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Systematische Untersuchungen an Oligonucleotiden mit Felddesorptions-MS und die Analyse von Reaktionsprodukten mutagener Stoffe mit Oligonucleotiden durch HPLC und FDMS

Oligonucleotide bis zu Tetranucleotiden werden mit der Diester-Methode synthetisiert und mit MS und HPLC analysiert. Die so erhaltenen Nucleotide sollen als Modellsubstanzen mit mutagenen Stoffen - hauptsaechlich alkylierenden Reagenzien - zur Reaktion gebracht werden. Die Strukturen entstehender Produkte werden aufgeklaert, um moegliche Zusammenhaenge zwischen chemischer Struktur und Mutagenese bzw. Carcinogenese studieren zu koennen.

Modellierung der CH4 und N2O Spurengasemissionen aus Reisanbaugebieten in China

Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll ein prozessorientiertes Modell zur Beschreibung von biogeochemischen Stoffumsetzungen in landwirtschaftlich genutzten Böden derart weiterentwickelt werden, daß es zur Prognose von CH4- und N2O-Spurengasemissionen aus dem Reisanbau eingesetzt werden kann. Insbesondere soll die numerische Beschreibung der in der CH4- und N2O-Produktion und Konsumption involvierten mikrobiologischen Prozesse Methanogenese, Methan-Oxidation, Nitrifikation und Denitrifikation und deren Abhängigkeit von Änderungen des Redoxpotentials im Boden implementiert bzw. verbessert werden. Zudem sollen die verschiedenen Mechanismen, die zur Emission von Spurengasen aus dem Reisanbau beitragen (Diffusion, Gasblasenbildung bei Überstauung, Pflanzentransport) sowie die Auswirkung von radialen Sauerstoffverlusten der Reiswurzeln auf die mikrobiologischen Prozesse in einer durch Anaerobiosis dominierten Umgebung in das Modell implementiert werden.

Biogeochemie von Spurenelementen im Südost-Atlantik; ein deutscher Beitrag zum internationalen GEOTRACES-Programm

Unsere bewilligte Forschungsfahrt M121 mit FS Meteor im Südostatlantik wird im November/Dezember 2015 stattfinden. Mit dem vorliegenden Antrag beantragen wir Mittel für Personal zur Teilnahme an der Fahrt und Kosten für die Auswertephase nach der Fahrt. Der Fokus des Projektes liegt auf der Biogeochemie und chemischen Ozeanographie von Spurenmetallen, wofür aber auch physikalische und biologisch-ozeanographische Informationen gesammelt werden. Die Untersuchungsschwerpunkte sind die detaillierte Erfassung der Verteilung von Spurenelementen in der Wassersäule des Südostatlantiks, die Untersuchung von Eintrags- und Austragsmechanismen, die biogeochemischen Zyklen dieser Spurenelemente, und deren Zusammenhänge mit dem Stickstoffkreislauf im Untersuchungsgebiet. Die Ausfahrt wird als offizieller Bestandteil in das international koordinierte GEOTRACES-Programm eingebettet sein. Der erste Schwerpunkt wird die detaillierte Untersuchung der Verteilung der Spurenelemente in der Wassersäule des Benguela-Auftriebs sein, von denen einige als limitierende Mikronährstoffe der Bioproduktivität und der Diazotrophie fungieren. Wir werden die Beziehung zwischen Makro- und Mikronährstoffkonzentrationen und den Flüssen dieser Nährstoffe untersuchen sowie die Beziehung zur biologischen Produktivität und dem Stickstoffzyklus. Die Spurenmetallverteilung soll auch mit der Verteilung und Mischung der Wassermassen im Benguela-Auftriebsgebiet und deren Eigenschaften in Verbindung gebracht werden, insbesondere den Sauerstoffgehalten und dem Austausch mit dem anoxischen Schelf. Weiterhin werden wir den Eintrag und die Eintragswege der Spurenmetalle über Staub (Wüste Namib), Sediment und große Flüsse (hauptsächlich Orange und Kongo) erfassen. Den Abschluss der Projektarbeiten wird die Verteilung der Spurenmetalle in der gesamten Wassersäule im offenen Ozean des Südostatlantiks als Funktion der großskaligen Ozeanzirkulation und Wassermassenmischung sein; diese Arbeiten werden in enger Kooperation mit J. Scholten und M. Frank (Kiel) stattfinden, die einen komplementären Antrag einreichen. Die Arbeiten dieses Projektes haben eine Bedeutung für das globale Verständnis der Rolle unterschiedlicher Prozesse, die die chemischen Umweltbedingungen im Ozean, mit dem Fokus auf Spurenmetalle, steuern und in denen die Ökosysteme funktionieren.

