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Fakultät Chemie

Willkommen in der Fakultät Chemie

In der Chemie hat sich in den vergangenen Jahren ein massiver Wandel vollzogen. Chemische Prozesse werden unter den Gesichtspunkten Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit optimiert. Die zentrale Bedeutung der Chemie in vielen Bereichen der Wirtschaft, z.B. bei der Energieversorgung, der Entwicklung neuer Werkstoffe, in der Pharmaforschung und Biotechnologie, ist allgemein anerkannt. Fundamentale Herausforderungen der Gesellschaft wie die effiziente Umwandlung, Speicherung und sparsame Nutzung von Energie sind ohne Chemie nicht zu lösen. An der Fakultät Chemie der Universität Stuttgart stellen wir uns diesen Herausforderungen. Die engen Kooperationen von Naturwissenschaftlern und Ingenieuren der Universität Stuttgart mit den Stuttgarter Max-Planck-Instituten, dem Fraunhofer-Institut und dem Institut für Textilchemie und Chemiefasern in Denkendorf bieten zusammen mit der Lage in einem bedeutenden europäischen Industriezentrum einen wichtigen Standortvorteil.

Ausgewählte, aktuelle Publikationen

Publikation in Nature Communication: Direct measurement of dysprosium(III)˙˙˙dysprosium(III) interactions in a single-molecule magnet

Lanthanide compounds show much higher energy barriers to magnetic relaxation than 3d-block compounds, and this has led to speculation that they could be used in molecular spintronic devices. Prototype molecular spin valves and molecular transistors have been reported, with remarkable experiments showing the influence of nuclear hyperfine coupling on transport properties. Modelling magnetic data measured on lanthanides is always complicated due to the strong spin–orbit coupling and subtle crystal field effects observed for the 4f-ions; this problem becomes still more challenging when interactions between lanthanide ions are also important. Such interactions have been shown to hinder and enhance magnetic relaxation in different examples, hence understanding their nature is vital. Here we are able to measure directly the interaction between two dysprosium(III) ions through multi-frequency electron paramagnetic resonance spectroscopy and other techniques, and explain how this influences the dynamic magnetic behaviour of the system.
von E. Moreno Pineda, N.F. Chilton, R. Marx, M. Dörfel, D.O. Sells, P. Neugebauer, S.D. Jiang, D. Collison, J. van Slageren, E.J.L. McInnes, R.E.P. Winpenny
Nat. Commun., 5, 5243 (2014).
Weitere Informationen erhalten Sie von
Prof. Joris van Slageren
Institut für Physikalische Chemie
Universität Stuttgart
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Publikation in Genome Research: Application of histone modification-specific interaction domains as an alternative to antibodies.

Chemische Modifikationen der Histon-Proteine (PTMs) sind essentiell in der Genregulation und sie kontrollieren die Entwicklung von Säugerorganismen. Abweichende Histon Modifikationsmuster können zu Krankheiten führen. Chromatin Immunpräzipitation (ChIP) ist eine der leistungsstärksten Methoden zur Locus spezifische Identifizierung von Histon- Modifikationen in einem genomweiten Maßstab. Eine der wichtigsten Einschränkungen der Antikörper-Chip-Technologie ist chargenabhängige Variabilität der Antikörpereigenschaften und Spezifität. In dieser Publikation in Genome Research verwenden wir Histon-PTM Interaktions-Proteindomänen als Alternative zu Histon-PTM Antikörpern und zeigen in gründlichen und systematischen Tests, dass sie vergleichbar gut wie Antikörper eingesetzt werden können. Diese Proteine können in E. coli mit hoher Ausbeute bei geringen Kosten produziert werden. Außerdem garantiert unser Ansatz eine gleichbleibende Qualität der Reagenzien and damit Reproduzierbarkeit der Ergebnisse und Lesedomänen können mittels Proteindesign weiter optimiert werden.
von Kungulovski G., Kycia I., Tamas R., Jurkowska RZ., Kudithipudi S., Henry C., Reinhardt R., Labhart P., Jeltsch A.
Genome Research, 2014
Weitere Informationen erhalten Sie von
Prof. Albert Jeltsch
Institut für Biochemie
Universität Stuttgart
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Publikation in Green Chemistry: An alternative method for the production of second-generation biofuels

