser Systeme. Der Ausdruck „kolloid” bezeichnet keine Eigenschaft eines Stoffes, sondern einen Zustand der Materie. Kolloide Teilchen haben typischerweise Abmessungen im Größenbereich zwischen 1 und 500 nm, was etwa 10³ bis 10⁹ Atomen entspricht. Daraus ergeben sich große Teilchenoberfläche-Volumen-Verhältnisse. Die Eigenschaften kolloider Teilchen werden von den Eigenschaften und Prozessen an den Partikeloberflächen bestimmt. Die Beschreibung von Grenzflächeneigenschaften sowie Prozessen an der Grenzfläche steht deshalb im Fokus der Vorlesung.

Gleichgewichtsferne Thermodynamik, Reaktionsmechanismen, Kinetik gekoppelter Reaktionen, Dissipative Strukturen, Biophysikalische Chemie, Chemische Bindungen, Grenzflächenchemie, Amphiphile und disperse Systeme, Flüssige Kristalle, Moleküle in elektromagnetischen Wechselfeldern und Molekül-Spektroskopie, Photochemie (Fotografie und organische Photoreaktionen), Angeregte Zustände und Plasmachemie, Elektrochemie (Mischpotentiale, Elektrodenkinetik und elektrochemische Grundlagen der Ätztechnik), Physikochemische Aspekte nanotechnischer Prozesse

Die Vorlesung behandelt den molekularen Aufbau von Zellen, wichtige Stoffklassen und ihre Rolle im zellulären Geschehen. Die Studenten lernen die Vielfalt der biomolekularen Zusammensetzung von Zellen, Zellbestandteilen und Organismen kennen und erwerben Kompetenz in der Beschreibung der Struktur und Eigenschaften wichtiger Klassen von Biomolekülen und deren Bedeutung für die zellbiologischen Abläufe.  Es wird der Aufbau und die räumliche Struktur von Naturstoffen vermittelt, darunter von Eiweißen, Kohlenhydraten, Fetten, Nukleinsäuren und ausgewählten niedermolekularen Naturstoffen mit speziellen chemischen Eigenschaften und daran gekoppelten Funktionen in der Zelle und in mehrzelligen Organismen.

Physikalisch-chemische Grundlagen der technischen Chemie, Reaktortypen, Betriebsweisen, Prozess-Skalierung, statischer Mischer, thermische Reaktoren, homogene und heterogene Prozesse in Mikroreaktoren, Materialwahl für Mikroreaktoren, Miniaturisierte Screenings

Bildung von Mikro- und Nanostrukturen in natürlichen und technischen Systemen, spezifische Vor- und Nachteile molekularer Strategien in der Nanostrukturtechnik; bottom-up- Strategie; top-down-Strategie; molekulare Konstruktionsmodule; koordinationschemische Wege; Makrozyklen; supermolekulare Chemie; disperse Systeme und Grenzflächen; Amphiphile; molekulare Selbstorganisation; Mono- und Multifilme; DNA-Konstruktionstechnik; Verbindung von Molekularen Techniken mit der Planartechnik

Das Lehrgebiet beinhaltet folgende Schwerpunkte: Allgemeine Analytik, Optische Spektroskopie, Verteilungs-Chromatographie, Ionen-Chromatographie, Größenausschluss-Chromatographie, Kopplung zwischen Chromatographie- und Massenspektrometersystemen (LC-MS), Säulenmaterialien, Elektrophorese, Isotachophorese.

Die Wechselwirkung zwischen Medikamenten und dem Organismus, Eingeschalten von Wirkstoffen, Wirkstoff-Targetklassen/-Rezeptoren und Enzyme, ADME-Tox, Pharmakokinetik, Pharmakodynamik, Leitstrukturen-Optimierung, Kombinatorische Chemie, Assays, Wirkstoff-Screening HTS, Der Entwicklungsprozess, Beispiel aus verschiedenen Anwendungsbereichen.

Die Vorlesungen betifft die allgemeine und die spezielle pharmazeutische/medizinische Chemie sowie die Biotechnologie. In diesem Rahmen werden sowohl Grundlagen der Wirkstoffchemie (Ligand-Rezeptor-Wechselwirkungen, qualitative und quantitative Struktur-Aktivitätsbeziehungen, computergestützte Methoden, Drug Design (Struktur und Funktion der wichtigsten biologischen Zielmoleküle) vermittelt als auch anhand ausgewählter Stoffklassen und Indikationsgebiete vertiefte Einblicke in die aktuelle Arzneistoffchemie gegeben. Dies betrifft die Chemie (Synthese, chemische Eigenschaften) der betreffenden Wirkstoffe, ihre molekularen Wirkungsmechanismen und Struktur-Wirkungsbeziehungen, die zugrunde liegenden
pharmakotherapeutischen Konzepte, erwünschte und wichtige unerwünschte Arzneimittelwirkungen sowie die Biotransformation der Arzneistoffe.