Abbau von chemischen Pflanzenschutzmitteln in pflanzlichen Zellkulturen

Erstellung zuverlaessiger Schnelltests zur Erfassung gebundener Rueckstaende in Nahrungsmittel (pflanzliche Erzeugung).

Dynamik des postglazialen Ökosystems südwestliche Ostsee - Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Umwelt und Biosphäre anhand organisch-wandiger und kieseliger Mikrofossilien

Die südwestliche Ostsee ist die Schlüsselregion für den Austausch von niedrigsalinem Oberflächenwasser und höhersalinem, sauerstoffreichem Bodenwasser zwischen der eigentlichen bzw. zentralen Ostsee und dem Skagerrak/Kattegat bzw. der Nordsee. Dieses System wird durch die Richtung und Intensität der Winde bestimmt und ist damit letztendlich durch das zyklonale Wettersystem des Nordatlantiks und die Golfstromaktivität kontrolliert. Die wesentliche Intention des beantragten Projektes ist die Untersuchung der Auswirkungen von holozänen Klimavariationen auf das Ökosystem Ostsee, welche sowohl durch die Sedimentabfolge als auch durch den Fossilinhalt reflektiert werden. Hierzu ist die Untersuchung der durch unterschiedliche Wind-/ Sturm- und Niederschlagsintensität hervorgerufenen Veränderungen der Salinität, der Nährstoffflüsse und des Sauerstoffgehalts der südwestlichen Ostsee vorgesehen. Diese können anhand organisch-wandiger und kieseliger Mikrofossilien, deren morphologischen Variationen, Arten-Sukzession und der chemischen Veränderungen bei der Einbettung nachgewiesen werden. Ziel dieses Projektes ist es, die Wechselwirkung zwischen Umwelt und Phyto-/Zooplankton im Ablauf der holozänen Entwicklungsgeschichte der südwestlichen Ostsee zu erfassen. Die zu erwartenden Ergebnisse sind Grundlagen zur Differenzierung natürlicher und anthropogener Umweltveränderungen sowie Datenbasis zur Modellierung zukünftiger Umweltveränderungen durch Klimaschwankungen.

Redox- und Alkylierungsreaktionen von Glutathion und toxische Wirkungen von Fremdstoffen in der Leberzelle

Bei der Einwirkung toxischer Fremdstoffe auf Zellen und Organe ist Glutathion haeufig in Redox- und Alkylierungsreaktionen beteiligt, und zwar im wesentlichen im Sinne einer Detoxikation. Die damit einhergehende Verminderung der Verfuegbarkeit von Glutathion kann derart ausgepraegt sein, dass man quasi von einer biochemischen Primaerlaesion sprechen kann. Inwieweit die Beteiligung von Glutathion selber zum Zustandekommen toxischer Symptome fuehrt, ist noch offen. Die Frage nach der Bedeutung von Glutathion fuer den Zellstoffwechsel ist noch nicht vollstaendig geklaert. Die experimentellen Moeglichkeiten, die Glutathionspiegel durch Angebot von Substraten fuer die Glutathion-S-Transferasen zu variieren und sodann die Folgeprozesse zu untersuchen, sollen an der isoliert perfundierten Leber sowie an isolierten Hepatozyten der Ratte mit der zur Verfuegung stehenden Analytik der Organspektrophotometrie und der Metabolitanalytik genutzt werden. Zweitenssoll die Frage nach der H2O2-Bildung bei Fremdstoffumsatz am mikrosomalen System des Cytochroms P-450 in der intakten Zelle geklaert werden. Als Indikator wird der vom Antragsteller beschriebene Efflux von Glutathiondisulfid bei Hydroperoxydumsatz verwendet. Dieser Teil des Projekts beschaeftigt sich somit mit den toxischen Sauerstoffmetaboliten bei Fremdstoffumsatz.

Kondensation und Polymerisationsreaktionen von kleinen Kohlenwasserstoff-Radikalen mit ungesaettigten Kohlenwasserstoffen

Untersuchung der Kinetik von elementaren Einleitungs- und Folgeschritten.

Chemie-Labothek in den Bergischen Science Labs

Schülerinnen und Schüler kommen in Begleitung von Lehrkräften zu halbtägigen Veranstaltungen an die Uni und führen unter Leitung einer wissenschaftlichen Mitarbeiterin und Betreuung durch Studierende an den Unterricht anknüpfende Experimente aus der chemiedidaktischen Forschung in Wuppertal durch. Sie werten sie mithilfe der Betreuer aus und präsentieren sie dem Kurs. Die Inhalte werden jeweils im Voraus zwischen Mitarbeitern der Chemiedidaktik und den Lehrkräften so abgestimmt, dass sie an die Kursthemen der Sekundarstufe II anknüpfen (Beispiele: Elektrochemie, Farbstoffe, Kunststoffe, chemisches Gleich­gewicht, Ozonproblematik) und an highlights aus Wissenschaft und Technik heranführen. Im Rahmen dieser Veranstaltungen werden den Schüler/-innen Informationen zur Berufsorientierung gegeben. Die Veranstaltungen dienen aus Sicht der Studierenden der fachdidaktischen Kompetenzerweiterung und aus Sicht der Chemiedidaktik der empirischen Erforschung alternativer Methoden (Stichwort: Microteaching) und innovativer Inhalte (Stichworte: Nachhaltigkeit, Photochemie).