Direct coal liquefaction (DCL) is an industrial technology for the production of liquid fuels by high-pressure and high-temperature hydroconversion of coal. The technique can also be applied to biocoals produced by hydrothermal carbonization (HTC) of biomass waste. The biofuels produced are promising with regard to the H/C molar ratio, higher heating value and oxygen content.
von Martin Trautmann, Armin Löwe und Yvonne Traa
Green Chemistry 16, 2014, 3710
DOI: 10.1039/C4GC00649F
Weitere Informationen erhalten Sie von
PD Dr. Yvonne Traa
Institut für Technische Chemie
Universität Stuttgart
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Publikation in der Angewandte Chemie: A Sink for Signals: Triplex RNA motif binds cellular cGMP after expression in mammalian cells

The transmission of signals within cells is dependent on cyclic guanosine monophosphate (cGMP) as an important second messenger. Researchers led by Clemens Richert (Institut für Organische Chemie, University of Stuttgart) and Robert Feil (Interfakultäres Institut für Biochemie, University of Tübingen) developed a RNA motif that acts as a genetically encoded sink for cGMP molecules. As the motif can be repeated multiple times in a long continuous sequence, it was named “endless”.cGMP is generated in many organ systems of mammals. It plays an important role in blood vessel relaxation and the regulation of blood pressure, and aberrant cGMP signaling might be related to cardiovascular disorders. Experimental manipulation of endogenous cGMP levels should lead to a better understanding of cGMP’s multiple functions in health and disease. While it is relatively simple to elevate intracellular cGMP levels in experiments, for example, by using nitric oxide (NO), it was not yet possible to lower intracellular cGMP concentrations artificially. The newly developed cGMP-binding RNA motif “endless” is based on a triple helix. One of the three RNA segments forms a loop enclosing a binding cavity for cGMP (see Figure).
© Wiley-VCH
The functionality of “endless” was tested in smooth muscle cells obtained from blood vessels. Live cell imaging with a cGMP biosensor was used to estimate levels of free cGMP in the cytosol. In cells that expressed an artificial “endless” gene, NO-induced cGMP signals were significantly suppressed in comparison to control cells. Thus, “endless” RNA acts as a sink for cGMP and should be very useful for future research on the physiological role of cGMP.
C. Kröner, M. Thunemann, S. Vollmer, M. Kinzer, R. Feil and C. Richert
Angewandte Chemie International Edition, 2014
DOI: 10.1002/anie.2014035792014
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Prof. Clemens Richert
Institut für Organische Chemie
Universität Stuttgart
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Publikation in Chemical Science: Spectroscopic Determination of Crystal Field Splittings in Lanthanide Double Deckers

We have investigated the crystal field splitting in the archetypal lanthanide-based single-ion magnets and related complexes (NBu4)+[LnPc2]– (Ln = Dy, Ho, Er; dmf = N,N-dimethylformamide) by means of far infrared and inelastic neutron scattering spectroscopies. In each case, we have found several features corresponding to direct crystal field transitions within the ground multiplet. The observation of three independent peaks in the holmium derivative enabled us to derive crystal field splitting parameters. In addition, we have carried out CASSCF calculations. We show that exploiting the interplay of CASSCF calculation (for the composition of the states) and advanced spectroscopic measurements (for accurate determination of the energies) is a very powerful approach to gain insight into the electronic structure of lanthanide-based single-molecule magnets.
von R. Marx, F. Moro, M. Dörfel, L. Ungur, M. Waters, S. D. Jiang, M. Orlita, J. Taylor, W. Frey, L. F. Chibotaru, J. van Slageren
Chem. Sci. 2014
DOI: 10.1039/C4SC00751D (2014)
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Prof. Joris van Slageren
Institut für Physikalische Chemie
Universität Stuttgart
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Publikation in JACS: Kupfer(0) kommt nicht nur als „kupferglänzendes“ Metall, sondern auch in Form von Bis(aminocarben)-Komplexen vor

