Voorwoord. Voorwoord. Sectieboekje U.S.S. Proton. Lieve student,

Voorwoord

Sectieboekje U.S.S. Proton

Voorwoord Lieve student, Voor jou op tafel (of in jouw handen) ligt de derde versie van het Sectieboekje van de U.S.S. Proton. Dit boekje kun je gebruiken om informatie in te winnen over de verschillende vakgroepen van het Departement Scheikunde van de Universiteit Utrecht. De stukjes geven jou een korte impressie van de vakgroep, het onderzoek wat er wordt gedaan en aan het eind van elk stukje zijn de contactgegevens van de vakgroep vermeld. Daarnaast is er bij elke vakgroep minimaal één studentervaring geplaatst, zodat jij ook kunt lezen wat studiegenoten vonden van hun tijd en onderzoek op de vakgroep. Het maken van het sectieboekje heeft de nodige tijd en moeite gekost. Niet alleen van mij, maar ook van alle studenten en vakgroepmedewerkers die een stukje hebben geschreven voor hun vakgroep. Ik wil hen dan ook niet alleen in het dankwoord maar ook hier bedanken. Zonder hen was het uitgeven van dit boekje niet mogelijk geweest. Ik hoop dat je met veel plezier in dit boekje leest en dat de informatie je kan helpen bij het uitkiezen van een mooie vakgroep voor je sectieproject, researchproject of bachelorthesis. Namens het zesentwintigste bestuur der U.S.S. Proton, Met vriendelijke groet, Stephan den Hartog Vicesecretaris en commissaris interne contacten

1


Inhoudsopgave

Inhoudsopgave Voorwoord 1 Inhoudsopgave 2 Anorganische Chemie en Katalyse 3 Biomoleculaire Massaspectrometrie 5 Cellulaire Eiwit Chemie 7 Chemiedidactiek 10 Fysische en Colloïdchemie 12 Gecondenseerde Materie en Grensvlakken 15 Kristal- en Structuurchemie 18 Medicinale Chemie 20 Membraan Biochemie en Biofysica 22 NMR Spectroscopie 24 Organische Chemie en Katalyse 26 Theoretische Chemie 28 Dankwoord 30

2

Anorganische Chemie en Katalyse


Anorganische Chemie en Katalyse The group of Inorganic Chemistry and Catalysis is one of the larger sections of the Debye Institute for Nanomaterials Science and is led by prof. Krijn de Jong, prof. Bert Weckhuysen and prof. Frank de Groot. Research of the group covers a wide range of fundamental topics in the synthesis, characterization and application of solid catalysts. The basic challenge is to establish the relationships between the structure of the catalyst material and its catalytic function on the atomic and nanometer scale. Research of prof. De Jong focuses on the synthesis and assembly of solid catalysts and sorbents aiming to control the composition, the structure and the location of the active phases of the materials in three dimensions. The materials under study are, supported metal nanoparticles, zeolites, carbon nanofibers, layered solid acids and bases, mesoporous materials and hydrogen storage materials such as Mg, alanates and boranes. Advanced characterization techniques that are used for this research are a.o. three-dimensional transmission electron microscopy (3D-TEM) and a microbalance (TEOM). Catalysis processes under study include isomerisation reactions of alkanes and alkenes, hydrogenation of aromatics, aldol condensation, selective hydrogenation for fine chemicals, synthesis gas conversion to fuels and chemicals, and different biomass related conversions.Hydrogen storage and CO2 capture are studied too. The research of prof. Weckhuysen aims to understand the working principles of catalytic materials. This implies gaining knowledge on the nature of an active site and the reaction mechanism in order to discover ways to improve a catalytic material. Advanced spectroscopic in-situ techniques, such as fluorescence, Raman, infrared, UV-Vis, AFM and synchrotron x-ray microspectroscopy, are applied to study the catalyst material under real reaction conditions. The catalysts range from various metal oxides to noble metals, supported on high surface micro and mesoporous materials, such as zeolites. Current processes under study are the conversion of biomass compounds, Fischer-Tropsch synthesis, selective oxidation and dehydrogenation reactions. Other research topics focus on the development of spectroscopic tools to study catalyst synthesis, the development of biomimetic heterogeneous catalysts and the construction of sensor materials. The research of prof. de Groot focuses on the use of high brilliance x-rays to characterize catalysts in order to reveal their electronic structure. This information will be related their performance in order to establish structure-performance relationships. In addition, research is carried out on the development of new x-ray experiments, including x-ray spectromicroscopy on working catalysts and resonant x-ray emission experiments. The experimental data is complemented with theoretical calculations, including reserach on the CTM4XAS code and its applications to (catalytic) materials. Student opportunities The group offers many opportunities for a bachelorthesis and a masterthesis on a variety of subjects as mentioned above. Different projects are available which fit within the research of our Ph.D. students and postdocs. Many of the studies are granted by national and EU related organizations or sponsored by major companies such as Shell, Dow, BASF, AkzoNobel, and Toyota. The group facilitates traineeships in chemical industry, Dutch governmental organizations and foreign universities, based on intensive contacts with researchers from national and international companies and universities. In general, bachelor and master students are guided by one of the ~35 Ph.D. students or 15 postdocs that are currently working in the group.

3


Anorganische Chemie en Katalyse

Who are we looking for? We are looking for dynamic, talented students, who like inorganic and physical chemistry or spectroscopy. If you are interested, feel welcome to contact the student coordinators below, one of the other group members or a student that you know which is or has been working with us. They can give you more information about the research and about our group, bring you into contact with potential Ph.D. or postdoc supervisors and show the fascinating equipment or guide you around in the lab. More detailed information on research themes, student subjects, organization, personnel etc. can also be found on the web site of the group (see contact information). Before making your final choice always contact the student coordinator.

Ervaringen van studenten Frans Dekker (bachelorstudent) Aan het begin van het researchproject moesten we eerst maar eens kennis maken met onze begeleidster, een postdoc uit Denemarken welteverstaan. Vanaf het begin af aan was het al duidelijk dat we veel moesten doen. We werden met zijn vieren gepropt op een flexplek voor drie personen, tussen een groep luidruchtige mensen van Medicinal Chemistry, maar dat mocht de pret niet drukken. Wat ik persoonlijk heel erg leuk vond aan het onderzoek, naast het onderzoek zelf (activiteit van verschillende aardalkalimetalen op verschillende dragers), was de mate van zelfstandigheid. In de eerste weken was het een beetje kijken hoe dat nu precies in zijn werk gaat, zo’n impregnatie, maar daarna moesten we het toch echt zelf doen. Natuurlijk konden we het altijd vragen aan Anne-Mette (onze begeleidster), maar die was haar eigen dingen aan het doen op haar kantoor, dus zelf uitzoeken of andere mensen vragen was een handigere aanpak. Naast het maken en testen van de katalysator, was ook het karakteriseren van ons dragermateriaal een deel van onze dagelijkse bezigheden. Het is soms een beetje afzien om een halve dag in een donker TEM-hok te zitten, maar dan heb je wel mooie plaatjes voor je verslag. Je ziet ook meteen wat je nu precies gemaakt hebt, waardoor je niet alleen maar droge GC data hebt om uit te werken en wat het geheel ook wat tastbaarder maakt. Ook is ICC een grote vakgroep, en iedereen is vooral bezig met zijn eigen onderzoek. Waar in de gezamelijke kantine van het David de Wiedgebouw vaak een koekjesmiddag gepland werd, of er mensen van Organische Chemie en Katalyse langskwamen die bezig waren met het regelen van borrels, bowlings en barbeques, mistte dat een beetje bij ICC. Nu moet ik wel reëel zijn en zeggen dat ik tijdens mijn researchproject meer bezig was met gezelligheid binnen mijn groepje en de andere studenten die daar rondliepen dan met de vakgroep, omdat ik toch maar een tijdelijke aanstelling had. Al met al was het researchproject heel leuk en leerzaam, al heb ik ook van andere mensen gehoord dat ze het jammer vonden dat ze minder zelfstandig waren, dat het onderzoek soms nogal eentonig of dat de resultaten tegenvielen, maar dat is gewoon deel van het onderzoek denk ik. Als je anorganische chemie leuk vind, zie ik eigenlijk geen reden om niet je researchproject te doen bij ICC.

Contactgegevens Anorganische Chemie & Katalyse Meer informatie is te vinden op: www.science.uu.nl > departement scheikunde > onderzoek > Anorganische Chemie en Katalyse Secretariaat David de Wiedgebouw, 4e verdieping [email protected] Voor vragen kun je contact opnemen met de contactpersoon van deze vakgroep: Dr. Harry Bitter [email protected]

4

Biomoleculaire Massaspectrometrie


Biomoleculaire massaspectrometrie De massaspectrometrie en proteomics groep bevindt zich sinds april 2009 op de zesde verdieping van het Kruyt gebouw, in de oosten zuidvleugel. De groep bestaat uit ruim 50 mensen waaronder 7 stafmedewerkers, ruim 22 promovendi en ook zo’n 15 post-docs. Het hoofd van de afdeling is professor Albert Heck. De groep vormt ook het centrum van het Netherlands Proteomics Center (NPC), een landelijke onderzoekschool waarin veel groepen vertegenwoordigd zijn van een groot aantal instituten in Nederland die zich met proteomics onderzoek bezighouden. Het is een zeer internationaal georiënteerde groep, met medewerkers uit een groot aantal verschillende landen. Het onderzoek van de groep is te verdelen in een aantal onderwerpen. Er worden nieuwe massaspectrometrische methoden ontwikkeld, maar ook veel proteomics studies gedaan, eiwitstructuren geanalyseerd en onze bioinformatici ontwikkelen nieuwe manieren om de grote hoeveelheden data te analyseren en te verwerken. Bij proteomics experimenten wordt de expressie van een groot aantal verschillende eiwitten bekeken aan de hand van peptiden die van die eiwitten afkomstig zijn. Zo kunnen bijvoorbeeld eiwitten geïdentificeerd worden die een belangrijke rol spelen in bepaalde ziekten of processen. Bij de structuuranalyse van eiwitten en eiwitcomplexen wordt met name gekeken naar vouwing en vorm van eiwitcomplexen en interacties die eiwitten met elkaar aangaan. Vooral bij het ontwikkelen van nieuwe methoden komt de nodige chemie kijken op ons laboratorium, zo wordt er bijvoorbeeld onderzoek gedaan naar manieren om peptiden of eiwitten zodanig chemisch te modificeren dat ze beter te analyseren zijn met behulp van massaspectrometrie. In onze groep werken we aan een groot aan verschillende dingen. Zo hebben we op dit moment bijvoorbeeld projecten op de volgende onderwerpen: - Het ontwikkelen van nieuwe vloeistofchromatografische methoden en chemische modificaties om bepaalde eiwitten en peptiden zo goed mogelijk te scheiden - Het identificeren van eiwitten betrokken bij differentiatie van stamcellen - Het karakteriseren van intacte virussen met behulp van massaspectrometrie - Het analyseren van eiwitmodificaties zoals fosforylering en acetylering op complete proteomen van micro-organismen, gist, planten en mensen. Mocht je interesse hebben in proteomics en massaspectrometrie, of in een stage bij ons op de afdeling, kom dan zeker eens langs voor een gesprek met een van onze onderzoekers.