Heterogen katalysierte Gasphasenoxidation von 3-Picolin an V2O5/TiO2-Katalysatoren

Nikotinsaeure hat in der chemischen Industrie eine bedeutende Stellung. Die Nikotinsaeure ist das Provitamin zum Nikotinsaeureamid und hat die gleiche biologische Aktivitaet. Sie wird als Zusatzstoff in Nahrungs- und Futtermitteln eingesetzt. Ein herkoemmliches Verfahren zur Herstellung von Nikotinsaeure ist die homogen katalysierte Oxidation von 2-Methyl-5-ethyl-Pyridin mit HNO3 und anschliessender Decarboxylierung. Nachteil dieser zweistufigen Reaktion ist einerseits die anfallende Salzfracht und der Verlust von Geruestkohlenstoff durch Totaloxidation (Lonza-Verfahren). Das Nikotinsaeureamid wird zweistufig durch Ammoxidation des 3-Picolin zum 3-Cyanpyridin und Verseifung der Nitrilgruppe hergestellt. Beide Schritte sind heterogen katalyisiert (Degussa-Verfahren). Ein einstufiger Prozess durch Direktoxidation mit Sauerstoff ist oekonomisch wie oekologisch wuenschenswert. Die Oxidation von 3-Picolin zur Nikotinsaeure wird mit Sauerstoff bzw. Luft in einem Temperaturbereich von 250-400 Grad Celsius durchgefuehrt. In der heterogen katalysierten Oxidation von 3-Picolin wird Wasserdampf als Traegergas verwendet. Wasser ist bis auf den energetischen Aspekt ein unkritisches Loesemittel, und dient der Waermeabfuhr und der Erleichterung der Desorption des Produktes von der Katalysatoroberflaeche. Da bei der Direktoxidation keine Salzfrachten anfallen und die Nebenprodukte allein Wasser und CO2 sind, entfallen aufwendige Prozessschritte zur Reinigung des Produktes und die Entsorgung der Salze. Die Gasphasenoxidation wird in einem Integralfestbettreaktor durchgefuehrt. Im Festbett koennen wegen der exothermen Reaktion 'Hot Spots' entstehen, die eine Totaloxidation zu CO2 bevorzugen. Durch kurze Verweilzeiten und geeigneter Traegergase mit hoher Waermekapazitaet und/oder Waermeleitfaehigkeit koennen die 'Hot Spots' ganz oder teilweise vermieden werden. Die entstehenden Carbonsaeuren werden nach Austritt aus dem Reaktor aus dem Prozessgas kristallisiert und damit als Feststoff gewonnen.

Entwicklungsarbeiten zum Einsatz von Redoxbarrieren bei der Ablagerung und Verwendung von anorganischen Rueckstaenden

Ziel des Vorhabens ist es bei der Neuanlage von Deponien aktive Redox-Barrieren einzusetzen, die eine in-situ-Fixierung von Schwermetallen ermoeglichen. Die Schwermetalle sollen ueber eine kontrollierte, mikrobiell katalysierte Sulfatreduktion mit organischen Reduktionsmitteln in einer Bentonitmatrix in extrem unloesliche Sulfide umgewandelt und fixiert werden. In den bisherigen Experimenten wurden geeignete Mikroorganismenquellen und organische Substrate ausgewaehlt und in batch-Reaktor-Experimenten eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen Schwellenwerte fuer pH (groesser 6,5) und Redoxpotential (kleiner -200 mV), die ueber-, bzw. unterschritten werden muessen, um die Sulfatreduktion ablaufen zu lassen. Die Anwesenheit von Schwermetallen erhoeht die Induktionsperiode der Reaktion. Sulfatreduktionsraten von 80 Prozent konnten erreicht werden. Zukuenftig sollen Saeulenexperimente unter Inertgasbedingungen in Bentonit-/Quarzsandgemischen durchgefuehrt und die Kinetik der Sulfatreduktion gesteuert werden. Geochemische Modellrechnungen sollen Aussagen ueber den thermodynamischen Stabilitaetsbereich der geochemischen Barriere als Funktion des pH und des Redoxpotentials ermoeglichen.

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