Vejleder: Erik Donovan Hedegård
Forudsætninger: KE522 eller tilsvarende skal være bestået.
Projektbeskrivelse
Teori- og modellering dækker over en lang række forskellige metoder; nogle metoder sigter mod store, dynamiske bio-molekylære systemer, mens andre (mere nøjagtige) metoder er bedre egnet til mindre systemer. I begge tilfælde er formålet med de teoretiske metoder at kunne forklare den observerede kemi gennem beregning, f.eks. reaktions-energier eller spektroskopiske egenskaber. Derudover kan formålet også være et forudsige egenskaber af et molekyle eller materiale med sigte på en specifik anvendelse, f.eks. i forbindelse med katalyse eller drug-design.
I vores gruppe anvendes primært beregningsmetoder baseret på kvantemekanik, der er blevet kaldt den mest succesfulde teori i det tyvende århundrede. Den revolutionerede vores forståelse af fysik i 1920'erne, og er siden blevet brugt til at forudsige fysiske og kemiske fænomener med fantastisk præcision. Desværre er nøjagtigheden til tider stadig utilstrækkelig for biologiske systemer, der indeholder overgangsmetaller, og udvikling af nye kvantemekaniske modeller specifikt til overgangsmetaller er derfor en integreret del af vores arbejde.
Udover udvikling af nye og endnu mere præcise beregningsmetoder, arbejder vi også med anvendelse af metoderne på konkrete kemiske problemstillinger. Disse projekter udføres til tider i samarbejde med andre grupper – både på SDU, på andre institutioner i Danmark, og i udlandet. Projekter lavet i samarbejde med andre grupper kan, såfremt det ønskes, også involvere eksperimentelt arbejde.
Hvis du er interesseret så tag kontakt til vejleder, hvorefter vi kan mødes og diskutere specifikke projektmuligheder. Et bachelorprojekt vil altid blive formuleret med udgangspunkt i den studerendes interesser. Eksempler på bachelorprojekter findes herunder (du er selvfølgelig også velkommen til at komme med egne ideer til projekter).
Bio-markers og kræftmedicin – exciterede tilstand med relativistisk kvantekemi. En række kræftformer bliver i dag behandlet uorganiske forbindelser indeholdende platin, men dette er forbundet med alvorlige bivirkninger, grundet reaktioner med en række andre forbindelser i kroppen.
En langt mildere behandling kan opnås med forbindelser, der ikke reagerer før de når kræftcellerne, hvor de aktiveres med lys. Design af sådanne forbindelser kræver viden om forbindelsernes exciterede tilstande, og hvor forbindelserne absorberer lys. Et centralt element i projektet vil være design af nye, lys-aktive forbindelser. Vi vil ved brug af teoretisk kemi og beregningsmetoder, undersøge forskellige platin forbindelser for at opnå indsigt i sammenhængen mellem forbindelsens ligander og UV-spektrum. De bedste bud på fremtidig medicin til kræftbehandling vil være forbindelser, der absorberer ved over 600 nm, hvor menneskeligt væv ikke absorberer. Beregning af UV-vis spectra for forbindelser med tungere grundstoffer som platin kræver beregningsmetoder, der involverer relativistiske effekter og denne teori vil blive introduceret som en del af projektet.
Bio-mimetisk kemi. En lang række vigtige biologiske reaktioner kan udføres af mindre bio-mimetiske forbindelser. En fordel ved at anvende mindre model-systemer er, at de kan undersøges under mere kontrollerede forhold end de egentlige biologiske systemer. I min gruppe er vi særligt interesserede i bio-mimetisk uorganisk kemi, dvs. model-komplekser med overgangsmetaller. Vi har f.eks. i samarbejde med Christine McKenzie’s gruppe (SDU) anvendt teoretisk kemi til at undersøge hvordan jern-komplekser kan oxidere forskellige organiske forbindelser; en proces naturen har udviklet enzymer til at varetage.
Biobrændsel fra cellulose. Hvordan vi kan producere bæredygtig energi er et af de største uløste spørgsmål I vores samfund. En mulig vej er at udnytte biomasse fra affaldsprodukter (fx rester af kornafgrøder) til at producere bio-brændstof, hvilket dog kræver, at biomassen nedbrydes. Desværre har dette vist sig at være en stor hindring, der nemt kan komme til at koste mere energi end man vil få ud af det producerede biobrændsel.
Løsningen kan vise sig at komme fra en uventet side: enzymer fra visse svampe og bakterier kan fremskynde nedbrydningen og gøre processen mindre energikrævende. Enzymernes molekylære mekanisme er dog ukendt, og de er ustabile under normale produktionsbetingelser. Mekanismen bag denne ustabilitet er dog også ukendt. En del af min gruppes forskning anvender beregningsmetoder baseret på kvantemekanik til at undersøge mekanismerne bag enzymernes nedbrydning af biomasse. Vi kan endvidere undersøge deres ustabilitet, samt forsøge at forudsige hvorledes vi kan fremstille mere stabile enzymer.
En del af projekterne foregår i samarbejde med eksperimentelle forskere fra henholdsvis Københavns Universitet (Morten J. Bjerrum og Leila Lo Leggio), og Lunds Universitet (Ulf Ryde).
Udvikling af nye teoretiske metoder. Vi udvikler kontinuert vores teoretiske metoder. Hvis du primært er interesseret i den teoretiske del, eller implementering af kvantemekaniske metoder i avancerede computerprogrammer, er det også muligt at lave projekt indenfor teoriudvikling. I øjeblikket fokuserer vi specielt på metoder der tillader beregninger på meget store systemer med overgangsmetaller (dette involvere til tider at relativistiske effekter skal medtages). Et bachelorprojekt vil typisk fokusere enten på udledning af teori, eller testning af nye metoder, der for nyligt er implementeret (implementeringsprojekter er også mulige, men vil kræve forhåndskundskab i programmering).