5


Biomoleculaire Massaspectrometrie

Ervaringen van studenten Pieter Biewenga en Marten Kops, masterstudenten Tijdens het tweedejaars researchproject hebben wij enige tijd doorgebracht bij de Biomolecular Mass-spectrometry and Proteomics Group. Dit hield voor ons in dat wij onderzoek zouden gaan doen naar ‘PKA-isoforms’. Deze enigszins obscure titel liet ons nog veel te raden over, maar na een eerste presentatie werd al gauw duidelijk waar ons onderzoek om zou gaan draaien: Het identificeren van eiwitten in complex met het veelzijdige Protein Kinase A (PKA), een eiwit betrokken bij vele signaleringsprocessen in cellen. Na deze uitgebreide introductie kregen we eerst artikelen en konden we wat colleges van masterstudenten bijwonen om bekend te worden met het te onderzoeken eiwit en massaspectrometrie, wat (niet geheel onverwacht) de analysemethode zou zijn voor dit onderzoek. Vervolgens kon het echte werk beginnen, en werden we geholpen bij het uitvoeren van een eerste experiment. Cellen lyseren, PKA complexen verkrijgen door ‘pull-down’, gels runnen en met ‘in-gel digestion’ de eiwitten uit de gel halen om vervolgens de gevonden eiwitten te identificeren met MS/MS analyse. Hierbij kregen we een tiental indrukwekkende massaspectrometers te zien, elk gekoppeld aan een HPLC. Achter het analyseren van de verkregen gegevens bleek nog een hele wetenschap te schuilen. Wij werden dan eerst ook uitgebreid ingewijd in de kunst van het interpreteren van MS/MS data. Dit hield in dat we eerst ‘met de hand’ de aminozuursequentie van een peptide leerden te bepalen, om het vervolgens dankbaar over te laten aan de ‘search-engine’ Mascot. Dit programma vergelijkt je gemeten spectra met theoretische spectra uit een database. Hierbij kan gekozen worden uit een uitgebreid scala aan eiwit-databases, waaronder eiwitten van koeien, muizen en mensen. Het volgende experiment werd gebaseerd op de resultaten van het eerste, en werd van ons verwacht zelf uit te zoeken hoe we het experiment konden optimaliseren. Dit was niet al te ingewikkeld en al snel konden we (nu zonder hulp) aan de slag met het vervolgexperiment. Gelukkig konden we op elk moment vragen stellen aan de begeleiders, maar ook andere onderzoekers op deze afdeling waren vriendelijk en behulpzaam. Het werd ons tijdens ons verblijf ook duidelijk dat deze groep bestond uit hardwerkende, gemotiveerde en drukke PhD’s, Post-docs en personeel, alhoewel deze hardwerkende sfeer soms wordt doorbroken als je oplettend rondloopt binnen de groep. In de ‘mass-spec room’ vind je bijvoorbeeld hier en daar doosjes met snoep of andere zoetigheid, bedoeld voor leden van de ‘cookie-club’. Maar ook andere dingen wijzen op de hechte, vriendschappelijke sfeer tussen het harde werken door: Iemand heeft voor de afdeling een kratje bier in de koffieruimte gezet, wordt er een EK-poule georganiseerd en werd het lab-uitje (naar horen zeggen) druk bezocht. We hebben het erg naar ons zin gehad op deze vakgroep.

Contactgegevens Biomoleculaire massaspectrometrie Meer informatie is te vinden op: www.science.uu.nl > departement scheikunde > onderzoek > Biomoleculaire Massaspectrometrie & Proteomics Secretariaat Kruytgebouw, kamer O602 [email protected] Voor vragen kun je contact opnemen met de contactpersonen van deze vakgroep: Albert Heck (hoofd afdeling) [email protected] Corine Heuzer (secretariaat) [email protected]

6

Cellulaire Eiwit Chemie


Cellulaire Eiwit Chemie Most newly synthesized proteins in a cell fold in either the cytoplasm or the endoplasmic reticulum (ER). Molecular chaperones and folding enzymes in these compartments assist the folding process and check the quality of folding proteins. Young proteins in the ER undergo various modifications essential for proper folding, such as glycosylation of asparagine residues, cis-trans isomerization of prolines, and oxidation of cysteines to disulfide bonds. The quantity of ER in a cell (i.e. the amount of membrane as well as the amount of chaperones and folding enzymes) is adapted to the need, to the circumstances. If the ER fills up with aggregated misfolded proteins, or when a large amount of protein needs to be synthesized and folded, the compartment increases its size. Research projects Characterizing the folding pathway of our model proteins in the ER These model proteins are the Influenza virus hemagglutinin (HA), HIV-1 Envelope glycoprotein gp160, the low density lipoprotein receptor (LDL-receptor), and CFTR. The latter two proteins contain mutations in patients with FH (familial hypercholesterolemia) and cystic fibrosis, respectively. Determine the role cellular factors play in protein folding and quality control These factors include ATP, calcium, redoxenvironment, but more importantly the molecular chaperones and folding enzymes. We characterize molecular mechanisms for known and novel folding factors we have identified. One of our pet cells is the B cell, which upon activation turns into an antibodyproduction factory. We study new ER proteins from these cells with respect to their folding, structure, and function in protein folding. Molecular mechanisms of substrate recognition of molecular chaperones Hsp90 chaperones select specifically for kinases and transciption factors. The molecular mechanisms of this selection are unclear, and it is not known how the chaperone actually folds its substrates. We study these questions by biochemical and biophysical methods. The aim of this research line is to gain insights into the structural properties of unfolded proteins in the cell. Peroxisome This research line focuses on how the ER is involved in the formation of a different organelle; the peroxisome. Using a combinantion of yeast genetics, live-cell fluorescence microscopy and biochemical techniques, we recently found that peroxisomes are formed from the fusion of two types of vesicles that bud from the ER. We now plan to identify the molecular machinery that supports this new membrane fusion reaction.

7



Methods & Techniques - mammalian and yeast cell culture, transfection, and modification - yeast genetics/strain construction - DNA cloning - (recombinant) virus infection - radioactive pulse-chase - in vivo and vitro folding assays - in vitro translations - (co-)immunoprecipitation - SDS-PAGE - (immuno)fluorescence microscopy - live-cell imaging - isolation of intracellular compartments - proteomics - 2D-gel electrophoresis - protein expression and purification - fluorescence spectroscopy - NMR spectroscopy

Ervaringen van studenten Joanna von Berg (bachelorstudent) Aan het eind van mijn eerste jaar heb ik samen met Merel van de Plassche sectieproject gedaan bij Cellulaire Eiwit Chemie. Omdat we allebei dol zijn op biochemie hadden we er van tevoren al veel zin in. Ons project viel onder het deel van de vakgroep waarvan Stefan Rüdiger het hoofd is. Samen met onze dagelijkse begeleider Andrea Vavrinska hebben we bijgedragen aan onderzoek naar een eiwit waar nog niet zoveel over bekend is. Hierbij werden we geholpen door haar begeleider Lukas Trantirek. Dit eiwit maakt deel uit van de Wnt-signaaltransductieroute, dit is de route die betrokken is bij groei van organen en bij kanker. Er is vrij weinig bekend over hoe het signaal over de celmembraan wordt overgebracht, en waar wij ons mee bezig hebben gehouden is de binding tussen de receptor en het eerste intercellulaire eiwit. Om deze binding te onderzoeken zou NMR gebruikt worden, en omdat er veel eiwit nodig is was het belangrijk om de optimale condities te vinden waarbij zoveel mogelijk E. Coli-bacteriën zoveel mogelijk eiwit konden maken. We hebben door de temperatuur en de concentratie IPTG (een inductor die ervoor zorgt dat de synthese van ons eiwit gestart wordt) te veranderen gevonden wat de optimale condities zijn voor de synthese van dit eiwit in E. Coli. Leonie Koomen (bachelorstudent) CPC is een vakgroep die eigenlijk bestaat uit tweedelen: één deel staat onder Stefan Rüdiger en het andere deel staat onder Ineke Braakman. Bij Stefan wordt onderzoek gedaan naar het eiwit HSP90, dit is een chaperone dat voorkomt in de eiwitclusters die je vaak ziet bij Alzheimer. Hierdoor is het onderzoek begonnen naar de bindingsite van HSP90 aan ongevouwen eiwitten. Tijdens mijn research project heb ik zelf mutaties bedacht en deze in het eiwit laten plaatsen door middel van de DNA-sequentie. Het DNA is geplaatst in E-coli, waar HSP 90 is gevormd. Hierna was het doel om ook deze gemuteerde eiwitten te onderzoeken met 1H-NMR. Doordat het eiwit eigenlijk te groot is voor de NMR zou ook het eiwit in D2O gegroeid moeten worden. Helaas zijn wij niet verder gekomen dan onze mutanten te laten groeien. Het bleek namelijk dat onze mutaties in sommige gevallen toxisch voor de E-coli waren. Tijdens ons onderzoek zijn wij heel zelfstandig te werk gegaan. Het bleek namelijk dat de verantwoordelijkheid van begeleiding over de vakgroep uitgesmeerd was en de persoon die wij dachten dat onze begeleider was nog 3 studenten onder zich had. Achteraf vond ik het wel prettig dat wij zo zelfstandig te werk konden gaan, bij andere vakgroepen bleek namelijk dat je minder zelfstandig te werk

8



mocht gaan. Elke dinsdag is er een groupmeeting, waarbij elk lid van de vakgroep (van Stefan) vertelt hoe zijn/haar onderzoek er voor staat. Op vrijdagmiddag is er ook altijd een wine and cheese seminar waarbij iemand een artikel in het vakgebied heeft uitgepluisd en hier dan over verteld in de groep. Dit onder het genot van een glaasje wijn en een stukje kaas. Het deel van Ineke kan ik helaas wat minder over vertellen. Zij zijn vooral bezig met labelen van eiwitten met bijvoorbeeld radioactief materiaal of met antistoffen. Ook bij hen kan je altijd terecht voor vragen op het lab, het lab wordt namelijk gedeeld.

