Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie Institut für ... · Institutsprofil Institutsprofil Institutsprofil Die Arbeit am Institut für Chemie und Biochemie ruht auf den klas-sischen

Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie

Institut für Chemie und Biochemie

Inhalt

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Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 5Chemie in Dahlem � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 6Institutsprofil � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 8

Aus der Forschung � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 10

Anorganische Cluster und Nanostrukturen � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 10Neuartige Edelgas- und Organometallverbindungen � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 12Naturstoffe als Vorbilder für Wirkstoffe und Materialien � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 14Die starke Chemie der schwachen Bindung � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 16Schlüsselloch in den Nanokosmos � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 18NMR-Spektroskopie funktioneller Moleküle � � � � � � � � � � � � � � � � � � 19Molekülspektroskopie: Vom Modell zur Anwendung � � � � � � � � � � � 20Chemie an der Oberfläche � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 22Makromolekulares Modelling � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 23Quantentheorien für chemische Bindungen und Reaktionen � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 24Membran- und Strukturbiochemie � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 26Biochemie neurodegenerativer Erkrankungen � � � � � � � � � � � � � � � � � 28Biochemische Grundlagen der regenerativen Medizin � � � � � � � � � � 29RNA-Technologien � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 30Konzepte für anregenden Unterricht � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 31

Nachwuchsgruppen � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 32Sonderforschungsbereiche (SFB’s) � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 33Klung-Wilhelmy-Weberbank-Preis � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 34Studium und Lehre � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 35Masterstudiengang Polymer Science � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 37Junge Chemie � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 38

Wer forscht was? � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 39Lageplan � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 43Kontakt und Service � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � 44

Institut für Chemie und Biochemie 3

VorwortImpressum

Impressum

HerausgeberInstitut für Chemie und Biochemie der Freien Universität BerlinProf� Dr� Hans-Ulrich Reißig

RedaktionCatarina Pietschmann

September 2008

Gestaltung und SatzUNICOM Werbeagentur GmbH

DruckH� Heenemann GmbH, Berlin

BildnachweisSoweit nicht anders erwähnt: Institut für Chemie und Biochemie,Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie

Titelbild und Umschlaginnenseite: Kristallformen des Enzyms Lysozym, hergestellt im Praktikum „Proteinkristallographie“ der AG Saenger

Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie

Exzellente Forschungsmöglichkeiten, vielfältige Studiengänge und wissenschaftliche Weiterbildung bietet der in drei Institute geglie-derte Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie� Über Forschung und Lehre am Institut für Chemie und Biochemie möchte Sie diese Bro-schüre informieren�

Am Institut für Biologie gehören molekulare Pflanzenwissenschaft, Mikrobiologie, Neurobiologie, Ökologie, Biodiversität sowie die Evo-lution von Pflanzen und Tieren zu den vorrangigen Bereichen� Das Institut für Pharmazie konzentriert sich – neben den klassischen Ge-bieten Arzneistoffentwicklung und -prüfung – auf alternative Testver-fahren und innovative Trägersysteme� Detaillierte Informationen über den Fachbereich erhalten Sie im Internet unter www.bcp.fu-berlin.de�

In der Welt der Wissenschaft genießen die Institute einen ausge-zeichneten Ruf� Dies verdanken sie international ausgewiesenen, mo-tivierten Forschern, aber auch dem kreativen Umfeld, das die Ber-liner Forschungslandschaft bietet: Zahlreiche Projekte verbinden den Fachbereich nicht nur mit der Humboldt-Universität Berlin, der Technischen Universität Berlin sowie der Universität Potsdam, son-dern auch mit namhaften außeruniversitären Einrichtungen� Zu die-sem Netzwerk gehören die Biologische Bundesanstalt, die Bundesan-stalt für Materialprüfung, das Robert-Koch-Institut, das Leibniz-Ins-titut für Molekulare Pharmakologie und das Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in Berlin-Buch, das Max-Planck-Institut für Molekulare Genetik, das Fritz-Haber-Institut, das Max-Born-Institut sowie das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie� Darüber hinaus bestehen rege Kontakte zur Industrie, etwa zu Bayer-Schering-Pharma oder Pfizer�

Institut für Chemie und Biochemie in der Takustraße

4 Freie Universität Berlin Institut für Chemie und Biochemie 5

Chemie in DahlemChemie in Dahlem

Chemie in Dahlem

Am Anfang stand eine Vision: Ein „deutsches Oxford“ solle entstehen� Eine einzigartige Forschungslandschaft im Grünen, nahe dem Botanischen Garten in Berlin� Der ehrgeizi-gen Idee von Ministerialdirektor Friedrich Althoff schloss sich 1906 eine Gruppe von Professoren der Berliner Universität an, da-runter Emil Fischer, organischer Chemiker und einer der Väter der Biochemie�

Im Jahr 1911 war es dann soweit: Wilhelm II� gründete die Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften� Auf dem

Gelände der königlichen Domäne Dahlem entstanden in den Fol-gejahren mehrere Forschungsstätten, darunter das Kaiser-Wilhelm-Institut (KWI) für physikalische Chemie und Elektrochemie� Grün-dungsdirektor Fritz Haber (Nobelpreis 1918) studierte damals die Thermodynamik von Gasreaktionen und entwickelte aus Chlor- und Senf-gas Kampfgase für den Fronteinsatz im Ersten Weltkrieg� Spätere grundlegende Arbeiten am Institut – etwa zur Kollo-id- und Grenzflächenchemie oder zur Kristallstrukturanalyse – endeten ab-rupt 1933 mit der Machtergreifung der Nationalsozialisten� Fritz Haber weiger-te sich, jüdische Forscher zu entlassen, und ging wie viele seiner Kollegen noch im gleichen Jahr ins Exil�

Am benachbarten KWI für Chemie, dessen Gründungsdirektor Ernst Beck-mann war, leitete anfangs Richard Willstätter die organische Abteilung� 1915 erhielt er den Nobelpreis für die Aufklärung der Chlorophyll-struktur� Die Radiochemie unterstand Otto Hahn, der gemeinsam

mit Lise Meitner und Fritz Strass-mann 1938 erstmals die Kernspal-tung nachwies� 1948 wurde das Ge-bäude des KWI für Chemie, ebenso wie mehrere andere Liegenschaften der ehemaligen Kaiser-Wilhelm-Ge-sellschaft – inzwischen aufgegangen in der Max-Planck-Gesellschaft – von

der gerade gegründeten Freien Uni-versität Berlin übernommen�

Thematisch knüpften viele Arbeitsgruppen an die Forschungen ihrer Vorgänger in den KWI an� In der Anorganischen Chemie gibt es bis heute eine Professur für Radiochemie� Im 1961 gegründeten Institut für Physikalische Chemie standen elektrochemische Kine-tik (Klaus Vetter), später auch Quantenchemie (Jaroslav Koutecký) sowie Grenzflächenphänomene und heterogene Katalyse (Wolfgang Hirschwald) im Vordergrund� Viele Forschungsarbeiten wurden und werden zusammen mit den Dahlemer Instituten der Max-Planck-Gesellschaft durchgeführt, deren wissenschaftli-che Leiter – wie beispielsweise Gerhard Ertl (Nobelpreis für Chemie 2007) – oft gleichzeitig Professoren der Freien Universität sind�

Die Organische Chemie am Institut sieht sich bis heute in der Tradition von Emil Fischer, der sich einst vehement für ein chemisches Institut in Dahlem einsetzte – ob in der Naturstoffsynthe-se, der Kohlenhydrat- und Proteinche-mie oder der makromolekularen Che-mie� Letztere wurde ab 1957 durch Georg Manecke vorangetrieben: Mit der Synthese von polymeren Gelen, Ionenaustauschern und reaktiven Polymeren, Arbeiten, die heute mit der Erforschung von Biopolymeren und synthetischen Polymeren – etwa für Anwendungen in Nanotech-nologie und Nanomedizin – fortgesetzt werden�

Bereits 1958 erhielt die Freie Universität als eine der ersten Uni-versitäten in Deutschland einen Lehrstuhl für Biochemie� Seit 1989 forschen die Biochemiker an historischem Ort – im ehemaligen KWI für Chemie, heute Otto-Hahn-Bau genannt� Zu ihren Arbeitsfeldern gehören Peptid- und Neurochemie, Zellbiologie, RNA-Technologien und Membranforschung�

Lise Meitner und Otto Hahn 1913 im KWI für Chemie © MPG

Emil Fischer im Labor © GdCh

Georg Manecke (1916-1990) © GdCh

Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie – heute Otto-Hahn-Bau der Freien Universität

Fritz Haber und Albert Einstein 1914 © MPG


InstitutsprofilInstitutsprofil

Institutsprofil

Die Arbeit am Institut für Chemie und Biochemie ruht auf den klas-sischen Säulen des Faches – Anorganische, Organische, Physikalische und Theoretische Chemie, Biochemie sowie der Chemie-Didaktik� Sie stehen einerseits für eine moderne, fundierte Ausbildung von Chemikern, Biochemikern und Chemielehrern� Andererseits bilden sie die solide Basis für eine Vielzahl interdisziplinärer Forschungs-projekte zu relevanten Fragestellungen, die das grundlegende Ver-ständnis der Natur erweitern oder – eher anwendungsorientiert – zu Fortschritten in Medizin und Technik beitragen�

Das Themenspektrum ist breit gefächert� Photosynthese, Knochen-regeneration, die Entstehung von Morbus Alzheimer oder funktio-nalisierte Metallkomplexe für die Diagnostik haben darin ebenso ih-ren Platz wie Nanopartikel, Femtosekundenchemie, Polymersynthese, Peptiddesign und die Totalsynthese pharmakologisch bedeutsamer Naturstoffe�

Manchmal sind es grundlegende wissenschaftliche Fragen, die über die eigene Disziplin hinaus wirken und eine fächerübergreifen-de Zusammenarbeit bedingen� In anderen Fällen bildet eine Techno-logie – etwa die Kristallstrukturanalyse – die gemeinsame Basis für ein größeres Verbundprojekt, bei dem Chemiker mit Physikern oder Biologen, Medizinern und Pharmazeuten gleich ein Bündel unter-schiedlicher Aspekte herausarbeiten� Beides sind gute Gründe für die Chemiker und Biochemiker der Freien Universität eng vernetzt mit Kollegen unterschiedlicher Fachgebiete an renommierten Instituten und Universitäten weltweit, vor allem aber an den anderen Berliner Universitäten und Instituten sowie der Charité zu kooperieren� Dies geschieht in der Lehre, wie beim Masterstudiengang „Polymer Sci-ence“, bei einzelnen Forschungsprojekten oder in größerem Rahmen,

zum Beispiel in den verschiedenen Sonderforschungsbereichen oder beim Exzellenzcluster „UNICAT“ (Unifying Concepts of Catalysis)�

Manches Forschungsergebnis ist so brillant, dass man es verkaufen sollte – und das tun die Wissenschaftler auch� Aus Projekten heraus entstanden bereits mehrere Firmen auf dem Campus, die innovative Produkte und Technologien bis zur Marktreife entwickeln�

Externe Evaluationen bestätigen immer wieder die Leistungs-kraft der Forschung am Institut� So ergab etwa das Ranking des Cen-trums für Hochschulentwicklung (CHE), dass das Institut zu den for-schungsstärksten in Deutschland zählt, und bei der Einwerbung von Drittmitteln und der Zahl der Promotionen pro Professur regelmä-ßig Spitzenplätze belegt� Der Wissenschaftsrat bewertete in seiner Pi-lot-Studie 2007, bei der 77 chemische Institute in Deutschland beur-teilt wurden, die Effizienz der Forschung und die Nachwuchsförde-rung am Institut als „exzellent“�

Es mag an derartigen Bewertungen liegen, vielleicht aber auch schlicht daran, dass viele Forschungsthemen spannend sind, auf der Höhe der Zeit liegen und durch international renommierte Profes-soren und Professorinnen vertreten werden: Für Promotionsstuden-ten wie Gastwissenschaftler aus dem In- und Ausland ist die Arbeit am Institut gleichermaßen attraktiv� Und so arbeiten unter anderem DAAD-, Marie-Curie- und Emmy-Noether-Stipendiaten Tür an Tür� Allein zwischen 2001 und 2005 forschten 27 Alexander-von-Hum-boldt-Stipendiaten und -Preisträger in den Dahlemer Labors�

Neben Forschung und Lehre liegt dem Institut die populärwissen-schaftliche Vermittlung von Chemie am Herzen� Durch Veranstaltun-gen für Laien und Schüler, aber auch in literarischer Form� Die preis-gekrönten „Chemischen Delikatessen“ von Klaus Roth (als Zeitschrif-tenbeiträge oder Buch) zeigen immer neue kuriose, spannende und alltägliche Seiten einer vielseitigen, modernen Naturwissenschaft�

Fabeckstraße: Gebäude der Anorganischen Chemie

Chemieprofessorinnen sind keine Seltenheit mehr an der Freien Universität


Aus der Forschung Aus der Forschung

Anorganische Cluster- und Nanostrukturen

Längst haben sie den Sprung vom Labor in den Alltag geschafft: An-organische Cluster- und Nanostrukturen stabilisieren heute gefärbte Lebensmittel, bewirken den UV-Schutz in Sonnencreme, verbessern als Radiomarker die medizinische Diagnostik und machen Sport-geräte wie Tennisschläger bruchfest� Doch noch immer gilt ihnen auch rein wissenschaftliches Interesse: In fester wie auch in lösli-cher Form helfen sie beim Verständnis der chemischen Bindung so-wie der elektronischen und magnetischen Eigenschaften des festen Zustands�

Strukturen im Größenbereich von 1 bis 100 nm sind für die Grund-lagenforschung so interessant, weil sich an ihnen der Übergang vom individuellen Verhalten eines einzelnen Moleküls zu dem eines aus-gedehnten Festkörpers beobachten lässt, dessen Eigenschaften von kollektiven Phänomenen periodisch angeordneter Bausteine domi-niert werden� Neben der Herstellung anorganischer Nanostrukturen in verschiedenen Größenbereichen ist deren gezielte Anordnung im Raum und die maßgeschneiderte Einstellung ihrer Eigenschaften sehr wichtig�

Im Schwerpunkt Anorganische Cluster- und Nanostrukturen wer-den vor allem neue Synthesemethoden entwickelt, welche die selek-tive Einstellung und Verbesserung bestimmter Eigenschaften der Zielverbindungen erlauben� Bei den Cluster-Strukturen liegt der Fo-kus auf den Alkoxo-Verbindungen der frühen und mittleren Über-gangsmetalle (wie etwa Titan, Vanadium, Mangan, Eisen oder Kobalt)� Durch Verwendung von kleinen einzähnigen Liganden lässt sich

zum Beispiel die Bil-dung kompakter, hoch-aggregierter Clus ter, die die Form einer Ku-gel anstreben, begüns-tigen� Auf diese Wei-se gelang bereits die Synthese von Alko-xo-Oxo-Eisen-Verbin-dungen, die 19 Eisen-Atome enthalten und damit zu den größ-ten bislang synthe-tisierten Eisen-Sau-erstoff-Clustern ge-hören� Es sind die einzigen molekularen Verbindungen mit ei-nem {Fe(m6-O)6}-Kern� Sie zeigen bisher un-bekannte, sehr kom-plexe magnetische und spektroskopische Eigen schaften�

Im Bereich größerer Nanostrukturen werden geregelt angeordnete Drähte und Röhren aus Metallen und Halbleitern untersucht� Durch formgebende Schablonen kann ihre Größe eingestellt und die Zu-sammensetzung variiert werden, wodurch Nanodrähte aus mehreren Komponenten zugänglich sind, die interessante optische Eigenschaf-ten aufweisen�

Ein weiterer Bereich ist die Erforschung von Pulvern anorgani-scher Nanopartikel, die thermoelektrische Eigenschaften zeigen, also in der Lage sind, Wärme in elektrische Energie umzuwandeln� Nano-strukturierte thermoelektrische Materialien versprechen eine deut-lich bessere Nutzung von Abwärme im Energierecycling� Damit lie-ßen sich beispielsweise Kraftstoffverbrauch und CO2-Ausstoß bei Kraftfahrzeugen verringern�

Bei einem interdisziplinären Projekt, das gemeinsam mit anderen Arbeitsgruppen der Organischen Chemie des Instituts und der Cha-rité im Rahmen des SFB 765 (s� S� 33) durchgeführt wird, geht es um lösliche anorganische Nanopartikel� Sie sind mit einer Schutzhül-le überzogen, die mit biologisch aktiven Endgruppen (zum Beispiel zucker artigen Molekülen) versehen ist, und werden als mögliche The-rapeutika gegen chronische Entzündungen getestet�� 3 AG Schlecht | AG Spandl

Eisen-Oxo-Cluster mit 19 Eisen-Atomen

Nanopartikel und Pressling des Thermoelektrikums ZnSb

Geordnetes Feld von Zinn-Nanoröhren

2 nm

FeOC



Anorganische MolekülchemieNeuartige Edelgas- und Organometallverbindungen

Neue Moleküle mit bislang unbe-kannten Bindungsmustern, un-gewöhnlichen Strukturen oder bemerkenswerten Eigenschaften herzustel-len, ist nach wie vor eine der wichtigsten Herausfor-derungen für synthetisch arbeitende Chemiker� Die Vielfalt der Kombinati-onsmöglichkeiten von Elementen und das stetig wachsende Verständ-nis zur Natur der chemischen Bindung erlauben es, früher nicht für möglich gehaltene Verbindungen zu erzeugen und deren Eigenschaf-ten zu untersuchen� Solche Arbeiten werden in der modernen anor-ganischen Chemie schon fast routinemäßig von quantenchemischen Rechnungen begleitet�

Stabile Verbindungen des reaktionsträgen Edelgases Xenon mit Metallen wie Gold oder Quecksilber lassen sich in supersauren Me-dien herstellen und in kristalliner Form isolieren� Sie enthalten Metall-Edelgas-Bindungen, die im Wesentlichen durch Einfach-bindungen zwischen den 5d-Orbitalen des Xenons und den d-Or-bitalen der Metalle bestimmt werden� Durch Auflösen von Xenon in reinem Antimonpentafluorid (SbF5) werden Xenon-Kationen wie das grüne Xe2

+ oder das blaue Xe4+ gebildet� Solche Verbindungen

sind von hohem theoretischem Interesse: Aus den experimentel-len Messungen und parallel durchgeführten quantenchemischen Rechnungenr englisch kann für das te-tramere Kation eine lineare Struk-tur mit kovalenten Bindungen zwischen den Xenonatomen vorhergesagt werden�

Den hohen Wert von Prog-nosen der theoretischen Che-mie für die Synthesechemie belegen auch Versuche, die mit trifluormethylierten Ful-leren-Molekülen durchgeführt wurden� Aus Milliarden von Möglichkeiten gelang die korrekte Vorhersage von stabilen Isome-ren solcher substituierter C74- und C78-Kohlenstoffbälle�

Die experimentelle Bestim-mung der Elektronendichte-verteilung in Molekülverbin-dungen erlaubt eine direkte Be-wertung kontrovers diskutierter Bindungskonzepte und liefert Grundlagen für die Weiterent-wicklung der Vorstellungen zur chemischen Bindung�

Von medizinischer Bedeu-tung sind Molekülverbindun-gen mit radioaktiven Rhenium- und Technetiumkomplexen� Die β-strahlenden Rhenium-isotope 186Re und 188Re sind

für die nuklearmedizinische Therapie interessant� Komplexe mit dem me-tastabilen Kernisomeren 99mTc wer-den dagegen in der Routinediagnostik

zur Untersuchung unterschiedlicher Krankheitsbilder – etwa bei Herz-Kreislauferkrankungen, Schlaganfall und Tumoren – und von Organsyste-

men (zum Beispiel Lunge, Leber- und Gallenwege oder Skelett) eingesetzt�

Für die Synthese von funktionsspe-zifischen radioaktiven Markern ist es wichtig, die Metallatome in eine funk-tionale Hülle aus organischen Ligan-den einzubetten� Es ist kürzlich gelun-

gen, luft- und wasserstabile Organotechnetiumverbindungen mit N-heterocyc lischen Carben-Liganden herzustellen, bei denen eine Hülle aus Kohlenstoff- und Stickstoffatomen das Metallzentrum der

Verbindungen nahezu komplett abschirmt� Die biologischen Eigenschaften der radio-

aktiven Moleküle können so durch periphere Substituenten gezielt gesteuert werden�

Ähnliche Erfolge lassen sich mit vielzähnigen Ligandsystemen

erzielen, die die Metallatome vollstän-dig umhüllen und den Markermole-külen durch den Chelat-Effekt eine

hohe thermodynamische Stabilität verleihen� Durch Kopplungen an biologisch aktive Peptide und Proteine können funktionsspezifische Biokonjugate erzeugt werden� 3 AG Seppelt | AG Abram | AG Lentz

Experimentell bestimmte Elek-tronendichte im Diboran (B2H6)

[AuXe4]2-: Die erste Verbindung mit einer Edelgas-Metall-Bindung

Hirn-Schnittbild eines Schlaganfall-patienten (mittels Technetiumkomplex). Gelb-rot: gut durchblutet; blau: schlecht durchblutet © Amersham

Komplett abgeschirmtes Techne-tiumatom in einem Komplex mit vier N-heterocyclischen Carben- Liganden

Experimentell bestimmte Struktur eines CF3-substi tuierten Fullerens



Stereoselektive Synthese und Bioorganische ChemieNaturstoffe als Vorbilder für Wirkstoffe und Materialien

Chemiker orientieren sich bei der Entwicklung von Wirkstoffen und Materialien häufig an Naturstoffen� Doch aus natürlichen Quellen lassen sich oft nur minimale Substanzmengen isolieren� Erst nach der Laborsynthese in größerem Maßstab können Biosynthesewege, exakte räumliche Struktur sowie Zusammenhänge zwischen Struktur und Eigenschaften aufgeklärt werden� Derartige Studien liefern Leit-motive für die Entwicklung von effektiveren Arzneimitteln�

Der Einbau nicht-natürlicher Aminosäuren ist dabei eine viel ver-sprechende Strategie zur pharmakologischen Optimierung von Pep-tiden und Proteinen� Durch Modifikationen der proteinogenen Ami-nosäurestrukturen können diese Eiweißstoffe gegenüber abbauenden Enzymen stabilisiert und ihr Membrantransport beeinflusst werden� Oft werden Peptide dadurch überhaupt erst als Pharmaka einsetzbar�

