Schwache Bindung, starke Wirkung
Wie
bilden einzelne Moleküle molekulare Aggregate, z. B. Dimere,
Trimere oder Cluster, und makroskopische Eiskristalle? Die Wechselwirkungen
von Molekülen via schwacher intermolekularer Kräfte ist
von größter Bedeutung, sowohl in der Chemie als auch in
der Biochemie. Diese „nicht-kovalenten“ Wechselwirkungen
bestimmen die physikochemischen Eigenschaften molekularer Kristalle
und die Struktur von Proteinen. Nahezu alle biologischen Prozesse bis
hin zu Zellfunktionen hängen von diesen nicht-kovalenten Bindungen
in fundamentaler Weise ab. Ohne diese Wechselwirkungen würden
Flüssigkeiten,
molekulare Kristalle und die meisten biologischen Strukturen nicht
existieren. Es ist jedoch immer noch nicht möglich, deren makroskopische
Eigenschaften und Strukuren aus den physikochemischen Eigenschaften
einzelner Moleküle vorherzusagen.
Hunderte und tausende interagierender Moleküle
Systemchemie ist ein gemeinsamer Ansatz aller chemischer Disziplinen diese Herausforderung anzugehen: Ziel ist es, die für kleine Reaktionsysteme in den letzten Jahren gewonnenen tiefen mikroskopischen Einsichten auf komplexe chemische Systeme mit hunderten und tausenden interagierender Moleküle zu übertragen. Theorie und Computermodelle spielen dabei eine zentrale Rolle dieses Ziel zu erreichen und den Prozess des Up-scalings steuern.
Aufgrund der Komplexizität dieses ganzheitlichen Ansatzes beschränkt sich diese thematische Priorität zunächst auf wichtige Phänomene an Oberflächen. Existierende Forschungsverbünde und -projekte befassen sich z. Z. mit schwachen Wechselwirkungen zwischen kleinen und sehr reaktiven Moleküle an Einkristalloberflächen und Nanopartikeln, dem vertieften Verständnis von heterogener Katalyse, komplexen molekularen Strukturen in organischer Elektronik und funktionalen Koordinationspolymeren, Selbstreplikations-mechanismen und komplexen biomolekularen Interaktionssystemen.