Contactgegevens Cellulaire Eiwit Chemie Meer informatie is te vinden op: www.science.uu.nl > departement scheikunde > onderzoek > Cellulaire Eiwit Chemie Secretariaat Kruytgebouw, kamer O703 [email protected] http://www.bijvoet-center.nl/cpc Voor vragen kun je contact opnemen met de contactpersonen van deze vakgroep: Prof. Dr. Ineke Braakman [email protected] Dr. Stefan Rüdiger [email protected]

9


Chemiedidactiek

Chemiedidactiek Je bent geboeid door de chemie en je wil graag anderen laten kennismaken en informeren over chemie. Bij de sectie Chemiedidactiek van het Freudenthal Instituut voor Didactiek van Wiskunde en Natuurwetenschappen leer je hoe je zo goed mogelijk over je vakkennis kunt communiceren, bijvoorbeeld in een radio- of TV-programma of in een aansprekende scheikundeles op school. Door je researchproject, je bachelor- of masteronderzoek bij sectie Chemiedidactiek te doen doe je kennis op van het vakgebied van wetenschapscommunicatie, onderwijsontwikkeling en –onderzoek. De sectie chemiedidactiek is gevestigd op de derde verdieping van het Buys Ballotlaboratorium. De stafmedewerkers vormen de vaste ondersteuning van de groep. Zij alleen werken samen met de medewerkers van natuurkunde-, biologie-, en wiskundedidactiek. Chemieonderwerpen laten zich niet zo gemakkelijk communiceren. Het is een uitdaging om chemie interessant en ook begrijpelijk te maken voor publiek en voor leerlingen. Een aansprekende context is vaak een goed aangrijpingspunt, zoals bijvoorbeeld voeding, water of medicijnen. Aan de hand van een goed gekozen probleemsituatie kun je betekenisvol leren over chemische concepten, zoals atomen, moleculen, energie of katalyse. De belangrijkste vraagstelling van het onderwijsonderzoek bij Chemiedidactiek gaat over een betekenisvolle koppeling tussen contexten en te leren concepten. Om een goede context te definiëren, kijken we naar situaties waarin mensen (professionals) chemisch gerelateerd werk doen, bijvoorbeeld bij de Keuringsdienst van Waren, bij het Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu (RIVM), of in een onderzoeksgroep. Voorbeelden van deze situaties zijn bijvoorbeeld hoe modellen worden gemaakt om het uitlekken van chemicaliën uit speelgoed te voorspellen, of hoe glutenvrije deegproducten worden ontwikkeld. Wat de professional doet, vormt de basis voor de leertaken van de leerlingen in de klas. Het daadwerkelijk onderzoeksmatig ontwerpen van een goede lessenserie startend vanuit een goede context, en het ontwikkelen van geschikte leerlingentaken en passende practica die op school uitgevoerd kunnen worden, vraagt een systematische aanpak. Niet alleen de keuze van het juiste startpunt is belangrijk. Ook de opbouw van de lessen wordt onderzocht. Welke vragen stel je aan leerlingen? Welke practica maken de chemische inhoud die erbij hoort leerbaar en interessant wordt? Wat vraagt dat van docenten? Dit soort vragen vormen de kern van de promotieonderzoeken. Nieuwe onderwijsontwerpen worden met docenten en leerlingen doorgesproken en uitgeprobeerd. Een goed evaluatieplan op basis van verwachtingen vormt onderdeel van het onderzoek. Niet alleen formele educatie staat bij chemiedidactiek op het programma. Ook wetenschapscommunicatie met diverse doelgroepen in de samenleving maakt deel uit van het onderzoeks- en onderwijsprogramma. Wetenschapscommunicatie overstijgt vaak het specifieke domein van de chemie, maar scheikunde blijft toch overal te vinden. Bijvoorbeeld in de spreekkamer van de arts worden allerlei aspecten van wetenschappelijke kennis met patiënten besproken. En in een discussie over de ‘duurzame samenleving’ spelen begrippen als ‘energie’ en ‘materie’ een belangrijke rol (natuur- en milieu-educatie). De vraag is hoe je een aansprekende en effectieve dialoog tot stand brengt met mensen die zulke vakconcepten niet kennen. Hoe stel je een goed persbericht op? Of maak je een aantrekkelijk TV-programma. En last but not least, hoe bepaal je of je product effectief is geweest? Als dit soort werk en onderzoek je aanspreekt, dan kun je er op diverse manieren aan bijdragen. In het eerste jaar van je studie kun je je sectieverkenning uitvoeren bij chemiedidactiek. In veel gevallen zul je bijgedragen aan de ontwikkeling van practicumproeven passend in een lessenserie. In het tweede jaar kun je je researchproject uitvoeren bij onze sectie. Het researchproject is omvangrijker dan de sectieverkenning en gaat dieper. Voorbeelden van projectopdrachten zijn bijvoorbeeld het onderzoeken van verschillende contexten voor het leren van concepten uit de katalyse, of het ontwikkelen en uitproberen van experimenten over de stoommachine, etc. Daarnaast kun je in het tweede en derde jaar diverse cursussen volgen:

10

Chemiedidactiek


Wetenschapscommunicatie en Oriëntatie op de Communicatieve en Educatieve praktijk (OCEP). Het uitvoeren van een bachelorthesis aan het eind van je derde jaar kan zowel op het gebied van onderwijs als voor wetenschapscommunicatie. En mocht je na je bachelor verder willen studeren: onze Masteropleiding ‘Science Education & Communication’ heeft drie programma’s: lerarenopleiding, wetenschapscommunicatie en onderwijsonderzoek en –ontwikkeling.

Ervaringen van studenten Eline Hutter (bachelorstudent) Toen ik in mijn tweede jaar voor de keuze stond waar ik mijn researchproject wilde doen, heb ik er bewust voor gekozen dit bij de vakgroep Chemiedidactiek te doen. Niet alleen om mijn eigen horizon te verbreden, maar ook omdat ik denk dat het nut van dit type onderzoek door vele chemici onderschat wordt. Om ervoor te zorgen de instroom van scholieren in chemische opleidingen behouden blijft, is een gedegen basis op de middelbare school van groot belang. Het meeste onderzoek bij de vakgroep Chemiedidactiek richt zich dan ook op onderzoek fundamenteel voor veranderingen in het scheikunde onderwijs op de middelbare school. En wie kunnen zich hier beter over ontfermen dan mensen met een chemische achtergrond? Het uitvoeren van een project bij deze vakgroep bied je de kans om te leren over het doen van sociaalwetenschappelijk onderzoek. Dit betekent dat je veel vrijheid hebt wat betreft het indelen van je tijd en het kiezen van een geschikte plek om te werken. Dit heeft als voordeel dat er veel ruimte is voor eigen inbreng en het zelfstandig werken. Een nadeel is dat er op de vakgroep weinig intensief contact is, wat het minder gezellig maakt. Toch ben ik blij dat ik ook heb geleerd om met mensen te werken, in plaats van moleculen!

Contactgegevens Chemiedidactiek Meer informatie is te vinden op: www.science.uu.nl > departement scheikunde > onderzoek > Chemiedidactiek Secretariaat Buys Ballotlaboratorium, eerste etage [email protected] Voor vragen kun je contact opnemen met de contactpersonen van deze vakgroep: Dr. ir. Astrid Bulte [email protected] Dr. Rupert Genseberger [email protected]

11


Fysische en Colloïdchemie

Fysische en Colloïdchemie Colloïden zijn deeltjes van 1-1000 nm en zijn daarmee veel groter dan moleculen, maar klein genoeg om warmtebeweging (Brownse beweging) uit te voeren. Door de laatste eigenschap vertonen oplossingen van colloïdale deeltjes (dispersies) een grote gelijkenis met moleculaire systemen. Zo treden bijvoorbeeld diffusie, condensatie en kristallisatie in beide systemen op. Maar anders dan bij hun moleculaire tegenhangers kunnen interacties tussen colloïden naar wens gevarieerd worden. Bovendien maakt hun grotere afmeting hen geschikt voor een groot scala van onderzoekstechnieken, zoals: elektronenmicroscopie, lichtmicroscopie, sedimentatie, lichtverstrooiing, lichtdiffractie en magnetisatiemetingen. Kenmerkend voor het onderzoek van de sectie is de symbiose van chemie en fysica. Er wordt experimenteel onderzoek verricht naar de invloed van deeltjesvorm en -interactie op het macroscopische gedrag van colloïden. Zo worden onder andere thermodynamica (fasenovergangen), stromingsgedrag (reologie), diffusie en sedimentatie van dispersies bestudeerd. Uitgangspunt voor dit onderzoek zijn goed gedefinieerde modeldeeltjes met geschikte vorm en interactie. Synthese van colloïden en karakterisering met uiteenlopende technieken nemen daarom een belangrijke plaats in binnen het onderzoek. Het Van ‘t Hoff laboratorium heeft een ruime expertise opgebouwd op het gebied van synthese van anorganische colloïden (bolvormig en kubusvormig SiO2, plaatvormig Al(OH)3, magnetisch Fe3O4) maar er gaat ook veel aandacht uit naar organische colloïden zoals poly(methylmethacrylaat), gefluoriseerde latices en polystyreen. Een relatief nieuwe tak van sport bij FCC zijn ‘colloïdale moleculen’. Dat zijn colloïdale deeltjes met speciale geometrie, die in principe op een specifieke manier bindingen kunnen vormen met andere deeltjes. Naast het experimentele werk wordt ook gewerkt aan de statistisch-mechanische theorie van dispersies en zelf-organisatie, en aan computersimulaties. De combinatie van synthese, fysische experimenten en theorie/simulaties maakt colloïdchemie een zeer veelzijdig vak waarbinnen mensen met uiteenlopende interesses werkzaam zijn. Projecten Op onze website (http://doiop.com/fcc.uu.nl) kun je een overzicht vinden van de onderzoeken die momenteel binnen onze groep gedaan worden. Ook vind je (onder het kopje ‘Projects’) de studentprojecten voor bachelor/master studenten die er aangeboden worden. Deze lijst is niet altijd helemaal up-to-date, maar voor meer informatie kan je contact opnemen met de studentencoördinator: Janne-Mieke Meijer, Kruytgebouw N731, e-mail: [email protected], tel: 0302533650. Hierna volgt een klein overzicht van lopende onderzoeken: Self-organization of ‘colloidal molecules’ Colloids can be used as building blocks for materials. ‘Simple’ colloids with isotropic interactions may form colloidal crystals, whilst colloids with more complex features can be designed to self-assemble into more complex structures. Recently a method was developed in our group to synthesize colloidal molecules with a variable number and orientation of patches with different surface properties [1]. The next goal is to make these patches ‘sticky’. If that can be accomplished, colloidal particles can be formed with a certain ‘valency’, i.e. able to make a certain number of bonds at a well-defined angle. In this project, two ways are employed to make particles sticky. One is by creating variation in the surface roughness. When choosing the right depletant size, the overlap volume of two smooth surfaces is higher than that of two rough ones, making the smooth Fig 1. Schematic representation of parts of the particle sticky. The other way is by attaching structures made from mono-, di- and trivalent colloids.