Im Bereich Synthesechemie/Bioorganische Chemie werden neue Klassen nicht-natürlicher Aminosäuren entwickelt� Etwa hetero-cyclische Aminosäuren, die eine Dipeptid-Einheit simulieren und zu neuen Strukturen und biologischen Eigenschaften führen – zum Bei-spiel als Protease-Inhibitoren� Die Verwendung von Fluor hat sich ebenfalls als nützliches Werkzeug zur Modulation von Peptideigen-schaften erwiesen� In einem Projekt werden deshalb Peptidmodel-le entwickelt, die erstmalig die Untersuchung der komplexen mo-lekularen Wechselwirkungen erlauben, die Fluoralkylgruppen hin-

sichtlich Raumerfüllung, Lipophilie und der Ausbildung von Wasserstoff-brücken im Kontext einer nativen Proteinumgebung ausprägen�

Proteine kön-nen verschiedene räumliche Struk-turen einnehmen� Dies ist unter anderem bei neurodegenerati-ven Erkrankungen, wie Alzheimer (siehe auch S� 28) oder Creutzfeldt-Jakob, bedeut-sam� Die Änderung der Struktur be-wirkt die Bildung von Plaques, deren Ablagerung das Nerven-gewebe irreversibel zerstört� Dafür werden Modellsysteme auf Pep-tidbasis entwickelt�

Um die Wechselwirkung von natürlichen und synthetisierten Wirkstoffen mit Proteinen geht es auch in anderen Forschungspro-jekten� Der Naturstoff Heliquinomycin wurde bisher nur in kleins-ten Mengen aus dem Pilz Streptomyces sp MJ 929-SF2 isoliert� Er ist ein Antibiotikum, zählt aber auch zu den wenigen bisher bekann-ten Helikase-Inhibitoren – Substanzen, die das Aufwinden der dop-pelsträngigen DNA blockieren� Diese Eigenschaft gilt als viel ver-sprechender Ansatz für die Therapie verschiedener Krankheiten, zum Beispiel von Krebs� Bisher gibt es jedoch keine ausreichenden Mengen dieser Inhibitoren oder ihrer Analoga, was ihre Synthese so wichtig macht�

Auch Zucker und zuckerähnliche Substanzen wie Glycosidasein-hibitoren sowie vollständig nicht-natürliche Verbindungen werden

in verschiedenen Projekten syntheti-siert und studiert� Ihre Eignung als multivalente Liganden wird im Rah-men des SFB 765 (s� S� 33) in mehre-ren Kooperationen untersucht�

Naturstoffe und deren Organisa-tionsprinzipien dienen jedoch auch als Vorbilder zur Entwicklung neu-er Materialien� Ausgefeilte Synthese-konzepte, selektive Verfahren sowie

geeignete Methoden zur Strukturaufklärung sind dafür notwendig� In Kooperation mit der Anorganischen Chemie werden Peptidmo-delle und multivalent bindende Heterocyclen studiert, welche die re-versible Organisation von funktionalisierten Nanopartikeln in Netz-werken ermöglichen sollen� 3 AG Koksch | AG Reißig

Peptidmodelle zum Studium der Umwandlung von helikal strukturierten Peptiden in Amyloide. Als Auslöser der Umwandlung gelten Änderungen in Umgebungsbedingun-gen wie pH-Wert, Salzgehalt, Metallionen oder die räumliche Nähe zu Membranen. Die Bedingungen, unter denen einmal gebildete Amyloide wieder löslich werden, sind bisher ungeklärt.

Australin, ein Glykosidasehemmer aus Castanospermum australe

Heliquinomycin

a-Helix-Bündel

β-Faltblatt/Amyloid



Supra- und Makromolekulare ChemieDie starke Chemie der schwachen Bindung

Die quirlige Dynamik des Lebens beruht auf ständiger Verände-rung� Dies wäre un-denkbar, gäbe es nur die starken kovalenten Bindungen, welche die Atome innerhalb der Moleküle zusammen-halten� Erst Wasser-stoffbrücken zwischen Wassermolekülen machen Wasser bei Raum-temperatur flüssig� Schwache Kräfte zwischen den Bestandteilen von Zellmembranen sorgen für Geschmeidigkeit und erlauben der Zelle, ihre Form zu verändern� Vererbung – mittels Trennung der beiden DNA-Stränge – wäre ohne nicht-kovalente Kräfte kaum mit ausrei-chender Geschwindigkeit zu bewerkstelligen� Der menschliche Stoff-wechsel verfiele ins Chaos, könnten Enzyme nicht diejenigen Mole-küle erkennen, die sie zur Reaktion bringen sollen�

Erst Ende der 1960er Jahre erhoben Chemiker die schwachen Bin-dungen zu einem eigenen Forschungsthema� Seitdem hat die Supra-molekulare Chemie eine fast komplette Innovationskette entwickelt� Begann alles mit der genauen Untersuchung einzelner schwa-cher Kräfte, werden inzwischen chemische Schablonen zur Lenkung von Reaktionen genutzt� Selbstorga-nisation von (mit den passenden Bindungsstel-len programmierten) Molekülen erleichtert den Aufbau hochkomplexer Molekülarchitekturen� Erkennung und Ein-schluss von kleineren Gastmolekülen in grö-ßere Wirte machen die gezielte Entwicklung von Sensoren möglich�

Moleküle mit Funktion sind en vogue und zielen auf Anwendungen in den Bio- und Materialwissenschaften ab – etwa auf Schalter und Leiter-bahnen für die molekulare Elek-tronik, Lichtsammelantennen zur Kon-version von Licht in chemische Energie

oder miniaturisierte moleku-lare Motoren�

Zahlreiche Biomole-küle sind chemisch betrachtet komplex strukturierte Polyme-re von bis zu etlichen Nanometern Größe� Auf solchen Längenska-len dockt zum Beispiel ein Virus an eine Zelle an� Dabei erhöht es seine Bin-dungsstärke massiv durch si-multane Bindung an eine große Zahl von Andockstellen� Chemi-ker sprechen hier von Multiva-lenz� In solche Prozesse lässt sich gezielt nur mit der gleichen Stra-tegie eingreifen� Baumartig verzweigte Dendrimere erfüllen die nö-tigen Anforderungen: große Durchmesser bei dichter Bedeckung mit vielen Bindungsplätzen�

An der Freien Universität Berlin wird eine Reihe von Aspekten ent-lang dieser Innovationskette erforscht� Massenspektrometer, höchst-präzise Waagen zur Bestimmung der Molekülmassen, helfen, der Na-tur der schwachen Bindungen auf den Grund zu gehen, denn sie er-lauben eine Untersuchung isolierter Komplexe im Hochvakuum�

Neben dem Grundlagenaspekt steht der praktische Einsatz der schwachen Kräfte� Etwa zum Einschluss kleinerer Moleküle in den Hohlraum von Kapseln oder zur Schaltung der molekularen Beweg-lichkeit durch gezielte Beeinflussung nicht-kovalenter Bindungen über äußere Signale� Mit derartigen Prozessen werden biochemische Vorgänge in synthetischen Modellsystemen untersucht�

Relevant für die Materialwissenschaften ist die gezielte Strukturie-rung von Oberflächen durch Abscheidung von schwach gebundenen Komplexen� Dies kann mit Rastertunnelmikroskopie bis auf submo-lekulare Ebene abgebildet werden� Mit dem Sonderforschungsbereich 765 „Multivalenz“ (s� S� 33), der in 2008 gestartet wurde, liegen die Supra- und Makromolekulare Chemie im Zentrum der Forschungs-schwerpunkte�� 3 AG Schalley | AG Haag

Makrocyclen, hochgeordnet abgeschieden auf einer Kupferoberfläche (STM-Bild; rechts: 2 x 2 nm)

Dendrimer mit Zuckereinheiten (rot) als Bindungsstellen

Mit Hilfe eines Templats durch ein ringförmiges Molekül (schwarz) durchgefädelte Achse (blau)

Nanotransporter

Farb- bzw. Wirkstoff

pH-/EnzymSpaltung

Selektive Verkapselung

Kontrollierte Freisetzung

5-20 nm



ElektronenmikroskopieSchlüsselloch in den Nanokosmos

Für viele Disziplinen der Chemie ist es notwendig, den exakten Auf-bau von makro- oder supramolekularen Architekturen sichtbar zu machen� Erst die Kenntnis der Struktur ermöglicht es, Verhaltens- oder Wirkungsweise von komplexen Gebilden – etwa von Proteinen oder künstlichen Makromolekülen für die Nanotechnologie – zu ver-stehen� Das hilft Chemikern, beispielsweise folgende Fragen zu be-antworten:

Wie müssen bestimmte Polymere, so genannte Dendroam phiphile, konzipiert sein, damit sie in wässriger Lösung in immer gleicher An-zahl und Anordnung stabile Aggregate bilden? Im Inneren solcher Strukturen können Gastmoleküle, zum Beispiel Arzneistoffe, ge-schützt und „getarnt“ transportiert werden� Wie lassen sich Virusin-fektionen effizient unterbinden, indem bestimmte makromolekulare Werkzeuge der Viren, so genannte Fusionsproteine, durch Zugabe von

„Störmolekülen“ (Inhibitoren) gehemmt werden?

Strukturuntersuchungen an derar tigen Objekten, die nur wenige Millionstel Mil-limeter groß sind, lassen sich mit mo-dernen Transmissions-Elektronenmikro-skopen (TEM) durchführen� Biologische und organisch-chemische Materia lien können jedoch bei der Durchstrahlung mit Elek tronen geschädigt werden� Die-ses Problem lässt sich bei der „Kryo-TEM“ reduzieren: Die Objekte werden in dünne, glasartig schockgefrorene Wasserschich-ten von 100 bis 200 nm eingebettet und bei -175 °C mikroskopiert�

Mittels moderner Bildverarbeitung las-sen sich aus den eher kontrastarmen und „verrauschten“ Mikroskopaufnahmen in Einzelfällen die dreidimensionalen Struk-turen der Objekte bestimmen� So erhält man Aufschluss, inwieweit sich Modifika-tionen an Einzelmolekülen auf die Struk-tur ihrer Aggregate auswirken� Diese Er-kenntnisse sollen es ermöglichen, künftig gezielt definierte Aggregate bestimmter Größe, Struktur und Eigenschaften für nanotechnologische Anwendungen her-zustellen� 3 AG Böttcher

NMR-Spektroskopie funktioneller Moleküle

Die Kernmagnetische Resonanz, kurz NMR, ist eine etablierte Metho-de zur Strukturanalyse von chemischen Verbindungen� Sie ist jedoch auch geeignet, eine Vielzahl von wichtigen Phänomenen zu untersu-chen, welche die Dynamik von Molekülen in verschiedenen Umge-bungen betreffen�

Systeme Phänomene

3 Organische und metallorga-nische Modellsysteme

3 Flüssigkeiten und Festkörper3 Nanopartikel3 Wirkstoffe in festen Arzneistoff-

trägern3 Polymere mit sauren oder

basischen Gruppen3 Mesoporöse Feststoffe3 Enzymmodelle

3 Wasserstofftransfer und Wasser-stoffbrückenbindung

3 Isotopeneffekte3 Säure-Base-Theorie3 Wirkstoffstabilität3 Moleküle in begrenzten

Porengeometrien3 Molekulare Wechselwirkungen in

Grenzflächen3 Katalytische Prozesse

Ein Beispiel dafür sind Ru the-ni um-Nanokatalysatoren, die am Institut in Kooperation mit Gruppen in Jena und Toulouse untersucht werden� Mobile Was-serstoffatome auf Ru-Oberflä-chen und intermediäre Ober-flächenspezies der katalytischen Hydrierung von Ethen wurden mit Hilfe verschiedener Fest-körper-NMR-Techniken nach-gewiesen und charakterisiert�

Ein anderes Beispiel ist das Leberenzym Aspartat-Aminotrans-ferase� Ihr Kofaktor Vitamin B6 – im aktiven Zentrum mit dem sta-bilen Isotop 15N markiert – wurde mit Flüssigkeits- und Festkörper-NMR-Spektroskopie untersucht� Die Geometrie der kritischen O-H-N-Wasserstoffbrücke wurde durch den Vergleich mit Modellsystemen charakterisiert� Die Ladungsverteilung, die aus der Protonenpositi-on nahe am Stickstoff resultiert, ist eine Voraussetzung für die Ini-tiierung der Enzymkatalyse� Unter physiologischen Bedingungen in Wasser sind weder der Pyridinring noch die Asparat-Seitenkette proto-niert – im Gegensatz zum aktiven Zentrum� Überraschend ist der Be-fund, dass die dielektrischen Eigenschaften des aktiven Zentrums eher typisch für polare organische Lösungsmittel sind als für wässrige Um-gebungen�� 3 AG Limbach

Oben: Kryo-TEM-Aufnahme von Influenza-Virus, rot: ein Fusionsprotein (HA)Unten: 3D-Rekonstruktion des HA; gelb: Bindungsstelle für Inhibitoren

Katalytische Aktivität und Wasserstoff-mobilität von Ruthenium-Nanopartikeln (García-Antón et al., Angew. Chem. 2008)

13 nm



MolekülspektroskopieVom Modellsystem zur Anwendung

Die Physikalische Chemie zählt zu den ältesten inter-disziplinären Fachgebieten der Naturwissenschaften� Grundlegende physiko-che-mische Studien sind die Ba-sis für vielfältige Anwendun-gen in den Material-, Lebens- und Umweltwissenschaften�

Die fortschreitende Mini-aturisierung von Materialien und deren Bausteinen erfor-dert genaue Untersuchungen zu den größenabhängigen Eigenschaften der Materie� Dazu gehören Studien an isolierten Ato-men und Molekülen in der Gasphase, die Synthese von Clustern im Molekularstrahl sowie die Präparation von geordneten molekularen Filmen� Nanopartikel lassen sich kolloid-chemisch herstellen und gezielt strukturieren� Die geometrische und elektronische Struktur der Systeme wird unter anderem mit Kurzpulslasern, Synchrotron-strahlung, Freie-Elektronen-Lasern sowie der Anlagerung langsamer Elektronen (0 – 10 eV) untersucht�

Zu den Schwerpunkten der Forschung gehören Cluster variabler Größe, denn sie sind ideale Modellsysteme für nanoskopische Mate-rialbausteine� Ihre größenabhängigen Eigenschaften werden mit wei-

cher Röntgenstrahlung und resonanter Elektronenanlagerung be-stimmt�

Geformte Laserpulse im Femtosekundenbereich erlauben die ge-zielte Optimierung des selektiven Bruchs chemischer Bindungen und damit die Kontrolle chemischer Reaktionen� Um die intrinsi-schen Eigenschaften einzelner Nanopartikel ohne Kontakt zum Sub-strat bestimmen zu können, werden Partikelfallen oder Nanoparti-kelstrahlen verwendet�

Wegen ihrer größenselektiven Lumineszenz- und magnetischen Ei-genschaften sind Nanopartikel als selektive Sonden interessant� Sie eig-nen sich für Studien an lebenden Zellen und Geweben – für diagnosti-sche wie für therapeutische Zwecke� Die gezielte Veränderung der äu-ßeren Grenzflächen der Partikel ist wesentlich für deren Aufnahme in die Zelle� Systematische Untersuchungen erfolgen unter Berücksichti-gung von mono-, bi- und multivalenten Funktionalisierungen�

Prozessstudien zur at-mosphärischen Umwelt-forschung sowie zu astro chemisch gebilde-ten Substanzen sind die Voraussetzung zur In-terpretation von Feld-messungen und helfen, Modelle zu verbessern� Photolyseprozesse an at-mosphärischen Spuren-gasen werden im Labor mit Laserexperimenten simuliert� Gespeicherte Einzelpartikel ahmen dabei die Eigenschaften des atmosphärischen Aerosols und von Wolkenteilchen nach� Der Abbau von schwer flüch-tigen Umweltchemikalien, wie etwa Pflanzenschutzmitteln, wird ex-perimentell in kinetischen Experimenten nachgestellt�

Um die Empfindlichkeit und Selektivität spektroskopischer Un-tersuchungen zu verbessern, sind innovative Methoden notwendig� Dazu werden in Verbundvorhaben neue Instrumentierungen im Um-feld der Synchrotronstrahlung und Freie-Elektronen-Lasern entwi-ckelt und eingesetzt�

Auf dem Gebiet der resonanten Elektronenanlagerung liegt der Fo-kus auf der Untersuchung resonanzverstärkter Vorgänge in biomole-kularen Systemen, insbesondere in der DNA und deren Bausteinen� So lassen sich molekulare Vorgänge aufklären, die bei Strahlenschä-den in lebenden Zellen ablaufen oder beim Einsatz von Radiosensibi-lisatoren in der Tumortherapie� Derartige Studien sind die Basis für effektivere Krebsbehandlungen� 3 AG Rühl | AG Illenberger

Schädigung der DNA durch die Anlagerung langsamer Elektronen

Größenabhängige Lumineszenz von Halblei-ter-Quantendots (2-5 nm): Eine empfindliche Sonde für die Diagnostik

Nanopartikel ( l.) in lebende Zellen und Gewebe (r.). Röntgen-Mikroskopie liefert einen element-spezifischen Kontrast

Elektronen niedriger Energie

DNA Strang bricht

Molekulare Resonanz

DNA



Chemie an der Oberfläche

Einfache Modellsyste-me aus höchstreinen Metall- oder Oxid-Einkristallen – auch in Form dünner epi-taktischer Filme – mit definierter Oberflä-chenstruktur in ihrer Wechselwirkung mit ausgewählten Gasen oder Dämpfen im Ult-rahochvakuum stehen im Zentrum der For-schung�

Zu den aktuellen Projekten gehört un-ter anderem die Un-tersuchung der Wechselwirkung von Wasserstoff mit Metalloberflä-chen� Ziel ist es, die Prozesse zu verstehen, die sich beispielsweise beim Lösen von Wasserstoff in Speichermaterialien abspielen� Als Untersuchungsmethoden dienen niederenergetische Elektronen-beugung (LEED), Thermodesorption (TDS), Schwingungsspektros-kopie und Photoelektronenspektroskopie�

Beim Wachstum dünner Metallfilme auf Metalloberflächen wer-den Thermodynamik und Kinetik des Filmwachstums untersucht, das lagenweise flach oder in Form von 3D-Aggregaten (Clustern) er-folgen kann� Diese Vorgänge werden mit LEED, TDS und Rastertun-nelmikroskopie (STM) beobachtet�

Ein weiteres Projekt ist die Koadsorption von Edelmetallatomen (Ag, Au) und Gasen auf der Oberfläche eines hochschmelzenden Me-talls wie Rhenium� Unter geeigneten Druck- und Temperaturbedin-gungen können zum Beispiel Kohlenmonoxidmoleküle durch ihre eigene Adsorption Gold- oder Silberatome reversibel zu dichteren Inseln zusammenschieben� Dies ist ein Hinweis auf die strukturelle Dynamik von Katalysatormaterialien unter den rigiden Bedingungen technischer Katalyse – hohe Drücke und Temperaturen�

Außerdem wird die katalytische Aktivität von reinen und mit Gold dotierten Titandioxidfilmen erforscht – beispielsweise von Rutil(011)-(2x1)� Derartig orientierte Filme werden durch Epitaxie präpariert und dann auf ihre katalytische Aktivität bei der Oxidation von Kohlenmo-noxid studiert� Seit 15 Jahren ist bekannt, dass TiO2/Au diese Reaktion effizient katalysiert, allerdings sind die Gründe dafür bisher kaum ver-standen� Ziel ist es, hier zu einer Klärung beizutragen� 3 AG Christmann

Makromolekulares Modelling

In jeder biologischen Zelle laufen zahlreiche ineinandergreifende Prozesse ab – entweder selbstreguliert oder durch Signale gesteuert� Sie gewährleisten Erhalt, Wachstum und Reproduktion der Zelle� Bei diesen komplexen Vorgängen übernehmen Eiweißmoleküle (Protei-ne) als „molekulare Maschinen“ zentrale Aufgaben� Die Natur hat die nur wenige Nanometer großen Proteine (1 nm = 0,000000001 m) für diese Zwecke im Laufe von Milliarden Jahren mit äußerst präzisen Strukturen und Funktionen versehen�

Zu den elementarsten Vorgängen in Proteinen zählt der Transport von Ladung (Elektronen und Protonen)� Derartige Transferprozesse werden beispielsweise in Pflanzen für die Umwandlung von Licht-energie in elektrische Energie benötigt – für die ersten Schritte in der Photosynthese� Praktisch alle Zellen benutzen diese Prozesse auch bei der Umwandlung von Nahrung in eigene Biomoleküle� Durch Bildung und Zerfall einer Vielzahl von Komplexen, die jeweils aus mehreren Proteinen bestehen, werden Signale ausgelöst, welche diverse Vorgän-ge in der Zelle an- oder abschalten� Viele Erbkrankheiten basieren auf einer Störung solcher Proteinkomplexe� Eine andere wichtige Grup-pe sind Kanalproteine, die in den Zellmembranen sitzen und dort den Durchfluss von Wasser oder bestimmten Ionen regulieren�

Mit Silber bedampfte, gestufte Rhenium-Oberfläche (STM-Bild, 350 Å x 350 Å)

Theoretische Arbeiten tragen dazu bei, die Funktion der Proteine bei diesen Prozessen besser zu verstehen – auch mit dem Ziel, deren Abläu-fe zu verändern� So könnte in Zukunft zum Beispiel das Energieprob-lem mit künstlicher Photosynthese gelöst oder Erbkrankheiten geheilt werden� Dazu werden Protonen- und Elektronentransfer-Prozesse in den Proteinen der Photosynthese sowie die Leitung von Ionen in Ka-nalproteinen am Computer simuliert� Die räumliche Anordnung von Proteinen wird in ihren Komplexen modelliert� 3 AG Knapp

links: Ammonium Kanalprotein © Science 2004 | rechts: vier Proteinpaare als Kom-plex, größeres Protein vollständig, kleineres als Stäbchenmodell im Kontaktbereich



