Presseerklärung

Zum Herunterladen der Presseerklärung bitte [hier klicken].

Kurzfassung

In der klassischen Verfahrenstechnik ist auf dem Gebiet der quantitativen Modellierung und Simulation ein hervorragender Stand erreicht, Experimente sind oft nur noch zur gezielten Validierung von Modellvorhersagen nötig. Wesentliche Grundlage hierfür sind thermodynamische Stoffdatenmodelle, die für einfache Moleküle, aber auch für Polymere, hoch entwickelt sind. Dies ist für komplexe Moleküle wie Proteine, Wirkstoffe und viele Feinchemikalien, das heißt, für Stoffklassen, die die Verfahrenstechnik in Zukunft entscheidend prägen werden, anders. Hier fehlen die für eine physikalisch-chemische Modellierung der verfahrenstechnischen Prozesse benötigten thermodynamischen Stoffdatenmodelle weitgehend. Im vorliegenden Projekt soll ein Weg in dieses Gebiet gebahnt werden. Dabei wird der Ansatz der molekularen Modellierung und Simulation mit Kraftfeldmethoden verfolgt. Dieser wird bereits für qualitative Studien komplexer Moleküle sowie für quantitative Studien von Systemen mit einfachen Molekülen erfolgreich eingesetzt. Im Projekt wird seine Erweiterung zur quantitativen Beschreibung der thermodynamischen Stoffdaten komplexer Moleküle angestrebt. Das Ziel ist dabei die Bereitstellung eines methodischen Baukastens und zugehöriger Modellbausteine und Werkzeuge, mit denen sich, ähnlich wie mit der bekannten UNIFAC Gruppenbeitragsmethode in der klassischen Verfahrenstechnik, in Zukunft Aufgaben der Verfahrenstechnik mit komplexen Molekülen erfolgreich bearbeiten lassen.

Zielrichtung

Molekulare Simulationen mit Kraftfeldmethoden werden heute erfolgreich in verschiedenen Feldern eingesetzt. Eine grobe Struktur zeigt die Abbildung 1. Im Gebiet der qualitativen molekularen Modellierung und Simulation einfacher Moleküle (Quadrant I) gibt es kaum noch Forschungsbedarf. Die qualitative molekulare Simulation komplexer Moleküle (Quadrant II) wird heute vor allem im Bereich der Biochemie betrieben. Den quantitativen Ansprüchen der Verfahrenstechnik genügen weder die dabei eingesetzten Modelle noch die Simulationswerkzeuge aus diesem Bereich. Im Bereich der quantitativen molekularen Modellierung und Simulation von Systemen mit einfachen Molekülen (Quadrant III) konnten in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte erzielt werden. Thermodynamische Eigenschaften einfacher Moleküle lassen sich heute mit molekularen Simulationen in vielen Fällen mit einer Genauigkeit vorhersagen, die für die verfahrenstechnische Anwendung ausreicht. Dabei werden im Gegensatz zu phänomenologoischen Ansätzen alle interessierenden thermodynamischen Stoffdaten abgedeckt: thermische und kalorische Zustandsgrößen, entropische Zustandsgrößen wie das chemische Potenzial, Transportgrößen, strukturelle Größen wie Paarverteilungsfunktionen etc. Durch die konsequente Separierung der verschiedenen Typen der zwischenmolekularen Wechselwirkungen, (Repulsion, Dispersion, Polarität etc.) und die Tatsache, dass der Ansatz die komplexen Zusammenhänge zwischen den energetischen Wechselwirkungen und der Struktur des Fluids konsistent beschreibt, wird eine hohe Voraussagefähigkeit erzielt. Ziel des vorliegenden Projekts ist es, ausgehend von den Quadranten II und III in den Quadranten IV vorzustoßen und den Weg für quantitative molekulare Simulationen komplexer Moleküle zu ebnen.

Abbildung1: Überblick über den Einsatz molekularer Simulationen mit Kraftfeldmethoden zur Vorhersage von thermodynamischen Stoffdaten und Forschungsansatz des vorliegenden Projekts. Je heller die Fläche ist, desto höher ist der Forschungsbedarf. Die Pfeile zeigen die Stoßrichtung des vorliegenden Projekts. Erläuterungen zu den Quadranten I - IV, siehe Text.

Projektseite DFG

[Hier] gelangen Sie zur Koselleck-Projektseite der DFG.

RSS

Letzte Änderung: 10.12.2012