12



single strand DNA oligonucleotides to these areas that sticks to a complementary strand on another particle. This interaction is very specific and can easily be reversed by slightly raising the temperature [2]. Particles with a single sticky protrusion can be regarded as colloidal surfactants, expected to form micelle-like structures. Particles with two protrusions can form chains, while trivalent particles can form flat or curved sheets, depending on the bond angle (see Figure 1). Tetravalent colloids can, under the right conditions, form gel structures with local ordering or a diamond structure crystal. Water-in-water emulsions Normal emulsions, in foods or pharmaceuticals, Fig 2. An aqueous mixture of (charged) gelatin molecules and (neutral) dextran molecules sepaconsist of oil droplets dispersed in water, rates into a gelatin-rich and a dextran-rich phase. or water droplets dispersed in oil. Our aim, The phase diagram was obtained by quantitahowever, is to invent a new type of emulsions, tive infrared spectroscopy.[March 2012, Mark Vis, consisting of water droplets dispersed in water. [email protected]] At first glance, this seems impossible, but phase separation has indeed been observed in systems with >90% water (see Figure 2). The secret seems to be to dissolve two different types of polymer molecules: one charged and the other one neutral. For now, no stable emulsions have been obtained, and many fundamental questions remain to be answered. Our plan is to research the physical chemistry of the interface, generating the knowledge required to develop new applications. Compared to the better known water/oil interfaces, the water/water interface is quite peculiar: there is only one solvent, and it can flow right through the interface! We are currently characterizing the thermodynamic phase behavior and trying to measure the ultralow interfacial tension and interfacial electrical potential step. After vigorous stirring, short-lived emulsion droplets are seen under the optical microscope, but they soon coalesce to form again two macroscopic phases. We expect that a proper characterization of the interfacial properties will make it possible to design appropriate colloidal particles that will remain adsorbed at the interface. This should be sufficient to enable the preparation of stable water-in-water emulsions. Our results will not only be of interest for fundamental colloid science, but they may also lead to a new fat-free way to control the texture of water in a wide range of commercial products. Water-in-water emulsions are a recently started Ph.D. project in our group. We will gladly discuss the possibilities of bachelor or master thesis projects. Colloidal crystals: scattering and microscopy Colloidal spheres and cubes, as well as other anisometric colloids in the form of plates and rods, can spontaneously form crystalline structures. This entropy-induced crystallization of colloids can be employed for the development of novel functionalized nanomaterials. These materials are interesting for applications such as telecommunications and optical computing or sensors and indicators for medical purposes. Our research is aimed on detailed characterization of the structure and defects in colloidal crystals using in-house confocal microscopy as well as synchrotron x-ray scattering and nanoscopy (i.e., microscopy with resolution significantly Fig 3. Images of colloidal crystals, taken with A) X-Ray diffraction, B) X-Ray microscopy, C) confobetter than 1 micron). cal microscopy.

13



In particular, we are interested in identification, characterization and manipulation of the defects within the periodic arrangements of colloidal building blocks. The studies are performed using a combination of scattering and microscopy techniques, which are complementary to each other. Most scattering work is performed using small-angle x-ray scattering with microradian resolution at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble, France. These studies allow us to reveal the average crystal structure and to characterize long-range periodic order. These results are supplemented by real-space analysis of the local crystal structure. In particular, we use in-house confocal laser scanning microscopy (CLSM), which is able to reveal particle positions in 3D layer-by-layer. However, for CLSM we need fluorescentlylabeled particles, which are sufficiently large (about 1 micron), which is not always possible. Alternatively, we are applying novel x-ray microscopy techniques, which allow to achieve resolution well below 1 micron and do not require fluorescent labeling. These studies are being performed at various synchrotron sources all over the world. Examples of results obtained by the three techniques are given in figure 3. [1] D.J. Kraft, W.S. Vlug, C.M.v. Kats, A.v. Blaaderen, A. Imhof, and W.K. Kegel, JACS 131 1182, (2009) [2] C.A. Mirkin, R.L. Letsinger, R.C. Mucic, and J.J. Storhoff, Nature 382, 607, (1996)

Ervaringen van studenten Robin Geitenbeek (masterstudent) Voor mijn bachelorthesis heb ik gekozen om een bezoekje te brengen aan de vakgroep Fysische en Colloïd Chemie (FCC). Bij deze onderzoeksgroep wordt onderzoek gedaan naar allerlei onderwerpen op het grensvlak tussen de chemie en de natuurkunde. Mijn thesis, met als titel ‘Self assembly of colloid cubes at oil/water interfaces’, ging over colloïdale kubusjes. Deze kubische deeltjes zijn dusdanig klein dat ze zich ‘gedragen’ als moleculen, maar groot genoeg zijn om met een microscoop bekeken te worden. Dit maakt deze deeltjes extra interessant omdat je op deze manier modelsystemen voor moleculen kunt maken en ze vervolgens ‘live’ kunt volgen met microscopen. Het feit dat deze deeltjes kubisch zijn, brengt extra complicaties met zich mee. Vandaar dat ik ook onderzoek heb gedaan wat inmiddels al met sferische deeltjes was uitgevoerd. In mijn onderzoek heb ik geprobeerd om kubische deeltjes aan het grensvlak van oliedruppeltjes in water te krijgen en te kijken wat de oriëntatie van deze kubusjes vervolgens is. Het kijken naar de oriëntatie is gedaan door middel van confocal microscopy, optical microscopy, transmission electron microscopy (TEM) en scanning electron microscopy (SEM). In dit project was het ongeveer 40% synthese en 60% analyse, maar het ligt er per project aan waar de focus op ligt. De resultaten van het onderzoek zijn vastgelegd in mooie plaatjes en deze zijn dan ook aan het einde gepresenteerd aan de vakgroep tijdens een presentatie. De vakgroep is een gezellige, hechte groep, waarbij allerlei leuke activiteiten worden geregeld om zo te zorgen voor wat meer samenhang. Dit zijn onder andere borrels en labuitjes, maar ook wekelijks zelfgebaken koekjes op vrijdag. Wat mij vooral opviel was dat de leden van de vakgroep alle studenten meteen serieus nemen. Al met al zijn de tien weken van mijn thesis voorbij geschoten en heb ik het er bijzonder naar mijn zin gehad.

Contactgegevens Fysische en Colloïdchemie Meer informatie is te vinden op: www.science.uu.nl > departement scheikunde > onderzoek > Fysische en Colloïdchemie Secretariaat Kruytgebouw, kamer N705 [email protected] Voor vragen kun je contact opnemen met de contactpersoon van deze vakgroep: Dr. Ben Erné [email protected] Jannemieke Meijer MSc. [email protected]