Die ESR-Analyse der Hyperfeinaufspaltung von paramagnetischen molekularen Koordinationsverbindungen mit linearer C-Cu-C-Struktur lässt in Verbindung mit DFT-Rechnungen eine Spinkonzentration auf den beiden Aminocarben-Grupen erkennen. Trotz der formalen Cu(0)-Stufe befindet sich nur relativ wenig Spindichte am Metall.
von D. S. Weinberger, Nurul Amin SK, K. C. Mondal, M. Melaimi, G. Bertrand, A. C. Stückl, H. W. Roesky, B. Dittrich, S. Demeshko, B. Schwederski, W. Kaim, P. Jerabek und G. Frenking,
J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 6235-6238
DOI: dx.doi.org/10.1021/ja502521b
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Prof. Wolfgang Kaim
Institut für Anorganische Chemie
Universität Stuttgart
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Distinguished Paper Award of the American Cleaning Institute für eine Publikation im Journal of Surfactants and Detergents

Even though foams have been the subject of intensive investigations over the last decades, many important questions related to their properties remain open. This concerns in particular foams which are stabilized by mixtures of surfactants. The present study deals with the fundamental question: which are the important parameters one needs to consider if one wants to characterize foams properly? We give an answer to this question by providing a measuring protocol which we apply to well-known surfactant systems. The surfactants of choice are the two non-ionic surfactants n-dodecyl-β-d-maltoside (β-C12G2) and hexaethyleneglycol monododecyl ether (C12E6) as well as their 1:1 mixture. Following the suggested protocol, we generated data which allow discussion of the influence of the surfactant structure and of the composition on the time evolution of the foam volume, the liquid fraction, the bubble size and the bubble size distribution. This paper shows that different foam properties can be assigned to different surfactant structures, which is the crucial point if one wants to tailor-make surfactants for specific applications.
von Julia Boos, Wiebke Drenckhan, Cosima Stubenrauch
Journal of Surfactants and Detergents, Volume 16, (October 2013) p. 1-12
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Prof. Cosima Stubenrauch
Institut für Physikalische Chemie
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Publikation in der Angewandte Chemie: Eine reversibel aufladbare CO2-basierende Wasserstoffbatterie!

Außer der wirtschaftlichen Energiegewinnung sind auch die effiziente Speicherung und Freisetzung von Energie wesentliche Anforderungen beim Aufbau einer nachhaltigen Energieversorgung. Einem interdisziplinärem Team von Chemikern aus der TU Kaiserslautern (Institut für Anorganisch Chemie, Prof. Werner Thiel) und der Universität Stuttgart (Institut für Technische Chemie, Prof. Elias Klemm, und dem Institut für Organische Chemie, Prof. Bernd Plietker) gelang nun die Entwicklung einer wiederaufladbaren Wasserstoffbatterie, die auf dem Prinzip einer Ru-katalysierten Hydrierung von CO2 zu Ameisensäure (Aufladevorgang) und einer Ru-katalysierten Zersetzung der Ameisensäure zu CO2 und H2 (Entladevorgang) beruht. Beide Prozesse laufen mit dem gleichen Katalysator unter identischen Bedingungen bei hoher Temperatur unter Druck (Aufladevorgang) bzw. bei hoher Temperatur unter druckfreien Bedingungen (Entladevorgang) ab. Bis zu fünf Lade-Entlade-Zyklen können ohne Verlust an Speicherkapazität durchlaufen werden; das entstehende CO2/H2-Gemisch ist CO-frei und kann direkt in der Brennstoffzelle verwendet werden. Das CO2 kann aus der Brennstoffzelle abgetrennt und recycliert werden.
von M. Sc. Shih-Fan Hsu, Dipl.-Chem. Susanne Rommel, M. Sc. Philipp Eversfield, Dr. Keven Muller, Prof. Dr. Elias Klemm, Prof. Dr. Werner R. Thiel und Prof. Dr. Bernd Plietker,*
Angew. Chemie, 2014
DOI: 10.1002/ange.201310972
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Prof. Bernd Plietker
Institut für Organische Chemie
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Publikation in Advanced Energy Materials: Charge Transport Anisotropy in Highly Oriented Thin Films of the Acceptor Polymer P(NDI2OD-T2)