Quantentheorien für chemische Bindungen und Reaktionen

Dem Thema nach Chemie, von der Methode her Physik und an-gewiesen auf die Hilfsmittel der Mathematik und Informatik: Das ist Theoretische Chemie� Sie be-schreibt Eigenschaften und Phä-nomene der Materie – von einfa-chen gasförmigen Molekülen bis zu komplexen Festkörpern� Dazu gehören die Quantenchemie mo-lekularer und periodischer Syste-me, die Quantenreaktionsdynamik und die Theorie der Wechselwir-kung von Molekülen mit elektromagnetischen Feldern� Stets geht es um Aufklärung und Vorhersage von Experimenten, aber auch um die Entwicklung dazu erforderlicher Methoden�

Ziel der Quantenchemie ist die detaillierte Beschreibung der Bin-dung zwischen Atomen und Molekülen� Obwohl die Bindungsarten in der Chemie unterschiedlicher nicht sein können – von starken ko-valenten oder ionischen Bindungen hin zu schwachen Wasserstoff-brücken- und van der Waals-Bindungen – ist das Prinzip doch immer das gleiche: Es geht um die Anziehung und Abstoßung von Elektro-nen und Atomkern� Es gilt, Methoden zu entwickeln, die es ermög-

lichen, die vielen wechselwir-kenden Elektronen eines kon-densierten Systems – in einem Kubikzentimeter Materie sind es circa 1023 – ab initio beschrei-ben und Materialeigenschaften berechnen zu können�

Ein Beispiel dafür ist die Er-klärung der anomalen Gitter-struktur metallischen Zinks: Von Metallen mit geschlossen-schaligen Atomen erwartet man, dass sie sich in einer Kugelpa-ckung anordnen� Während Mag-nesium tatsächlich in dichtester Packung vorliegt, findet man bei Zink und Cadmium eine stark verlängerte c-Achse� Mit ab in-itio Rechnungen der Potential-

fläche können wir die Ur-sache des anomalen Ver-haltens von Zink erklären und vorhersagen, dass Zink auch in idealer Ku-gelpackung existieren soll-te – eine Herausforderung an die experimentell täti-gen Kollegen�

Ein weiterer Schwer-punkt ist die Theorie der Femtosekundenchemie, deren Ziel die Beschrei-bung und Kontrolle che-mischer Elementarreaktio-nen im Femtosekundenbereich (1 fs = 10-15 s) ist� Auf dieser Zeitskala brechen und entstehen chemische Bindungen� Durch gezielte Anre-

gung, insbesondere durch ultrakurze Laser-pulse, lassen sich Reaktionen so kontrollie-ren, dass sie zu einem bestimmten Produkt führen� Wir simulieren solche Prozesse, in-dem wir Größen wie Bindungslängen oder -winkel mit Hilfe von so genannten Wellen-paketen beschreiben� Solche Wellenpaketebewegen sich in einem „Potenzialgebirge", welches die Wechselwirkungen zwischenden Atomkernen beschreibt�

Simulation und Kontrolle derartiger Re-aktionen erfordern die Verknüpfung von Methoden der Quantenchemie, Quantenre-aktionsdynamik und Laserpulsoptimierung� Zu den konkreten Anwendungen gehören die Trennung von Kernspin-Isomeren, die Kon-trolle von Reaktionen in Festkörpern und die Simulation von lichtgetriebenen mole-kularen Rotoren – Arbeiten, die in das Ge-biet des molecular engineering führen� Neu-erdings übertragen wir diese Kon zepte auch auf die Kontrolle der Elektronenbewegung, wie etwa die Induktion von elek tronischen Ringströmen� Da sich Elektronen 1000 mal schneller als Atomkerne bewegen, müssen die Laserpulse 1000 mal kürzer sein� Damit wird das Neuland der Attosekundenchemie betreten� 3 AG Manz | AG Paulus

Hexagonale Kristallstruktur von Zink

Anregung molekularer Drehungen durch einen Laserpuls und Übersetzung in Wellenpaket-dynamik

Anregung von Kernrota-tionen und elektronischen Ringströmen

Potenzialfläche für Zink in Abhängikeit der beiden Gitterkonstanten



Membran- und StrukturbiochemieVon intrazellulärer Membrandynamik zu Proteinstrukturen

Wer einmal das schier unendliche Gewirr membranumhüllter Orga-nellen in einer lebenden Zelle im Licht- oder Elektronenmikroskop betrachtet hat, wird sich fragen: Wie ist es möglich, den Überblick in diesem „Verkehrschaos“ zu behalten? Gerichteter Membranverkehr, der klaren räumlichen und zeitlichen Mustern folgt, ist jedoch not-wendig, damit Zellen ihre spezifischen Funktionen bei der Bildung von Geweben oder der Signalweiterleitung in das Zellinnere ausüben können�

Die Aufklärung der molekularen Regeln, denen die intrazelluläre Membran- und Proteindynamik folgt, sowie die Architektur der dar-an beteiligten Proteinkomplexe, ist ein Schwerpunkt am Institut� Da-rüber hinaus werden die Wechselwirkungen von Proteinen mit Nuk-leinsäuren und Membranlipiden studiert�

Einblicke in die molekulare Architektur und Dynamik membran-gebundener Proteine und ihrer Partner sind die Voraussetzung für das Verständnis zentraler bioenergetischer Prozesse – etwa der Um-wandlung von Lichtenergie in chemische Energie bei der Photosyn-these oder bei biomedizinischen Prozessen wie der Übertragung che-mischer Signale im Nervensystem� Sie sind aber auch eine wesentli-che Grundlage für die Entwicklung moderner Arzneistoffe�

Hierbei kommt eine sich ständig erwei-ternde Palette mole-kular- und zellbiologi-scher, biochemischer und strukturbiologi-scher Methoden zum Einsatz� Dazu zählen unter anderem hoch-auflösende licht- und elektronenmikrosko-pische Untersuchun-gen lebender oder fi-xierter Zellen und Gewebe sowie die Ent-wicklung biologischer Modellsysteme auf Basis RNA-technolo-gischer und geneti-scher Methoden� Aber auch die multidimensionale Kernresonanzspektroskopie und die Proteinkristallographie spielen eine Rolle� Letztere zeigen die ato-mare Architektur eines Makromoleküls – einschließlich der genau-en Wechselwirkungen zwischen Enzym und Substrat, von Rezeptor und Ligand oder von Komplexen zwischen biologischen Makromo-lekülen wie Proteinen, Nukleinsäuren, Kohlenhydraten und Lipiden� Die Kenntnis dieser Strukturen erlaubt die Modellierung der Dyna-mik von Protein-Protein- oder Protein-Ligand-Interaktionen mittels computergestützter Verfahren�

Wichtige Kooperationspartner bei diesen Projekten sind das Berli-ner Synchrotron BESSY, das Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC), das Leibniz Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) und die Charité Berlin� Die Forschungsaktivitäten der Mem-bran- und Strukturbiochemie sind zudem Teil des Exzellenzclusters „Neurocure“�

Die pure Neugier, Regeln und Muster der intrazellulären Membran-dynamik sowie die molekularen Baupläne membrangebundener Prote-ine und Proteinkomplexe zu entschlüsseln, ist nur eine Triebkraft die-ser Forschung, denn es besteht auch die berechtigte Hoffnung, durch Kombination funktioneller und struktureller Methoden Ansätze zur Entwicklung von innovativen Wirkstoffen zu formulieren� Sie könn-ten einmal die Basis für maßgeschneiderte Therapien zur Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen oder von Erbkrankheiten wie men-taler Retardierung oder bestimmter Immundefizite bilden� 3 AG Haucke | AG Saenger

Struktur des Photosystems II (PSII), das in der Thylakoidmembran von Pflanzen, Grünalgen und Cyanobakterien eingebettet ist. PSII besteht aus zwei Monomeren, die jeweils 20 Proteine (verschiedene Farben) und 92 Kofaktoren enthalten (grün: Chloro-phylle; orange: Carotine; Lipide). Zylinder: a-Helices ; Pfeile: β-Stränge

Membrandynamik an chemischen Synapsen. Boten-stoff enthaltende membranumhüllte Bläschen (synap-tische Vesikel) werden nach Ausschüttung des Neuro-transmitters in den synaptischen Spalt rezykliert.

synaptischer Spalt

Monomer 1 Monomer 2

Mem

bran

Mem

bran

Zweifache Rotationsachse, die Monomer 1 in Monmer 2 überführt

Freisetzung des Botenstoffs

Rezyklierung



Biochemie neurodegenerativer Erkrankungen

Die rapide Zunahme verschiedener Demenzformen aufgrund der Überalterung der Gesellschaft ist eine der großen gesellschaftlichen Herausforderungen� Mit etwa 60 Prozent der Krankheitsfälle stellt Morbus Alzheimer die häufigste Demenzerkrankung dar� Die Erfor-schung ihrer biochemischen Ursachen ist das Hauptprojekt der Neu-robiochemie am Institut�

Ein Kennzeichen der Alzheimer-Krankheit sind Proteinablagerun-gen im Gehirn der Patienten� Bisher ist nicht genau geklärt, wie diese „Plaques“ entstehen� Hierfür werden Modellsysteme der Biochemie wie in vitro Tests, Zellkultursysteme und Tiermodelle gepaart mit modernen Analysetechniken, darunter MALDI-MS, NMR- und EPR-Spektroskopie sowie Röntgenstrukturanalysen eingesetzt�

Die Bildung des krankmachenden Peptids „Aβ42“ zu entschlüs-seln, ist eine wesentliche Grundlage für neue Diagnostik- und Thera-pieansätze� Die Ziele aktueller Projekte sind – neben der Auffindung therapeutischer Zielstrukturen und Leitsubstanzen – die Entwick-lung einer einfachen, sicheren und schnell durchführbaren Diagnos-tik der Krankheit�

Wichtig ist stets die Übertragbarkeit der Ergebnisse aus der Grund-lagenforschung in die medizinische Anwendung� Deshalb besteht eine enge Vernetzung zu Industriepartnern: So wird zur Zeit ein Testsys-tem entwickelt, das neben der Diagnostik auch die Suche nach Sub-stanzen zur ursächlichen Therapie von Morbus Alzheimer erlaubt�

Strukturelle und funktionelle Analysen von Schlüsselproteinen, die bei dieser Erkrankung eine Rolle spielen, werden in interdisziplinär angelegten Forschungsprojekten verfolgt: Im Rahmen von Sonder-forschungsbereichen, Graduiertenkollegs, EU Initiativen und bun-desweiten Netzwerken, wie NEURAD und KNDD� 3 AG Multhaup

Biochemische Grundlagen der regenerativen Medizin

Die Regeneration von zerstörten Ge-weben und Organen ist eine Heraus-forderung für die Medizin und die bio-medizinische Grundlagenforschung� Bei der körpereigenen Gewebereparatur kommt es zu einer koordinierten Folge von Zellbewegungen, die an embryonale Entwicklungsprozesse erinnern� Sowohl im Embryo als auch im adulten Organis-mus werden sie über Bone Morphogenetic Proteins (BMPs) stimuliert� Dies sind Wachs-tumsfaktoren, die durch Bindung an Re-zeptoren ihrer Zielzellen – etwa em-bryonale oder adulte Stammzel-len – spezifische Signalkaskaden auslösen und damit die Funktionen der Zellen verändern� Stammzellen können sich durch diesen Stimulus vermehren oder differenzieren�

Ziel ist es, den molekularen Me-chanismus dieser Signalkaskaden genau zu charakterisieren, um ge-zielt Therapieverfahren für die Re-generation verschiedener Gewebe entwickeln zu können� Die Ana-lysen beinhalten Proteomics-basierte Methoden, Visualisierung von Signalkomponenten in lebenden Zellen durch moderne Mikrosko-pieverfahren, Strukturaufklärung der zentralen Signalkomponenten sowie die Herstellung neuartiger und verbesserter Wachstumsfakto-ren� Letztere werden in funktionellen Testsystemen untersucht�

Intensität, Dauer und Spezifität der über BMP ausgelösten Sig-nale sind in allen Spezies durch unterschiedliche, aber evolutionär konservierte Mechanismen koordiniert – etwa durch Antagonisten, Co-Rezeptoren oder nukleäre Co-Repressoren� Bei vielen genetisch bedingten Erkrankungen sind jedoch genau diese Komponenten de-fekt, so dass sich eine veränderte BMP-Signalweiterleitung beispiels-weise in vaskulärer Hypertonie, Knochenerkrankungen oder Krebs manifestiert�

Die Arbeiten sind integriert in das Berlin Center of Regenerative Therapies (BCRT)� Die Doktorandenausbildung auf dem Gebiet Bio-chemie der Geweberegeneration erfolgt im Rahmen der über die Ex-zellenzinitiative eingeworbenen Graduiertenschule (Berlin School of Regenerative Therapies, BSRT)� 3 AG Knaus

Ansatz für Alzheimerdiagnostik: Aus dem Verhältnis der Aβ-Formen (blau = krankheitsrelevant) kann auf Verlauf oder Beginn der Krankheit

BMP-Signaltransduktion durch Bindung des Liganden an die Rezeptoren, wel-che aktiviert werden und Smad- Prote-ine phosphorylieren. Diese wandern in den Kern, um dort die Transkription be-stimmter Zielgene zu kontrollieren.

APPVorläufer von Aβ

Rezeptoren

Zellmembran

Clathrin Coated Pit

R-Smad

Endosom

Co-Smad

ZellkernTranskription

DNA

Ligand BMP

Aβ-Fragmente(unterschiedlicher Länge)

Mengenverhältnis von Aβ(zeigt Krankheitsverlauf an)

„kein Alzheimer“

„Alzheimer“



RNA-Technologien

Die vielseitigen Nutzungsmöglichkeiten der RNA-Technologien be-ruhen auf der strukturellen und funktionellen Vielseitigkeit der Ri-bonukleinsäuren (RNAs) sowie der Tatsache, dass es innerhalb we-niger Stunden mit Methoden der Molekularen Evolution (SELEX-Methode) möglich ist, bis zu 1018 verschiedene RNA-Moleküle zu generieren� Aus RNAs können „molekulare Scheren“ entwickelt werden, mit denen sich bestimmte Molekülarten in lebenden Zel-len gezielt ausschalten lassen� Die Anwendungsmöglichkeiten die-ser so genannten „Ribozyme“ sind ebenfalls vielfältig und umfas-sen unter anderem die erfolgreiche Bekämpfung von Tumorerkran-kungen, Erbkrankheiten und Virusinfektionen�

Mit der Erzeugung von 1018 RNA-Molekülen gelingt es aber auch, hochaffine RNA-Moleküle herzustellen, die als Aptamere und Spie-gelmere bezeichnet werden� Ähnlich wie Antikörper können diese in der modernen molekularen Medizin diagnostisch und therapeu-tisch sowie zur Aufreinigung von biologischen Substanzen einge-setzt werden�

Darüber hinaus erlauben Verfahren der RNA-Technologien die in vitro Synthese von natürlichen wie unnatürlichen Proteinen – einschließlich des Einbaus von unnatürlichen Aminosäuren an be-stimmten Positionen ei-nes Proteins�

Bereits 1998 wurde das Berliner RiNA Netz-werk für RNA-Technolo-gien an der Freien Uni-versität Berlin gestartet und damit eine weltweit einmalige Einrichtung geschaffen� Nach 10-jäh-riger Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und For-schung, das Land Ber-lin und die Industrie kam das Fraunhofer-In-stitut für System und In-novationsforschung bei seiner Evaluierung des Netzwerkes zu folgendem Ergebnis: „Die Entscheidung frühzeitig in die RNA-Technologien zu investieren, war vorausblickend, inno-vativ und mutig, und im internationalen Vergleich zum Zeitpunkt der Initiierung der Fördermaßnahme beispiellos�“ 3 AG Erdmann

Konzepte für anregenden Unterricht

„Deutsche Schüler bei PISA in Chemie Spitze!“ – „Chemie ist Lieblings-fach an deutschen Schulen“ – „Run auf Ausbildungs- und Studienplät-ze in der Chemie“� Von Schlagzeilen wie diesen träumen Chemieleh-rer bislang nur� Denn, wie internationale Vergleichsstudien wiederholt zeigten, sieht die Realität völlig anders aus� Die Arbeitsgruppe Didaktik der Chemie sucht deshalb nach Wegen, die chemiebezogenen Leistun-gen deutscher Schülerinnen und Schüler zu verbessern�

Weshalb finden Jugendliche das Schulfach Chemie eigentlich so unattraktiv? Wie erhalten auch Kinder aus bildungsfernen Familien faire Lernchancen im Unterricht? Und wie kann das zumeist negative Image der Chemie in der Öffentlichkeit zurecht gerückt werden?

Um diese Fragen beantworten zu können und nachhaltige Ver-besserungen zu erzielen, konzentriert sich die Didaktik auf folgende Forschungsprojekte:

3 Möglichkeiten zur Förderung naturwissenschaftlicher Kompeten-zen von Grundschulkindern

3 Entwicklung naturwissenschaftlicher – insbesondere chemiebezo-gener – Interessen und motivationaler Orientierungen von Grund-schülern und Schülern der Sekundarstufen I und II

3 Berufsorientierung und Prototypen-Selbstbild-Abgleiche sowie de-ren Beeinflussung durch besondere Unterrichtsprojekte wie Che-mie (in) der Extra Klasse, ParIS-Chemie (Partnerschaft Industrie und Schule) oder WisA (Wissen-schafft-Arbeit)

3 Analyse naturwissenschafts- und chemiebezogener Lesekompeten-zen und deren Verbesserung durch geeignete Lernhilfen

Sich mit Chemie zu beschäftigen, kann ebenso spannend wie anre-gend sein� Um dies zu vermitteln, bietet der Arbeitsbereich Didaktik der Chemie auch regelmäßig Veranstaltungen für ein breites Publi-kum an, beispielsweise Chemie für die ganze Familie, Nawi(e) FUn-tastisch und spectaculum (s� S� 38)� 3 AG Bolte

Spiegelmere: Detailstrukturen eines natürlichen RNA-Moleküls und seiner unnatürlichen spiegel-bildlichen Form


SonderforschungsbereicheNachwuchsgruppen

NachwuchsgruppenDer Sprung ins (nicht gar so) kalte Wasser

Nach Master, Promotion und Postdoktorandenzeit reizt nicht jeden Chemiker die Industriekarriere� Selbst Professor zu sein, eine eige-ne Arbeitsgruppe an einer renommierten Universität zu leiten und sich selbst ein spannendes Forschungsge-biet abstecken zu können, ist sehr verlockend� Das Insti-tut für Chemie und Bioche-mie unterstützt eine ganze Reihe von Nachwuchswis-senschaftlern dabei, sich diesen Traum zu erfüllen� Nicht ganz unei-gennützig, denn engagierte Stipendiaten und Juniorprofessoren be-reichern die Forschungspalette immer wieder um frische Farben und interessante Mischtöne�

Zum Beispiel Christian Hackenberger, der 2005, erst 29-jährig, als Emmy-Noether-Gruppenleiter in den Bereich Organische Che-mie nach Dahlem kam� Mit sieben Mitarbeitern entwickelt er Me-thoden für chemoselektive Reaktionen an Proteinen und Peptiden� Damit lassen sich zum Beispiel Phosphat- oder Zuckerreste an Gly-koproteine knüpfen, ohne dass erst aufwendige Schutzgruppenche-mie betrieben werden muss – genauso, wie es in lebenden Zellen auch funktioniert� Für Hackenberger, der seit 2008 auch als Sprecher eines Graduiertenkollegs im SFB 765 fungiert, ist es eine Testphase, in der er – ausgestattet mit großzügigen Forschungsgeldern und, wo nötig, unterstützt von erfahrenen Kollegen – lernen kann, was außer der ei-genen Kreativität zu einer Professur noch alles dazu gehört: Selbstän-dige Lehre, Drittmitteleinwerbung, Mitarbeiterbetreuung, Budget-verwaltung und vieles mehr�

Jens Beckmann sammelt als Juniorprofessur in der Anorganischen Chemie ähnliche Erfahrungen� Er kam 2004 an das Institut und ar-beitet auf dem Gebiet der Metallorganischen Chemie der Hauptgrup-penelemente: Zum Beispiel an hypervalenten binären Metalloxanen, die das Treibhausgas Kohlendioxid aus der Luft absorbieren und als Carbonat binden können� Beckmann, zu dessen Gruppe zehn wissen-schaftliche Mitarbeiter gehören, schätzt an der Juniorprofessur die Möglichkeit frühzeitig eigenständig zu forschen und zu lehren, vor allem aber, dass er dafür viel eher als ein Habilitand gleichen Alters ein großes Team aufbauen konnte�

Sonderforschungsbereiche

Mit der Einrichtung von Sonderforschungsbereichen (SFB) fördert die Deutsche Forschungsgemein schaft die interdisziplinäre Arbeit� Viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts sind an SFB’s im Berliner Raum beteiligt (SFB 448, 450, 498, 658, 740, 760 so-wie Transregio 19)� Zwei Sonderforschungsbereiche sind derzeit di-rekt am Institut angesiedelt�

Im SFB 449 untersuchen Naturwis-senschaftler, Mathematiker und Me-diziner von FUB, HUB, FMP, MDC sowie der Charité Berlin die „Struk-tur und Funktion membranstän-diger Rezeptoren“� Diese komple-xen Proteine in der Zellmembran sind essentiell für den Stoffwechsel jeder Zelle und für die Wirkung von Medikamenten� Sind ihre Funktio-

nen bekannt, wird die Entstehung vieler Erkrankungen verständlich und kausale Therapien werden möglich� Durch das Andocken von Botenstoffen an den Rezeptoren werden Signale in das Zellinnere weitergeleitet� Im SFB werden die Vorgänge an relevanten Rezepto-ren auf molekularer Ebene analysiert� Dazu trägt die Strukturanalyse der Makromoleküle mit atomarer Auflösung wesentlich bei�

Sprecher: Volker Haucke (bis 2007 Wolfram Saenger)www.chemie.fu-berlin.de/sfb449

Im SFB 765 – „Multivalenz als chemisches Organisations- und Wirk-prinzip“ – arbeiten Forscher des Instituts zusammen mit Kollegen an HUB, ZIB, FMP und der Charité Berlin�

Körpereigene Botenstoffe, Medikamente und Viren gehen meist mehrfache Bindungen mit ihren Zielstrukturen ein� Sie verfü-gen nicht selten über mehr als eine „Kontaktstelle“, über die sie an ihren Rezeptoren andocken� Gleiches gilt für die Rezeptoren� Bei der Vernetzung von kleinen Molekülen zu größeren Einheiten spielt Multivalenz ebenfalls eine zentrale Rolle� Im SFB wird untersucht, wie sich die physikalischen, chemischen und pharmakologischen Eigenschaften von Molekülen ändern, sobald sie über mehr als eine Bin dungsmöglichkeit verfügen� Auf dieser Basis sollen effektivere Wirkstoffe und neue Materialien entwickelt, aber auch die Grund-lagen von Multivalenzeffekten an Modellsystemen studiert und ver-standen werden�

Sprecher: Rainer Haagwww.sfb765.de

Exakte Einkristalle sind die Voraus-setzung für die Strukturanalyse von Proteinen


Klung-Wilhelmy-Weberbank-Preis Studium und Lehre

Ausgezeichnet!Der Klung-Wilhelmy-Weberbank-Preis

Exzellente Forschung verdient höchs-te Anerkennung – in Wissenschaft und Gesellschaft� Ausdruck dafür ist der Klung-Wilhelmy-Weberbank-Preis, der an herausragende jüngere deutsche Wissenschaftlerinnen und Wis-senschaftler verliehen wird – im jährlichen Wechsel in Chemie und Physik� Dies geschieht in enger Zusammenarbeit zwischen der Otto-Klung-Stiftung an der Freien Universität Berlin, der Dr� Wilhelmy-Stiftung und der Fördergesellschaft der Weberbank GmbH�

Die derzeit mit 100�000 Euro verbundene Auszeichnung zählt zu den höchstdotierten, privat finanzierten Preisen für Naturwissen-schaftler – und zu den angesehensten� Die Stifter wollen mit ihrem Engagement besonders qualifizierte Nachwuchswissenschaftler för-dern�

Der Klung-Wilhelmy-Weberbank-Preis ist Nachfolger des 1973 erst-mals vergebenen Otto-Klung-Preises, mit dem bis 1978 ausschließ-lich Doktoranden und Habilitanden der Fächer Chemie und Physik an der Freien Universität ausgezeichnet wurden� Auswahlkriterium ist heute, neben der Forschungsleistung, das Alter des Kandidaten: Der Preisträger sollte zur Zeit der Preisverleihung das 40� Lebensjahr nicht wesentlich überschritten haben�

Vorschläge für die Nominierung machen ständige Auswahlkom-missionen, zu denen mehrheitlich Professoren des Instituts für Che-

mie und Biochemie bzw� des Fachbereichs Physik der Freien Universität zäh-len� Die Wahl obliegt letzt-lich den Stiftern� Kommis-sion und Stifter haben ein feines Gespür für Spitzen-talente bewiesen, denn alle bisherigen Preisträger ha-ben eine bemerkenswer-te Entwicklung genommen:

Studium und Lehre

Das Institut für Chemie und Biochemie bietet einen Studiengang Chemie, einen lehramtsbezogenen Studiengang Chemie sowie einen Biochemiestudiengang an� Die Chemiestudiengänge sind Bachelor/Masterstudiengänge� Eine entsprechende Umstellung des Bioche-mie-Diplomstudiengangs erfolgt voraussichtlich zum WS 2009/10� Das Institut beteiligt sich außerdem am B/M-Studiengang Bioinfor-matik, der gemeinsam vom FB Mathematik und Informatik, dem FB Biologie, Chemie, Pharmazie und der Charité Berlin getragen wird� An alle Studiengänge kann sich eine Promotion anschließen�

Da das Chemiestudium bereits im Jahr 2002 auf den gestuften Ba-chelor/Masterabschluss umgestellt wurde, hat das Institut im Um-gang mit diesen Studienformen bereits umfangreiche Erfahrungen gesammelt� Der Studiengang umfasst sechs Semester für das Bache-lorstudium und vier Semester für das Masterstudium� Er bietet neben einer fundierten Ausbildung in den klassischen chemischen Diszip-linen – Anorganische, Organische sowie Physikalische und Theoreti-sche Chemie – ein facettenreiches Lehrangebot, das sich an aktuellen und zukunftsweisenden Forschungsthemen orientiert�

Die für den Bachelorabschluss geforderte Berufsqualifizierung wird – neben den universitätsweit angebotenen Modulen zur Allge-meinen Berufsvorbereitung – durch ein fest integriertes Berufsprak-tikum sowie diverse Wahlfächern (beispielsweise angrenzende Natur-wissenschaften, aber auch Publizistik, Betriebswirtschaft und vieles mehr) erzielt�

Bisher fünf von ihnen er-hielten später den Nobel-preis� Viele Preisträger der Chemie wurden danach mit dem Leibniz-Preis der Deut-schen Forschungsgemein-schaft geehrt, der als „deut-scher Nobelpreis“ gilt�

Preisträger Chemie

3 Frank Neese, 20083 Ingo Krossing, 20063 Peter H� Seeberger, 20043 Tom Tuschl, 20023 Matthias Driess, 20003 Michael Famulok, 19983 Carsten Bolm, 19963 Wolfgang Schnick, 19943 Stefan Jentsch, 19923 Klaus Rademann, 19903 Gerhard Bringmann, 19883 Hartmut Michel, 19863 Martin Quack, 19843 Wolfgang A� Herrmann, 19823 Helmut Schwarz, 1980


Studium und Lehre Polymer Science

Masterstudiengang Polymer Science

Längst vorbei sind die Zeiten, als Polymere nur für billige Plastiktü-ten und Styroporverpackungen taugten und zum Synonym für nicht-verrottende Müllberge wurden� Ob Goretex-Jacke, Dialysefilter, ab-baubare Knochennägel, Drageehülle oder Miniaturbaustein für die Nanotechnologie: moderne Polymere sind „Kunst-Stoffe“ im wahr-sten Sinne des Wortes, Hightech-Materialien, die in vielen Bereichen teure natürliche Rohstoffe ersetzen und manches können, woran selbst die Natur nicht dachte�

Die Polymerwissenschaft (Polymer Science) ist ein vielfältiges, in-terdisziplinäres Gebiet, das im Schnittpunkt von Chemie, Physik, In-genieurwesen und Verfahrenstechnik liegt� Von ihr gehen starke Im-pulse für die Materialwissenschaften aus� Durch ihre facettenreichen Anwendungsmöglichkeiten gewinnen Polymere einen stetig wach-senden Einfluss auf viele Bereiche des täglichen Lebens� Kein Wunder also, dass bereits 30 Prozent aller Wissenschaftler in der Chemischen Industrie auf dem Gebiet der Polymere arbeiten� Für eine optima-le theoretische und praktische Ausbildung in dieser zukunftsweisen-den Disziplin haben die drei Berliner Universitäten und die Univer-sität Potsdam ihre Kompetenzen gebündelt� Seit dem WS 99/00 bieten sie gemeinsam den englischsprachigen Masterstudiengang „Polymer Science“ an�

Das Institut für Chemie der Freien Universität Berlin übernimmt da-bei den Part Polymerchemie und -synthese� Polymerphysik und -cha-rakterisierung werden an der Humboldt-Universität zu Berlin gelehrt, Polymertechnologien an der TU Berlin� Die Eigenschaften von Poly-meren und Kolloiden werden an der Universität Potsdam studiert�

Das Masterstudium dauert zwei Jahre und kann zu jedem Winter- und Sommersemester begonnen werden� Weitere Informationen un-ter www.polymerscience.de�

Um individuellen Nei-gungen Rechnung zu tra-gen und flexibel auf ak-tuelle Anforderungen re-agieren zu können, sind im Masterstudiengang rund 25 Prozent der Ver-anstaltungen (in Abspra-che mit dem Prüfungs-ausschuss) frei wähl-bar� Die Vorlesungen des zweisprachigen Master-studiengangs werden teils in Deutsch und teils in Englisch angebo-ten, so dass auch die notwendige Sprachkompetenz schon frühzeitig sichergestellt ist�

Nach dem Bachelorabschluss kann das Studium nicht nur durch den konsekutiven Masterstudiengang Chemie fortgeführt werden, sondern wahlweise lassen sich auch andere Masterstudiengänge anschließen� Im Bereich der Freien Universität werden derzeit an-geboten:

3 Master of Polymer Science (s� S� 37), ein Gemeinschaftsprojekt mit der TU Berlin, der HU Berlin und der Universität Potsdam�

3 Master Öffentliches und betriebliches Umweltmanagement, FB Rechtswissenschaften / FB Politik- und Sozialwissenschaften�

Der Chemie-Studiengang ist erfolgreich akkreditiert worden, ent-spricht anerkannten Qualitätsstandards und damit den Kriterien der Bologna-Deklaration� Halbjährliche Zulassungen zum Studium ge-währleisten, dass fast alle Lehrveranstaltungen des Bachelorstudiums jedes Semester angeboten werden� Dies sowie eine aufwändige Koor-dination von Stundenplänen und Klausurterminen ermöglicht auch bei individuellem Studienverlauf ein zügiges Studieren� Zur Betreu-ung stehen drei Studienberater, ein Studienbüro und mehrere stu-dentische Studienberatungen zur Verfügung�

Zu Fragen der Lehrqualität und der Organisation des Studienan-gebots gibt es ständigen Kontakt mit den Studierenden� Hierbei wer-den auch Online-Evaluationen der Lehrveranstaltungen genutzt� Seit 2004 lobt der Fachbereich einen Preis für gute Lehre aus� Die Preis-träger – je ein Dozent aus den Studiengängen Biologie, Biochemie, Chemie und Pharmazie – werden auf der Grundlage der Evaluations-ergebnisse von den Studierenden ausgezeichnet�

Weitere Informationen:www.chemie.fu-berlin.de/lehre/studiengaenge.html


Wer forscht was?Junge Chemie

Die Natur verstehen lernen – durch Chemie

Das moderne Welt-bild ist stark natur-wissenschaftlich ge-prägt� Um die großen globalen Fragen unse-rer Zeit – Energiever-sorgung, Ernährung, Biotechnologie, Um-weltverschmutzung oder Klima wandel – im Kern zu verstehen und zu ihrer Lösung beitragen zu können, ist ein fundiertes Wissen in Chemie unverzichtbar� Aber mal ganz abge-sehen davon: Es macht einfach Spaß, Chemie zu betreiben, und es ist intellektuell und emotional anregend� Dies belegen – neben FU-Kin-der-Uni und FU-Sommerschule – auch die stets gut besuchten Veran-staltungen der Langen Nacht der Wissenschaften, bei der sich die FU-Chemie stark engagiert�

Spektakuläre Vorführungen für die Öf-fentlichkeit können aber nur ein erster Kon-takt zum Fach sein� Um bei Kindern und Ju-gendlichen ein nachhaltiges Interesse an Naturwissenschaften zu wecken, setzt die Chemiedidaktik auf fortlaufende Konzepte� So können sich seit 2004 interessierte Grundschüler (ab der 3� Klasse) für zwei Jahre zu einem wöchentlichen Chemie-Kurs einschreiben� Aus erfolgreichen KieWis werden Forscher-Füchse und schließlich Junge Forscher – am Ende ausgezeichnet mit dem „Goldenen Reagenzglas am Bande“� KieWi & Co�-Kinder geben später selbst ihr Wissen an Gäste weiter und leiten sie – bei Chemie für die ganze Familie, Nawi(e) FUntastisch und dem spectaculum – zum Experimentieren an�

Älteren Schülerinnen und Schülern stehen die Ferienkurse Chemie (in) der Extra-Klasse offen� Dort können sie eine Woche lang „Uni-Luft“ schnuppern, Professorinnen und Professoren ken-nen lernen und in den Laboren der Che-miedidaktik Fragen zu Bioenergie, Bio-

chemie oder Klimawandel experimentell auf den Grund gehen� Eini-ge der Teilnehmer sind bereits als Chemiestudenten in das Institut zurückgekehrt� Darüber hinaus beteiligen sich die Kolleginnen und Kollegen des Instituts an Lehrerfortbildungen und Bildungsangebo-ten für Schulklassen – sei es in der Didaktik der Chemie oder im ei-gens eingerichteten NatLab des Fachbereichs� 3 AG Bolte

Professuren, Nachwuchsgruppen, Arbeitsgebiete, Adressen

Anorganische Chemie und Radiochemie

Chemie radioaktiver MetalleUlrich Abram | abram@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/abram

Fluor- und OrganometallchemieDieter Lentz | lentz@chemie�fu-berlin�de www.chemie.fu-berlin.de/lentz

Anorganische NanostrukturenSabine Schlecht | schlecht@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/schlecht

Edelgas- und HalogenverbindungenKonrad Seppelt | seppelt@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/seppelt

Metallorganische Chemie (NWG)Jens Beckmann | beckmann@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/beckmann

Metall-Sauerstoff-Cluster (NWG)Johann Spandl | jspandl@chemie�fu-berlin�de www.chemie.fu-berlin.de/spandl

Organische und Makromolekulare Chemie

Dendritische PolymereRainer Haag | haag@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/haag

Aminosäure- und Peptidchemie, Peptidmodelle, PeptidfaltungBeate Koksch | koksch@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/koksch

Natur- und Wirkstoffsynthese, HeterocyclenchemieHans-Ulrich Reißig | hans�reissig@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/reissig

Massenspektrometrie und Supramolekulare ChemieChristoph Schalley | schalley@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/schalley

Enantioselektive Katalyse, Stereoselektive Synthese (NWG)Constantin Czekelius | cczekeli@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/czekelius

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Wer forscht was? Wer forscht was?

Farbstoffsolarzellen (NWG)Carlo Fasting | fasting@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/fasting

Bioorganische Chemie (NWG)Christian Hackenberger | hackenbe@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/hackenberger

Organometallchemie, Katalyse (NWG)Christoph Tzschucke | tzschucke@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/tzschucke

ElektronenmikroskopieChristoph Böttcher | christoph�boettcher@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/boettcher

Chemie im Alltag, literarisch aufbereitetKlaus Roth | klaus�roth@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/roth

Physikalische und Theoretische Chemie

Oberflächenchemie und Heterogene KatalyseKlaus Christmann | kchr@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/christmann

Elektron- und photon-induzierte Reaktionen an Molekülen und AggregatenEugen Illenberger | iln@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/illenberger

Makromolekulares Modelling und BioinformatikErnst-Walter Knapp | knapp@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/knapp

NMR-Spektroskopie von komplexen SystemenHans-Heinrich Limbach | limbach@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/limbach

Tief- und Tiefsttemperaturkristallographie, Elektronen-dichtebestimmungPeter Luger | luger@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/luger

Theorie der molekularen ReaktionsdynamikJörn Manz | jmanz@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/manz

Quantenchemie für Moleküle und FestkörperBeate Paulus | beate@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/paulus

Molekülspektroskopie, Cluster und Nanopartikel, Life Science Anwendungen, UmweltforschungEckart Rühl | ruehl@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/ruehl

Charakterisierung und Synthese von Nanopartikeln (NWG)Christina Graf | cmgraf@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/graf

Femtosekundenspektroskopie (NWG)Jürgen Plenge | jplenge@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/plenge

Wasserstoffbrücken in Festkörpern und Katalysatoren (NWG)Ilja Shenderovich | shender@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/shenderovich

Wasserstoffbrücken in verflüssigten Gasen (NWG)Peter Tolstoy | tolstoy@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/tolstoy

Theorie zur elektromagnetischen Kontrolle von Molekülen (NWG)Monika Leibscher | monika�leibscher@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/leibscher

Energie- und Ladungstransfertheorie von Makromolekülen (NWG)Thomas Renger | rth@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/renger Biochemie

RNA-Technologien für medizinische und biotechnologische AnwendungenVolker A� Erdmann | erdmann@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/erdmann

Membran-Biochemie und Molekulare ZellbiologieVolker Haucke | vhaucke@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/haucke

Signaltransduktion der Knochenbildung und -regenerationPetra Knaus | knaus@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/knaus

Biochemie neurodegenerativer ErkrankungenGerd Multhaup | multhaup@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/multhaup

ProteinkristallographieWolfram Saenger | saenger@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/saenger


Wer forscht was? Lageplan

Molekulare Zellbiologie (NWG)Michael Krauß | mkrauss@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/krauss

Synaptische Entwicklung und Funktion (NWG)Claudia Miech | cmiech@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/miech

Didaktik der Chemie

Fachdidaktisch-empirische Lehr- und LernforschungClaus Bolte | bolte@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/bolte

Assoziierte Forschergruppen des Institutes

Medizinische Chemie, Chemische BiologieJörg Rademann (Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie) | rademann@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin/rademann

Chemie und Biologie von Kohlenhydraten, Impfstoffentwicklung, MikroreaktorenPeter H� Seeberger (MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung) | seeberger@chemie�fu-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/seeberger

NMR-Spektroskopie von ProteinenHartmut Oschkinat (Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie) | oschkinat@fmp-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/oschkinat

T-Zell-Signalwege, Protein-Engineering (NWG)Christian Freund | freund@fmp-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/freund

ProteinkristallographieUdo Heinemann (Max Delbrück Centrum) | heinemann@mdc-berlin�dewww.chemie.fu-berlin.de/heinemann

Photoelektrochemie, Photokatalyse und Solarenergie-KonversionHelmut Tributsch (Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie) | tributsch@hmi�dewww.chemie.fu-berlin.de/tributsch

NatLab – Mitmach- und Experimentierlabor am FB Biologie, Chemie, PharmaziePetra Skiebe-Corrette | skiebe@zedat�fu-berlin�dewww.natlab.de

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LICHTERFELDE- WEST

BOTANISCHERGARTEN

DAHLEM-DORF

RATHAUSSTEGLITZ

16-18

86

34-36

1511

7

3419

23

37

273133

40

34

48

26-28

20 21

50

33

15

12-16A

2-63-79

1112

10

14

22

6A

10 7

1513

3

2-47

1-3

74-100

56

47

5250

2-4

5052

47

9-111 6

1863

21

34

35

39

4521 22

65-69

7

35

2-41-3

34

11

39

6

2-4

6-10

30

36 119

1

8

16

18-2

024

6-10

13

38

2616

1

35

25-27

69

27

49

1

45

55

2734A 28-30 24-26

43

34A

30

6

29

6-8

5

136-8

60-62

67

36

9

9

5

27

45

26

54-56

Gustav-

6

7-95

S c h l o ß p a r k

B ä k e -

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Pa r k

G r u n e w a l d

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G e m e i n d e p a r kL a n k w i t z

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HOCHSCHULSTANDORT LANKWITZTIERKLINIKUM DÜPPEL

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(IIIB

41)

Gebäude der FU mitGrundstücksfläche undHausnummer

35

GEOGRAPHIE Einrichtung der FU (Auswahl)

HOCHSCHULSTANDORTE IN • DAHLEM UND STEGLITZ • DÜPPEL • LANKWITZ

Stand 15.02.2008

Alphabetisches Straßenverzeichnismit FU Gebäuden (und Hausnummern)auf der Kartenrückseite

6000 300 m

HauptstraßeS c h l o ß s t r .

NebenstraßeG a r y s t r .

Wichtige HauptstraßeT h i e l a l l e e

Übrige bebaute Fläche

Grünfläche

Gewässerfläche

Buslinie mit Haltestelle148

Mensa

Gebäude mit teilw. FU-Nutzung

U U-Bahn Linie mit BahnhofRATHAUSSTEGLITZ

S-Bahn Linie mit BahnhofRATHAUSSTEGLITZ

S

X83

LATEINAMERIKA-INSTITUT

ANGEWANDTEGENETIKHUMANBIOLOGIE

FU-KITAStudentenwerk

VETERINÄR-MEDIZIN

ERZIEH.-BIBLIOTHEK

MATHEMATIK

AKAD.AUSLANDSAMT

ZESTUDIENBERATUNG

INFORMATIK

BOTANIK

PHARMAZIE

ORG. CHEMIEPHYS. CHEMIE

PHYSIOLOGIEBIOCHEMIE

PHYSIK

PFLANZEN-PHYSIOLOGIE

ZOOLOGIE

METEORO-LOGIE

VETERINÄR-MEDIZIN

SPORT

OSTEUROPA-INSTITUT

POLITISCHEWISS.

UNIVERSITÄTS-BIBLIOTHEK

HENRY-FORD-BAU

RECHTS-WISS.

IMMATR./ZULASSUNG

BIOCHEMIE

PRÄSIDIALAMT

ANGLISTIKWIRTSCHAFTSWISS.

PHARMAKOLOGIE

GERMANISTIKROMANISTIK

ERZIEHUNGSWISS.

PSYCHOLOGIEZE SPRACHENZENTRUM

Rheinbabenallee 49: EUROP. ZENTRUM F. STAATSWISS. Aßmannshauser Str. 4-6: ZAHNKLINIK U-Bahn Heidelberger Platz

Kelchstr. 31: PHAR

MAZIE

Bus 383 S-Bahn Attilastr.

JOHN-F.-KENNEDY-INSTITUT

WIRTSCHAFTSWISS.

FEM

BGBM

A

H

T

GR

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I

F

DC

N

S

B E

1

2

37

312721

36

11

ZIB

BOTANISCHER GARTEN

FU-Best

CHARITÉCAMPUSBENJAMINFRANKLIN

GESCHICHTEKUNST-GESCHICHTE

THEATERWISS.MUSIKWISS.

O

SOZIOLOGIE

.s

Luise-Platz

CHEMIEANORG.

3

32

37177_FU_WS_Lagepl_KarteVS 23.01.2003 14:51 Uhr Seite 1

J

K

Q

Park-haus

U

3.1

3.24

8

9.29.1

3230

34

26

2528

2324

22

P

FB GEOWISSENSCHAFTENFB POLITIK- UND SOZIALWISSENSCHAFTENFB ERZIEHUNGSWISSENSCHAFT UND PSYCHOLOGIEZE HOCHSCHULSPORTFORSCHUNGSVERBUND SED STAATZUV REFERAT VD WEITERBILDUNGSTUDENTENWERK

Ho h e n t w i e l -

1

34A

2-4

23

17

ZEDAT

6769

44B

M48

M48

188

X11188

283

X11

285

623

X10

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M48

M85

282

282X1

0

248

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Kontakt und Service

Freie Universität BerlinInstitut für Chemie und Biochemie

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