14

Gecondenseerde materie en grensvlakken


Gecondenseerde materie en grensvlakken De groep bevindt zich in het Ornsteinlaboratorium aan het Princetonplein waar zij als chemici fysici boven en onder zich moeten dulden. De groep oogt vriendelijk maar de belangrijkste activiteiten staan daar haaks op: prof. Andries Meijerink schiet met krachtige lasers op zeldzaam aardige ionen, terwijl prof. Daniel Vanmaekelbergh atoomscherpe naalden in dotjes van halfgeleiders prikt. Zij worden daarin bijgestaan door Dr. Celso de Mello Donega (die de schattige dotjes ook nog eens beschiet met lasers) en Dr. Ingmar Swart (die met nog grotere precisie overal naalden in probeert te steken en er vervolgens spanning op zet). Uiteindelijk heeft dit alles tot doel meer te leren over optische en elektronische eigenschappen van vaste stoffen en grensvlakken, in het bijzonder van systemen met afmetingen op de nanometer schaal. Een gezamenlijk thema in de groep is “quantum dots” (QD’s). Dit zijn nanokristalletjes (1-10 nm) van halfgeleiders als CdSe en PbS waarin “quantum confinement” de fysische en chemische eigenschappen van het materiaal bepalen. Die eigenschappen veranderen als functie van de grootte. QDs van CdSe kunnen afhankelijk van de grootte alle kleuren van de regenboog uitzenden. In de groep worden de halfgeleider nanostructuren gemaakt (naast nanokristallen ook nanodraden). Dergelijke eenheden dienen ook als bouwstenen die, via zelfassemblage, tot complexe architecturen kunnen leiden. Naast QDs wordt er ook gewerkt aan grafeen (NIEUW!!!) en wordt onderzoek gedaan naar de optische eigenschappen van lanthanide ionen in gastroosters. Dit werk is van belang voor verlichting (fosforen) en medische toepassingen (scintillatoren). De mogelijke toepassing van al deze materialen is een belangrijk aspect van het werk in de groep en Prof. Cees Ronda van Philips Research geeft colleges over de link tussen fundamentele kennis en toepassingen. Onderzoeksprojecten in de groep bestaan meestal uit één of meer elementen: synthese; karakteriseren van de eigenschappen van materialen; bestudering van fysische en chemische verschijnselen; modelleren van waarnemingen en toepassing van materialen en processen. Synthese Een breed scala aan materialen wordt in de groep gemaakt: fosforen en scintillatoren, halfgeleider nanokristallen en 2-D en 3-D geordende structuren van nanokristallen. Voor de synthese maakt men gebruik van verschillende methoden: vaste stofreacties (‘shake and bake’), natchemische colloidale synthese via ‘hot injection’ (vaak in een handschoenenkast, krabben aan een jeukende neus is niet mogelijk). Elektronenmicroscopie (SEM en TEM) en scanning tunnelling microscopie (STM) zijn belangrijk voor het bepalen van de morfologie van de gemaakte materialen. Karakterisering De sectie heeft uitgebreide faciliteiten voor fysisch en chemisch onderzoek naar materialen en verschijnselen. Voorbeelden van actuele onderwerpen zijn: Optisch · Luminescentie van lanthanide ionen in vaste stoffen. · Lichtabsorptie en emissie van afzonderlijke QD’s en QD strukturen. · Luminescentie, lasing en lichtopsluiting in halfgeleider nanodraden. Elektronisch · Bepaling van de elektronische structuur van QD’s en grafeen (atomen, moleculen, vaste stoffen) met cryogene scanning tunnelling spectroscopie. · Opslag en transport van lading in QD vaste stoffen met transistor technieken.

15



Grensvlakchemisch · Invloed van chemische modificatie van het oppervlak van QD’s op hun optische en elektronische eigenschappen. · Fotoelektrochemisch splitsing van water en de productie van waterstof. Toepassing De in de groep bestudeerde processen en materialen zijn van belang voor een breed scala aan (potentiële) toepassingen: verlichting (fosforen, witte LED-lampen en lasers), zonnecellen, nanodevice technologie, micro-elektromechanische systemen, medische diagnose (bioimaging) en de waterstofeconomie. De groep heeft veel contacten met de industrie.

Ervaringen van studenten Elleke van Harten (masterstudent) Voor mijn bachelorthesis heb ik bij de vakgroep Condensed Matter and Interfaces (CMI) gewerkt aan de synthese en het karakteriseren van zilverclusters. Zilverclusters zijn deeltjes die bestaan uit ongeveer vier of vijf zilveratomen met hierom heen een capping molecuul dat er voor zorgt dat de clusters stabiel zijn in water. Het leuke van deze deeltjes is dat ze luminescent zijn en daardoor bestond de karakterisatie vooral uit het opnemen van absorptie-, excitatie- en emissiespectra. De excitatie- en emissiespectra werden ook bij verschillende temperaturen gemeten, vanaf 4 Kelvin tot aan kamertemperatuur. Het leuke aan dit project vond ik vooral dat ik zowel synthese als metingen heb gedaan. Tijdens dit project werd ik niet begeleid door een aio maar door Andries Meijerink zelf. Dit heeft zo’n zijn voordelen, namelijk dat je heel zelfstandig mag werken en dat je begeleider heel veel weet. Het nadeel is wel dat je soms wat langer moet wachten, omdat een professor een druk bezet persoon is. Natuurlijk zijn er ook projecten bij CMI beschikbaar waarbij de begeleider een aio is. De studentenkamers bij CMI zijn heel gezellig en ook de rest van de sfeer op de vakgroep is goed. Verder zijn er verschillende activiteiten buiten het werk, zoals borrels, Friday afternoon experiments (ik heb met de hele vakgroep ferrofluids gemaakt) en niet te vergeten de maandagmorgen cookies. Tim Senden (masterstudent) Gedurende iets meer dan een jaar heb ik voor mijn masterthesis bij de vakgroep Condensed Matter & Interfaces (CMI) gezeten. Voor mijn project synthetiseerde ik nanodeeltjes van lanthaanfosfaat, gedoteerd met cerium en/of terbium, twee andere zeldzame aardmetalen. Als poeder wordt LaPO4:Ce,Tb bijvoorbeeld toegepast in de fluorescentielaag van tl-buizen en spaarlampen voor groen licht. Ik probeerde echter nanodeeltjes van deze stof te maken in tegenstelling tot bulkpoeder. In mijn onderzoek werd ik dagelijks begeleid door een aio en verder kon je ook bij prof. Meijerink of andere stafleden altijd langsgaan als je een vraag had. De synthese van de nanodeeltjes lukte gelukkig vrij vlot en dus kon ik snel overgaan tot het meten van de eigenschappen van de deeltjes. Bij het onderzoek deed ik karakterisatie met behulp van transmissie elektronen microscopie (TEM), x-ray poederdiffractie (XRD) en natuurlijk luminescentie spectroscopie. Ik mat veel emissie- en excitatiespectra van de nanodeeltjes in oplossing. Ook mat ik vaak levensduurcurves van de emissie. Een van de dingen die ik onderzocht heb, is om te kijken hoe de levensduur van de emissie afhangt van de brekingsindex van het oplosmiddel waar de nanodeeltjes in geredispergeerd zijn. Hiervoor moest ik ook nog met een zeer krachtige laser (+ hippe laserbril) en een grote ronde kwartscuvet de brekingsindex van elk oplosmiddel bij de emissiegolflengte bepalen. Verder keek ik met behulp van levensduurcurves en computerberekeningen ook naar het energieoverdrachtsmechanisme tussen cerium en terbium. Ten slotte vond ik CMI een erg gezellige en ontspannen vakgroep. Er zijn veel studenten en toch telt de vakgroep niet te veel aio’s en andere vaste staf, dus iedereen kent iedereen. Verder wordt er onder lunch vaak geklaverjast, mocht je dat leuk vinden. Verder worden er af en toe borrels georganiseerd en andere activiteiten zoals bowlen, sinterklaas, kerstdiner (met sjoel- en klaverjastoernooi) en tenslotte het jaarlijkse groepsdaguitje.

16



Contactgegevens Gecondenseerde materie en grensvlakken Meer informatie is te vinden op: www.science.uu.nl > departement scheikunde > onderzoek > Gecondenseerde materie en grensvlakken Secretariaat Ornsteinlaboratorium, kamer 161 [email protected] Voor vragen kun je contact opnemen met de contactpersonen van deze vakgroep: Prof. dr. Andries Meijerink [email protected] Prof. dr. Daniël Vanmaekelbergh [email protected]

17


Kristal- en Structuurchemie

Kristal- en Structuurchemie Je bent geïnteresseerd in hoe moleculen werken. Om te begrijpen hoe de moleculen interacties met elkaar aangaan, is het van groot belang de driedimensionale structuur van de moleculen en hun complexen te kennen. Kristallografie is bij uitstek een methode om nauwkeurig molecuulstructuren te bepalen van zowel (metallo-)organische verbindingen alsook van grote eiwitten en eiwitcomplexen. In de vakgroep vinden drie types van onderzoek plaats: eiwitkristallografie (dr. Eric Huizinga, dr. Bert Janssen en prof. Piet Gros), kristallografische methoden-onderzoek (dr. Loes Kroon-Batenburg en prof. Piet Gros) en chemische kristallografie (dr. Martin Lutz). In elk van deze drie lijnen kun je meewerken aan vooraanstaand onderzoek dat binnen onze groep gedaan wordt. Je kunt dus zowel biochemisch/structuur-biologisch, fysisch chemisch en methodologisch onderzoek doen in onze groep! Onze onderzoeksvragen Hoe communiceren eiwitten? Hoe wordt een plug in een vaatwand gemaakt bij een bloeding? Hoe worden bacteriën en virussen herkend, gelabeld en aangeboden aan immuun-cellen? Hoe worden cellen geactiveerd door signalen van buiten? In veel van deze herkennings- en regulatieprocessen spelen grote eiwitten, die uit meerdere eiwitdomeinen bestaan, een centrale rol. Zij vormen eiwitnetwerken, die door middel van het maken van eiwit-eiwitcomplexen signalen herkennen en doorgeven. In onze groep zijn we gespecialiseerd in het bestuderen van humane eiwitcomplexen die voorkomen buiten cellen (zoals in het bloed) en op cellen, d.w.z. op en in de celmembraan. We maken deze moleculen (inclusief membraaneiwitten(!)) met behulp van menselijke (HEK) cellen, waarvoor we diverse expressievectoren hebben en bijbehorende zuiveringsprotocollen. Gezuiverd eiwit moet vervolgens goed gekarakteriseerd worden (is het gezuiverde eiwit werkzaam?) en biochemisch en biofysisch bestudeerd. Veelal is een hoofddoel om de structuur van een biomedisch belangrijk eiwit in complex met één of meerdere andere eiwitten te bepalen. Aan de hand van die structuren voorspellen we dan het moleculaire werkingsmechanisme, hetgeen we vervolgens door middel van biochemisch proeven moeten bewijzen. Hoe beschrijf je wanorde in een kristal? De kracht van diffractie aan kristallen ligt in het versterken van de verstrooiing door de regelmatige opbouw van de moleculen in het kristalrooster. De afwijkingen van deze ideale opbouw zijn echter ook zeer interessant. Veel materiaaleigenschappen, zoals geleiding, optische eigenschappen en mechanische sterkte hangen juist af van deze afwijkingen. Ogenschijnlijk ordelijke kristallen laten door hun diffuse verstrooiing zien dat er interne wanorde of beweeglijkheid is. Wij werken aan methoden om voor die wanorde modellen te maken, en die dan in overeenstemming te brengen met gemeten diffuse verstrooiing. Het meten van deze gegevens is op zich al een opgave en we werken aan technieken om dit nauwkeurig te doen. Wat is de struktuur van mijn verbinding? Met (chemische) kristallogafie bepaalt men nauwkeurig de opbouw van moleculen (bindingsafstanden en –hoeken, conformaties) en ook de manier waarop de moleculen zich ordenen (‘packing’) in het kristal. De ‘packing’ in het kristal bepaalt vele fysische eigenschappen, die voor toepassingen erg belangrijk zijn (oplosbaarheid, smeltpunt, etc.). Zelfs is het mogelijk (d.m.v. zeer nauwkeurige experimenten) de verdeling van de elektronendichtheid in een molecuul te bepalen. Röntgendiffractie kan zo een experimentele tegenpool van quantum-chemische berekeningen vormen. Technieken die je kunt leren: eiwitexpressie in E. coli en zoogdiercellen, eiwitzuivering, (bio) fysische eiwitkarakterisatie, kristallisatie, diffractie-experimenten en kristalstructuurbepaling. Ben je geïnteresseerd of heb je vragen, neem dan contact met ons op! Je kunt ons vinden in de solisgids of gewoon in het Kruytgebouw 8ste verdieping Noord-vleugel.