This publication by Sabine Ludwigs and her PhD students Kim Tremel and Florian Fischer in collaboration with scientists from Strasbourg, Dresden and Potsdam investigates the morphology of the n-type semicrystalline polymer P(NDI2OD-T2) and establishes relationships to absorption characteristics and charge transport in thin films. Charge transport anisotropy of highly oriented films (obtained by high temperature rubbing & post-annealing) reveals average mobilities as high as 0.1 cm²/Vs along the polymer chains, i.e. parallel to the rubbing direction, whereas mobilities normal to the rubbing direction are approximately one order of magnitude lower. Interestingly this high anisotropy along the polymer chain is consistent with our recent findings for poly(3-hexylthiophene) (see Crossland, Ludwigs et al. Adv. Mater. 2012, 24, 839).
von K. Tremel , F.S.U. Fischer , N. Kayunkid , R. Di Pietro, R. Tkachov , A. Kiriy, D. Neher, S. Ludwigs , M. Brinkmann
Adv. Energy Mater. 2014
DOI: 10.1002/aenm.201301659
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Prof. Sabine Ludwigs
Institut für Polymerchemie
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Publikation in Advanced Materials: Organic Solar Cells: On the Efficiency of Charge Transfer State Splitting in Polymer: Fullerene Solar Cells

New insights in the efficiency of charge transfer state splitting in poly(3-hexylthiophene): fullerene solar cells were recently shown in a collaborative project between Potsdam, Stanford, Raleigh, Berkeley, Dresden and Stuttgart. Sabine Ludwigs and her PhD student Florian Fischer contributed to this highly interdisciplinary research project by determining energy levels both of the pure components and of the polymer blend films with their in-situ spectroelectrochemistry measurements.
von S. Albrecht, K. Vandewal, J.R. Tumbleston, F.S.U. Fischer, J.D. Douglas, J.M.J. Fréchet, S. Ludwigs, H. Ade, A. Salleo, und D. Neher
Adv. Mater. 2014, 26, 2533
DOI: 10.1002/adma.201470107
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Prof. Sabine Ludwigs
Institut für Polymerchemie
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Publikation in der Angewandten: Ein C4-Kumulen (“Viererkette”) mit zugehörigem luftstabilem Radikalkation und Dikation

Beide Oxidationsprodukte eines Alkylaminocarben-stabilisierten C4-Kumulens sind in Substanz fassbar und experimentell wie theoretisch verstehbar. Die EPR-analysierte Radikalzwischenstufe existiert über einen ungewöhnlich weiten Bereich von nahezu 1 V Redoxpotentialdifferenz.
von Yan Li, Kartik Chandra Mondal, Prinson P. Samuel, Hongping Zhu, Claudia M. Orben, Saravanan Panneerselvam, Birger Dittrich, Brigitte Schwederski, Wolfgang Kaim, Totan Mondal, Debasis Koley, Herbert W. Roesky
Angew. Chem. 2014, 126, 4252-4256
DOI: 10.1002/ange.201310975
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Prof. Wolfgang Kaim
Institut für Anorganische Chemie
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Publikation in der Angewandten: Anomale diamagnetische Suszeptibilität von 13-atomigen Platin-Nanocluster-Superatomen

We are used to being able to predict diamagnetic susceptibilities χD to a good approximation in atomic increments since there is normally little dependence on the chemical environment. Surprisingly, we find from SQUID magnetization measurements that the χD per Pt atom of zeolite-supported Pt13 nanoclusters exceeds that of Pt2+ ions by a factor of 37–50. The observation verifies an earlier theoretical prediction. The phenomenon can be understood nearly quantitatively on the basis of a simple expression for diamagnetic susceptibility and the superatom nature of the 13-atom near-spherical cluster. The two main contributions come from ring currents in the delocalized hydride shell and from cluster molecular orbitals hosting the Pt 5d and Pt 6s electrons.
von Roduner, E., Jensen, C., van Slageren, J., Rakoczy, R. A., Larlus, O. und Hunger, M.
Angew. Chemie, 2014
doi: 10.1002/ange.201310637
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Publikation in JACS: hochstereoselektive Totalsynthese von Guttiferon A und epi-Guttiferon A