18

Kristal- en Structuurchemie


Ervaringen van studenten Daan Verwijmeren en Simone Vissers, masterstudenten Bij de sectie kristal- en structuurchemie hebben we ons tijdens ons researchproject bezig gehouden met de von Willebrand Factor (vWF). Als je een beschadiging aan je vaatwand (een wond) hebt, bindt het vWF aan het blootliggende collageen en dan, en alleen dan, ook aan een eiwit wat zich op de bloedplaatjes bevindt (GP1bα). De vraag is waarom vWF alleen aan GP1bα bindt als het gebonden is aan collageen. Waarschijnlijk bestaat er zoiets als een ‘geactiveerde’ vorm van vWF, maar hoe dit precies werkt moest dus uitgezocht worden. Het onderzoek bestond uit twee delen (horende bij 2 groepjes). Het praktische werk van het eerste deel, wat vooral uit bindingsstudies bestond, bestond o.a. uit het doen van elisa’s. Ook hebben we met een fluorescentiemeter (microscoop en computer) gewerkt, waarbij we een plaatje bekeken waarover we fluorescerende deeltjes heen hebben laten stromen, in de hoop dat deze zouden binden. Een ander deel bestond uit het muteren van A11 (een lama-antilichaam wat bindt aan alleen de ‘geactiveerde’ vorm van vWF) zodat het makkelijk een complex kristal vormt met het vWF, waarvan de kristallen door middel van röntgendiffractie bekeken kunnen worden. Dit zou nieuwe inzichten kunnen opleveren in de structuur van vWF. Omdat je echt meedoet aan lopend onderzoek zijn je begeleiders erg gemotiveerd en dat maakt het voor jou ook heel leuk. Je maakt echt deel uit van de vakgroep en je kunt meepraten over het onderwerp. De sfeer binnen de vakgroep was dan ook goed, zodat je jezelf erg op je gemak voelt. Het feit dat je bezig bent met lopend onderzoek maakt het meteen erg uitdagend, omdat je resultaten ook echt wat voorstellen en weer nieuwe stof tot nadenken op kunnen leveren. Als je het niet erg vindt om te pipetteren (wat je altijd moet op een biochemische vakgroep) is het zeker leuk en spannend onderzoek.

Contactgegevens Kristal- en Structuurchemie Meer informatie is te vinden op: www.science.uu.nl > departement scheikunde > onderzoek > Kristal- en Structuurchemie Secretariaat Kruytgebouw, kamer N805 [email protected] Voor vragen kun je contact opnemen met de contactpersonen van deze vakgroep: Dr. Loes Kroon-Batenburg [email protected] Dr. Eric Huizinga [email protected]

19


Medicinale Chemie en Chemische Biologie

Medicinale Chemie In ons onderzoek zijn wij uiteindelijk geïnteresseerd in het ontwikkelen van moleculaire benaderingen voor ontwerp en synthese van bio-actieve moleculen om de moleculaire processen, die ten grondslag liggen aan ziekteverwekkende processen te kunnen bestuderen of te beïnvloeden. Veel aandacht wordt geschonken aan de synthese van peptiden, peptidomimetica, koolhydraten maar ook gecombineerd met de synthese van andere moleculen zoals dendrimeren. Eigenlijk bepaalt het onderzoeksproject wat voor een soort moleculen we moeten synthetiseren en wat dit betreft zijn er geen beperkingen. Synthese is vaak een tijdrovend proces en de verbindingen moeten goed gezuiverd en gekarakteriseerd worden. Het kunnen ontwerpen en maken van stoffen (‘synthese’) is wel de belangrijkste activiteit binnen de organische chemie en zorgt voor de unieke positie van de chemie t.o.v. natuurkunde en biologie.

Allerlei faciliteiten (zuurkast, zie figuur), apparaten, en uiteenlopende technieken, worden bij het synthetiseren gebruikt zoals magnetron-reactor, solid-phase synthese, bijvoorbeeld in de “peptide-synthesizer” (zie figuur). Zuiveringen met kolomchromatografie en HPLC, en uitgebreide karakterisering met NMR, massa en IR kunnen allemaal plaatsvinden binnen de afdeling. Voor bestudering van moleculaire werking gebruiken we naast NMR, technieken zoals SPR (surface plasmon resonantie) en ITC (isothermische calorimetrie). Vaak wordt al snel de stap naar biologische activiteit gemaakt door de werking op cellen te bestuderen of de activiteit tegen bacteriën. Om dit allemaal te kunnen doen zijn er veel samenwerkingsverbanden. Veel projecten zijn ook in samenwerking met andere groepen op deze universiteit en met groepen op andere universiteiten (in binnen- en buitenland) en met bedrijven. Deze contacten maken het ook mogelijk dat studenten enige tijd bij een bedrijf of in het buitenland door brengen. Het onderzoeksproject van een student (onderzoeksoriëntatie, bachelorthesis, minor/major onderzoeksproject) wordt begeleid door een promovendus (aio), research analist, post-doc, of docent, en maakt deel uit van de lopende projecten. Studenten komen dus vrijwel meteen in aanraking met belangrijke projecten aan het “onderzoeksfront” van de chemie! Het komt daarom ook herhaaldelijk voor dat studenten coauteurs zijn van wetenschappelijke publicaties.

20

Medicinale Chemie en Chemische Biologie


Ervaringen van studenten Frederike Müskens (bachelorstudent) Afgelopen tijd heb ik mijn bachelor thesis gedaan bij Medicinal Chemistry. Mijn directe begeleider was Nathaniel Martin en daardoor zat ik ook op zijn lab (het lab bij medchem is opgedeeld in twee ruimtes elk met hun eigen regels en gebruiken). Over het andere lab kan ik niet veel zeggen, maar op ons lab was het normaal om de radio hard aan te zetten en mee te zingen met de muziek (vooral op vrijdag middag was dit eigenlijk de belangrijkste bezigheid..). Ik heb onderzoek gedaan naar een goedkope manier om kynurenine te synthetiseren, een molecuul dat normaal € 500,- (L-Kyn) of € 2400,- (D-Kyn) kost per gram. Ik heb in totaal 2,5 gram van beide gemaakt met beginstoffen die minder dan € 50,- kosten. Het werk op de vakgroep is vooral veel synthetiseren en anders dan op andere vakgroepen sta je echt de hele dag op het lab, wat vermoeiend is, maar wel heel leuk en leerzaam. Al moet je er wel voor zorgen dat je genoeg tijd over houdt om aan je verslag te werken, anders kom je aan het einde in de stress. Naast het werk op de vakgroep heb je ook twee keer per week werkbespreking, waar je hoort waar de rest van de groep mee bezig is, ik vond dit zelf meestal wel interessant en als derdejaars is het niveau ook goed te volgen.

Contactgegevens Medicinale Chemie Meer informatie is te vinden op: www.science.uu.nl > departement scheikunde > onderzoek > Medicinale Chemie Secretariaat David de Wiedgebouw, 5e verdieping [email protected] Voor vragen kun je contact opnemen met het secretariaat van deze vakgroep.

21


Membraan Enzymologie

Membraan Biochemie en Biofysica Onderzoeksdoel In onze sectie draait het onderzoek om biologische membranen. We willen fundamentele kennis opbouwen over hoe ze gevormd worden, wat de moleculaire structuur is van de lipiden en eiwitten in membranen en hoe de verschillende componenten elkaar beïnvloeden. Dit is nodig om te begrijpen hoe membranen een rol kunnen spelen in het ontstaan van ziekten en in de werking van drugs, antibiotica en toxische stoffen. Het onderzoek is zowel biochemisch als biofysisch van aard: biologen, chemici en natuurkundigen werken nauw samen om de wereld van membranen te exploreren. We werken met synthetische, zelf-assemblerende model membranen maar ook met bacteriën en schimmels. Daarnaast kloneren en zuiveren we eiwitten en zijn we ook in staat om zelf biologisch actieve moleculen te maken. Verder gebruiken we veel technieken die elkaar aanvullen: van gel-electroforese tot vaste stof NMR, van HPLC zuivering tot massaspectrometrie, van radioactief werk tot allerlei fluorescentie-technieken. En dit is nog maar het topje van de ijsberg. Wat hebben wij als sectie jou te bieden? Onze sectie biedt gevarieerde mogelijkheden voor een onderzoeksoriëntatie of afstudeeronderzoek, zowel bachelor als master. Hieronder een korte beschrijving van enkele onderzoekslijnen, waarbinnen je jouw eigen stukje onderzoek kunt doen. Eiwit-lipide interacties (Prof. Antoinette Killian) Om eiwit-lipide interacties te doorgronden werken we met zelf ontworpen peptiden die model staan voor membraaneiwitten, maar ook met natieve membraan-eiwitten. Voorbeelden zijn KcsA, dat kaliumionen het membraan laat passeren en DesK, een thermosensor. Recent onderzoeken we ook een nieuwe methode om op een nette manier kleine monstertjes uit membranen te nemen: zg. nanodisks. Lipide metabolisme (Dr. Toon de Kroon) Membranen van elk organisme, elke cel en elk organel binnen een cel, hebben een eigen, unieke lipidensamenstelling. Deze samenstelling is essentieel voor belangrijke membraanfuncties, zoals vorming van een permeabiliteitsbarrière, selectie van wat wel of niet mag passeren, vorming van een optimale omgeving voor alle membraaneiwitten en genoeg buigzaamheid om bijvoorbeeld te kunnen fuseren met andere membranen of blaasjes te kunnen afsnoeren. In dit project gebruiken we state of the art lipidomics technieken om er achter te komen hoe gistcellen, die model staan voor eukaryote cellen, de lipidensamenstelling van hun membranen reguleren. Antibiotica en mini-antilichamen (Dr. Eefjan Breukink) Het bestrijden van bacteriën is lastig omdat ze gemakkelijk resistentie ontwikkelen. Een ideaal doelwit voor antibiotica is de celwand, omdat deze uniek is voor bacteriën en essentieel is om te overleven. Wij onderzoeken hoe de celwand precies gemaakt wordt en hoe antibiotica daarop kunnen inwerken. Ook proberen we nog krachtigere antibiotica te ontwerpen en te synthetiseren. In een ander project gebruiken we mini-antilichamen die we chemisch functionaliseren voor nieuwe toepassingen zoals anti-kanker medicijn, marker voor tumoren, of materiaal voor zeer specifieke zuiveringen.

22

Membraan Enzymologie


Ervaringen van studenten Leonie van Suijlekom (masterstudent) MBB is een onderdeel van het departement van scheikunde. In 2012 is deze vakgroep ontstaan door een clustering van Membraan Enzymologie (ME), onderleiding van Joost Holthuis, en Biochemie van Membranen (BvM) de vakgroep van Antoinette Killian. Deze nieuwe vakgroep houdt zich, zoals de naam al doet vermoeden, bezig met het membraan en de eiwitten in het membraan. In zowel bacteriën als mensen. Toon de Kroon heeft nu de leiding over het ‘oude ME deel’ en is een zeer sympathieke rustige man en is altijd bereid om te helpen. In een van de recente onderzoeken is men gestuit op een membraan bacterie eiwit die de dikte van het membraan aanvoelt en zo de viscositeit van het membraan regelt bij verschil in tempratuur. Vrij interessant, vind ik zelf. Al met al een leuke en interessante vakgroep, met leuke mensen. Als je geïnteresseerd bent in biochemie ben je hier zeker op je plek. Wil je niet omringd worden door biologen en geitenwollen sokken… moet je misschien even verder zoeken. Ingo van ‘t Oor (bachelorstudent) Ik heb mijn tweedejaars researchproject gedaan bij de vakgroep Membraan Enzymologie. Hier heb ik mij bezig gehouden met het effect van mutaties op een bepaalde receptor in een cel. De betreffende receptor, SMSr, heeft een zogeheten SAM domein, waarvan bekend is dat het kan dimeriseren. De vraag was nu of deze dimerisatie essentieel is voor de functie van SMSr. Met mutaties wordt dus geprobeerd om de dimerisatie te verhinderen, waarna bekeken kan worden of de receptor nog functioneert. Het project hield in dat allereerst de gemuteerde DNA-sequentie in een plasmide inbouwt met PCR, waarna je het DNA overbrengt in bacteriën om het verder te vermenigvuldigen. Dit DNA wordt vervolgens weer overgebracht in (menselijke) HeLa-cellen, en hierin kan dan de activiteit van het eiwit bekeken worden. Dit is gedaan met immunofluorescentiemicroscopie: het eiwit wordt voorzien van een fluorescent label, en dan is met de microscoop te zien of het eiwit op de goede locatie is, hetgeen een indicatie is voor het functioneren van het eiwit. In dit onderzoek heb ik met vele biochemische technieken gewerkt (PCR, transfectie, microscopie, …). Uiteraard waren er ook minder spannende momenten (48-wells platen volpipetteren), maar al met al was het dus een zeer afwisselend en leuk project, ook voor mensen die minder in biochemie geïnteresseerd zijn (waar ik mezelf ook toe reken). De vakgroep zelf is een redelijk kleine maar zeer gezellige vakgroep, waar je in de pauzes altijd wel een gezellig gesprek aan kunt gaan. Al met al kan ik iedereen aanraden een project te doen bij deze vakgroep, ook als je zelf niet zo getrokken wordt door de biochemie.

Contactgegevens Membraan Biochemie en Biofysica Meer informatie is te vinden op: www.science.uu.nl > departement scheikunde > onderzoek > Membraan Biochemie en Biofysica Secretariaat Kruytgebouw, kamer N606 [email protected] Voor vragen kun je contact opnemen met de contactpersoon van deze vakgroep: Dr. Joost Holthuis [email protected] Dr. Toon de Kroon [email protected]

23


NMR Spectroscopie

NMR Spectroscopie Research at the Utrecht NMR group centers around three focal points: • Firstly, we are continuously developing NMR-based concepts that permit the structural and dynamical description of biomolecular systems of increasing size and complexity in solution or solid state. • Secondly, we apply these methods to characterize elementary biological processes in close relationship to molecular function or pharmacological intervention. Solutionstate NMR methods are being used in target areas such as transcription regulation, DNA repair or protein synthesis. In parallel, solid-state NMR techniques are being used to examine signal transduction and molecular transport processes across cellular compartments, molecular assembly and (mis)folding at atomic resolution. • Thirdly, we develop and apply computational structural biology methods that can be readily combined with NMR and/or other biophysical and bioinformatics information sources. (see for examples http://haddock.science.uu.nl). All projects are embedded in a strong local and (inter)national research environment allowing us to describe molecular and cellular structure and organization on different levels of time and spatial resolution. An example for the methodological research that is conducted in our section is shown below where NMR, computational and biochemical methods were combined to study cellular preparations at the atomic level.

24

NMR Spectroscopie


Ervaringen van studenten Petra Keijzer (bachelorstudent) Mijn eerstejaarsproject heb ik bij de vakgroep NMR gedaan. Hier hebben wij met behulp van NMR onderzoek gedaan aan aminozuren. Eerst kregen we uitleg over hoe NMR precies werkt. Vervolgens kregen we kleine opdrachten om het werken met NMR onder de knie te krijgen. Onder andere deden we hier een pH-titratie van L-histidine. De samples onderzochten we met behulp van NMR. Als resultaten kregen we 2D spectra, die we moesten verklaren. Daarna begon ons ‘eigen’ onderzoek. Dit was een pH-titratie van Ribonuclease-A. Ook hierbij keken we naar histidinegroepen, met behulp van NMR. Uit het NMR spectrum kon gehaald worden waar welke histidinegroep zich in het molecuul bevond. Ik vond het een leuk project, maar ik vond het erg jammer dat we niets bijdroegen aan het ‘echte onderzoek’. Dit project was namelijk het jaar voor ons ook al gedaan. Hierdoor was het project niet erg uitdagend. Onze begeleider was Henry Hocking. Henry was aardig, wist veel van het apparaat af en kon goed uitleggen.

Contactgegevens NMR Spectroscopie Meer informatie is te vinden op: www.science.uu.nl > departement scheikunde > onderzoek > NMR Spectroscopie Secretariaat Bloembergengebouw, kamer 1.01 [email protected] Voor vragen kun je contact opnemen met de contactpersoon van deze vakgroep: Dr. Gert Folkers [email protected] Prof. dr. Alexandre Bonvin [email protected]

25


Organische Chemie en Katalyse

Organische Chemie en Katalyse Het onderzoek van de sectie Organische Chemie & Katalyse focust zich op het gebruik van homogene katalysatoren in de organische en industriële synthese. Nieuwe moleculaire metaalcomplexen worden ontworpen, gesynthetiseerd en op hun katalytische activiteiten onderzocht. Als student ben je binnen een project bij één of meerdere van deze aspecten betrokken. Zo kun je nieuwe (chirale) liganden ontwerpen en maken, metaalcomplexen maken en karakteriseren, en de katalytische eigenschappen van de complexen bestuderen en optimaliseren. Hierbij verbreed en verdiep je jouw kennis van organische chemie en leer je methoden uit de organometaal- en coördinatiechemie, zoals het werken onder strikt inerte reactiecondities. Daarnaast kun je kennis maken met een scala aan verschillende technieken zoals NMR, IR, UV-Vis, massaspectrometrie, DFT-berekeningen, enz. Tijdens een project kom je in aanraking met meer algemene onderwerpen van de synthetische chemie en de homogene katalyse, zoals duurzaamheid en het gebruik van biomassa. Hieronder zijn de onderzoeksthema’s van de sectie kort beschreven. Nieuwe homogene katalysatoren Er zijn weinig processen in de chemische industrie waarbij geen katalysatoren komen kijken. Omdat een kleine verbetering van de efficiëntie van een katalysator al een gigantische invloed kan hebben op de kosten en milieuvriendelijkheid van een reactie op industriële schaal, is de zoektocht naar nieuw katalysatoren altijd actueel. Verschillende katalytische processen worden dan ook intensief bestudeerd om deze beter te begrijpen en efficiënter te laten verlopen. Voorbeelden zijn katalysatoren op basis van Pd of Fe voor het maken van C–C bindingen en op basis van Re voor het maken van alkenen uit biomassa. Dit laatste voorbeeld laat zien hoe biomassa in de toekomst mogelijk kan dienen als grondstof voor de chemische industrie en zo aardolie kan vervangen. Biomimetische katalysatoren Binnen dit thema is de natuur uitgangspunt en inspiratiebron. Binnen dit thema wordt met name gewerkt aan de ontwikkeling van katalysatoren op basis van Fe als goedkoop en niet toxisch element. De strategie hierbij is om te leren van de actieve centra van enzymen waarin Fe in het actieve centrum voorkomt en dit centrum op moleculair niveau na te bootsen. Tevens worden metaalcomplexen verankerd in het actieve centrum van een enzym om deze zodoende nieuwe katalytische eigenschappen te geven. Gedragen organometaalcomplexen Door een moleculair metaalcomplex aan een macromoleculaire drager te verankeren, kunnen de eigenschappen van het complex in oplossing vertaald worden naar bijv. de vaste fase. Dit is belangrijk wanneer je een homogene katalysator opnieuw wilt gebruiken of deze goed wilt kunnen scheiden van de reactieproducten. Voor de verankering worden niet alleen vaste dragermaterialen zoals silica gebruikt, maar ook oplosbare dragers zoals sterk vertakte polymeren genaamd dendrimeren.