Auf der Suche nach neuen potenten pharmakologischen Wirkstoffen berichtete die Gruppe um Prof. Bernd Plietker vom Institut für Organische Chemie der Universität Stuttgart nun eine kurze hochstereoselektive Totalsynthese von Guttiferon A und epi-Guttiferon A im "Journal of the American Chemical Society". In nur zehn bzw. zwölf Schritten gelang der selektive Aufbau des Naturstoffes, dem neben einer interessanten anti-cancerogenen Wirkung auch eine interessante antibiotische Aktivität gegen MRSA (Methicilin-resistenter Staphylococcus aureus) aufweist. Clou der Synthese ist der hochdiastereoselektive Aufbau einer zentralen Cyclohexanon-Einheit, in der vier von fünf sp3-hybridisierten Kohlenstoffatome chiral sind. Von den vier Stereozentren sind drei quartär.
von Dipl.-Chem. Fiene Horeischi, Dr. Nicole Biber, Prof. Dr. Bernd Plietker
J. Am. Chem. Soc. 2014, 136 (10), 4026
DOI: 10.1021/ja500063a
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Publikation in JACS: Eine Bindung zwischen zwei Cobalt-Atomen der ungewöhnlichen Oxidationsstufe +0.5 kann durch strukturelle und ESR-Untersuchungen an einem Carben-Komplex nachgewiesen werden.

Ursache hierfür ist die starke π-Acceptorwirkung von cyclischen Alkylaminocarbenen.
von Kartik Chandra Mondal, Prinson P. Samuel, Herbert W. Roesky, Elena Carl, Regine Herbst-Irmer, Dietmar Stalke, Brigitte Schwederski, Wolfgang Kaim, Liviu Ungur, Liviu Chibotaru, Markus Herrmann und Gernot Frenking
J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 1770−1773
DOI: 10.1021/ja4123285
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Prof. Wolfgang Kaim
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Publikation in der Angewandten Chemie: Der elektronische Grundzustand von [Fe(CO)3(NO)]: eine spektroskopische und theoretische Studie

Fe-katalysierte Reaktionen haben sich in den vergangenen 10 Jahren fest in der organischen Synthese etabliert. Das ursprünglich von Hogsed und Hieber beschriebene komplexe Ferrat [Fe(CO)3(NO)] zeigt katalytische Aktivität in zahlreichen organischen Reaktionen und wird allgemein als isoelektronisch zum [Fe(CO)4]2− betrachtet. Allerdings zeigt der letztgenannte Komplex kaum katalytische Aktivität. Ein Team von theoretischen, physikalischen, anorganischen und organischen Chemikern konnte nun durch umfassende spektroskopische und quantenchemische Untersuchungen zeigen, dass das komplexe Ferrat [Fe(CO)3(NO)] nicht wie angenommen als eine Fe−II-Spezies, sondern vielmehr als eine Fe0-Spezies, in der das Metall kovalent über zwei π-Bindungen an ein NOgebunden ist, aufgefasst werden sollte. Eine Metall-N-σ-Bindung wird nicht beobachtet. Die ausgearbeiteten quantenchemischen und spektroskopischen Verfahren sollen in darauf aufbauenden Arbeiten nun zu einem vertiefenden Verständnis der elektronischen Grundzustandsänderungen innerhalb eines Katalysezyklus genutzt werden.
von Johannes E. M. N. Klein (IOC, Uni Stuttgart), Burkhard Miehlich (IOC, Uni Stuttgart), Michael S. Holzwarth (IOC, Uni Stuttgart), Matthias Bauer (IAC, Uni Paderborn), Magdalena Milek (Uni Erlangen), Marat M. Khusniyarov (Uni Erlangen), Gerald Knizia (Uni Stuttgart), Hans-Joachim Werner (Uni Stuttgart) und Bernd Plietker* (Uni Stuttgart)
Angew. Chem. 2014, 126
DOI: 10.1002/ange.201309767
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Prof. Bernd Plietker
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