Ervaringen van studenten Carlo van Overbeek (masterstudent) Als organische synthese echt jouw ding is, dan is in Utrecht Organic Chemistry & Catalysis (OCC) de meest voor de hand liggende vakgroep om een stage bij te lopen. Inderdaad Medicinal Chemistry (MedChem) ligt ongeveer evenveel voor de hand, maar daar gaat dit stukje dus niet over. Als je bij OCC een stage gaat lopen, zul je meer handigheid krijgen in het uit-voeren van organische syntheses. Je zult inzien hoe ontzettend onhandig het kan zijn om in een atmosfeer te leven die zuurstof en water bevat en dus zul je leren hoe je dat spul zo effectief mogelijk uit je reactiekolven houdt. Als je geluk hebt, mag je zelfs het water

26

Organische Chemie en Katalyse


uit je oplosmiddelen distilleren of werken in de glovebox. Verder zul je waarschijnlijk leren chromatograferen op grote schaal, ook wel kolommen. Deze dingen vind je de eerste keer allemaal spannend en daarna meestal saai, want uiteindelijk wil je natuurlijk verder met de echte synthesestappen! Dat gebeurt gelukkig ook vaak genoeg. Bij OCC doet men voornamelijk onderzoek naar homogene katalyse. (Voor de jongerejaars, dat is katalyse waarbij de katalysator is opgelost in het reactiemengsel; dus niet dat het reactiemengsel langs de katalysator vloeit of beide een suspensie vormen, zoals in heterogene katalyse.) Het maken van nieuwe liganden of hele nieuwe katalysatoren is dus een groot deel van het werk. Men doet er ook onderzoek naar de katalytische werking van eiwitten. Het meten van reactiesnelheden en katalytische opbrengsten wordt dus ook soms gedaan. Uiteraard moet er ook een alinea aan de sfeer worden gewijd. Zelf heb ik het er erg naar mijn zin gehad en dat zegt denk ik wel genoeg. Waarschijnlijk weten de meesten dit al, maar OCC is één van de vakgroepen die in het David de Wiedgebouw zit. Dit is een erg mooi gebouw om in te werken en als je eenmaal een XS-card hebt, heb je zelf in ieder gaval geen last meer van de hoeveelheid aan beveiligingspoortjes. Verder klagen sommige mensen over werken in het geroezemoes van het gebouw, maar zelf heb ik hier geen last van gehad. Susan van Rossum (bachelorstudent) Ik heb afgelopen jaar mijn researchproject bij Organische Chemie en Katalyse gedaan en dit is mij zeer bevallen. De meeste PhD’ers onderzoeken organische reacties die gekatalyseerd zijn. Sinds vorig jaar is de OCC vakgroep verhuisd van het Wentgebouw naar het David de Wiedgebouw. Het is een modern gebouw met alle voorzieningen. De labzalen zijn zeer nieuw en alles is aanwezig. De vakgroep is erg gezellig en open. De helft van de PhD’ers zijn buitenlands, maar dit was voor mij juist een uitgesproken kans om mijn Engels te verbeteren. Zij houden elke woensdag een lunchpresentatie. Tijdens de lunch vertellen dan twee PhD’ers hun onderzoeksresultaten. Donderdagmiddag is het koekjesmiddag en eten we rond half 4 met zijn allen koekjes. Het researchproject deden we met zijn tweeën. Wij synthetiseerden verschillende liganden voor op de katalysator. De reacties duurden van ongeveer een paar uur tot 2 dagen, maar je kon je niet gaan vervelen, want er waren altijd eerdere producten die gezuiverd en geanalyseerd moesten worden. We hebben veel nieuwe technieken geleerd, zoals het gebruiken van een schlenk, een schlenklijn en onder een stikstofatmosfeer werken. Mijn dagen duurden vaak langer dan 5 uur, maar dit was mijn eigen keuze en je mocht ook eerder weg als je dat wilde. Ik had een goede begeleider die ons zelfstandig liet werken, maar waar je toch ook alles kon vragen. Hij heeft ons ook goed geholpen bij het maken van de presentatie. Al bij al was het een

Contactgegevens Organische Chemie en Katalyse Meer informatie is te vinden op: www.science.uu.nl > departement scheikunde > onderzoek > Organische Chemie Secretariaat David de Wiedgebouw, 5e verdieping [email protected] Voor vragen kun je contact opnemen met de contactpersoon van deze vakgroep: Prof. Dr. Bert Klein Gebbink [email protected]

27


Theoretische Chemie

Theoretische Chemie In ons onderzoek passen we quantum-mechanische (quantumchemische) methoden toe om oplossingen te vinden voor ‘chemische’ problemen. Een project begint met het berekenen van relevante eigenschappen van de betrokken moleculen, zoals geometrie, energie, multipolemomenten, infrarood-frequenties, chemical (NMR) shifts etc. Hiervoor gebruiken we grote quantumchemische programma’s (een miljoen regels Fortran en een beetje C/C++) die op onze lokale computers draaien alsook op de nationale supercomputer in Amsterdam. Gebruikte programma’s zijn bijv. GAMESS-UK, GAUSSIAN en DALTON. Een programma zoals GAMESS probeert benaderde oplossingen van de Schrödinger vergelijking (HΦ=EΦ), te vinden waaruit direct energie gerelateerde data komen, zoals vormingswarmten. Andere grootheden, zoals ladings- en spindichtheden, kun je uit de golffunctie halen. Als een berekening lukt en dat is niet altijd het geval, kun je proberen de verkregen data te verklaren. Hiervoor is quantumchemie een zeer krachtig hulpmiddel, want je kunt moleculen manipuleren op een manier, die eenvoudig niet mogelijk is in een experiment. Zeer kort levende intermediairen, die experimenteel niet geïsoleerd kunnen worden, kunnen net zo goed bestudeerd worden als stabiele moleculen. Je kunt dus ook eigenschappen van (nog) niet bestaande moleculen voorspellen. Zo zou je betere medicijnen (Computer Aided Drug Design) of efficiëntere katalysatoren kunnen vinden. Sommige problemen zijn te ingewikkeld voor standaard methoden en programma’s. Er kunnen subtiele elektron correlatie effecten zijn, oplosmiddel effecten of relativistische effecten, die nog niet in de programma’s verwerkt zijn. Daarom is een deel van onze research het ontwikkelen van nieuwe quantumchemische technieken. We zijn co-auteur van het GAMESSUK programma. Een student kan meewerken aan het ontwikkelen van de computer programma’s. Er wordt geprogrammeerd in Fortran, C of C++. Ook kan zij chemische problemen oplossen gebruikmakend van bestaande programma’s. Bij je werk doe je berekeningen, die uren computertijd vergen. De computers gebruiken alle Unix (Linux). Het is ook mogelijk om praktisch werk in een andere groep te combineren met rekenwerk. Researchvoorstellen zijn altijd welkom.

Fig. De p-orbitals van een sterk gebogen benzeen.

28

Theoretische Chemie


Onze huidige interesses zijn: Het modelleren van heterogene katalysatoren en reactiemechanismen bij katalyse. Valence Bond analyse van eigenschappen en reactiviteit van organische moleculen. Berekeningen aan organo-metaal complexen. Quantumchemische berekeningen aan immense biomoleculen om ladingsverdelingen en potentialen te bepalen die bij het ontwikkelen van medicijnen helpen. Het verder ontwikkelen van het GAMESS-UK programma, in het bijzonder het benutten van parallellisme. Ontwikkelen van simpele relativistische methoden. We zijn nu toe aan spin-baan koppeling. Het verder ontwikkelen van het Valence Bond programma TURTLE en de daarmee te verkrijgen inzichten in de chemische binding.

Ervaringen van studenten Jolinde Soesbergen (bachelorstudent) Ik heb mijn sectieproject samen met een jaargenootje gedaan op de vakgroep voor theoretische chemie. Het onderzoek waar we mee bezig zijn geweest, was het doen van berekeningen aan de fotodegradatie van vitamine B2. We zochten naar de bindingen in het molecuul die in theorie makkelijk breken als er licht geabsorbeerd wordt. We hebben de golflengten voor het hiervoor benodigde licht berekend. Elk duo mocht van onze begeleider zelf een chemisch interessant onderwerp bedenken waarover je het onderzoek deed. Dat vond ik zeker een pluspunt voor een sectieproject bij deze vakgroep. Het onderzoek wat ik heb gedaan, vond ik hierdoor ook echt interessant. Een minpunt vond ik echter wel dat alle berekeningen in dit onderzoek door een computer wordt uitgevoerd, terwijl ik het wiskundeaspect van kwantumchemie juist zo leuk vind. Ook was het de logica die kwam kijken bij het commando’s geven en de programma’s schrijven soms erg lastig. Voordeel is wel dat de computer, die overigens acht processors heeft, er bij sommige berekeningen een paar uur over doet, zodat er veel tijd is voor het doen van spelletjes en een gezellig onderonsje met andere studenten.

Contactgegevens Theoretische Chemie Deze vakgroep valt tegenwoordig binnen Condensed Matter & Interfaces (CMI) Meer informatie is te vinden op: www.science.uu.nl > departement scheikunde > onderzoek > Theoretische Chemie Secretariaat Ornsteinlaboratorium, kamer 161 [email protected] Voor vragen kun je contact opnemen met de contactpersoon van deze vakgroep: Dr. Joop van Lenthe [email protected]

29


Dankwoord

Dankwoord De volgende mensen wil ik graag bedanken voor hun hulp bij het realiseren van deze uitgave: Astrid Bulte en Liesbeth de Bakker voor het oorspronkelijke idee van dit boekje. Mijn voorgangers; Frank Hendriks en Elleke van Harten voor het maken van de eerste twee edities van dit boekje. De secties voor het aanleveren van nieuwe stukjes, de studenten voor het delen van hun ervaringen en als laatste natuurlijk mijn bestuursgenootjes die mij hebben bijgestaan met hun raad en daad bij het maken van dit boekje.

30

Voorwoord. Voorwoord. Sectieboekje U.S.S. Proton. Lieve student,

Recommend Documents