Dissertation Rub Chemier

Welcome to Physical organic chemistry

The chair of Physical Organic Chemistry offers a large variety of topics combining the best of several research areas: Synthesis of precursors, modern spectroscopy and simulation with computational methods. If you are interested, please apply for master and PhD positions.

PhD and Master positions in Physical Organic Chemistry now available – if you are interested apply here!

News Highlights

Isolation of an Antiaromatic Singlet Cyclopentadienyl Zwitterion
P. Costa, I. Trosien, J. Mieres Perez, W. Sander, J. Am. Chem. Soc. 139 (2017), Ahead of print.

 

The reaction of triplet tetrachloro-cyclopentadienylidene with BF3 in rare gas matrices yields a zwitterion consisting of a cyclopentadienyl cation bearing the positive charge and a negatively charged BF3 unit. IR and UV-vis spectra as well as the absence of EPR signals demonstrate a singlet ground state of the zwitterion, and its calculated geometry and magnetic properties clearly reveal a strong antiaromatic character. The zwitterion is highly labile, and by visible or IR irradiation rearranges via a 1,2-fluorine migration from boron to carbon. Interaction with a second molecule of BF3 stabilizes the zwitterion and suppresses the fluorine migration, thus providing a convenient and efficient synthesis of an antiaromatic molecule under very mild conditions.

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Is Magnetic Bistability of Carbenes a General Phenomenon? Isolation of Simple Aryl(trifluoromethyl)carbenes in Both their Singlet and Triplet States
Y. A. Tsegaw, P. E. Kadam, N. Tötsch, E. Sanchez-Garcia, W. Sander, J. Am. Chem. Soc. 139 (2017), 12310-12316.

 

p-Tolyl(trifluoromethyl) carbene and the related fluorenyl(trifluoromethyl)carbene were synthesized in solid argon and characterized by IR, UV-vis, and EPR spectroscopy as well as by quantum mechanical calculations. The carbenes can be generated in both their triplet and singlet states, and both states coexist under the conditions of matrix isolation. According to our calculations, the singlet and triplet states of these car-benes are energetically nearly degenerate in the gas phase. Warming of matrices containing pure triplet p-tolyl(trifluoromethyl) carbene from 3 to 25 K leads to an interconversion of up to 20% of the triplet into the singlet state. This interconversion is thermally irreversible, and cooling back to 3 K does not change the ratio of singlet to triplet. Irradiation at 365 nm results in a complete interconversion of singlet to triplet, whereas 450 nm irradiation produces again up to 20% of the singlet state. An alternative way to generate the singlet carbene is the reaction of the triplet with water molecules by annealing water-doped matrices at 25 K. This results in the irreversible formation of a hydrogen-bonded complex be-tween the singlet carbene and water. For fluorenyl(trifluoromethyl)carbene very similar results were obtained, only the yield of the singlet state is even higher. Magnetic bistability of carbenes seems to be a general phenomenon that only depends on the singlet-triplet gap rather than on the nature of the carbene.

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The Cope Rearrangement of 1,5-Dimethylsemibullvalene-2(4)-1: Experimental Evidence for Heavy-Atom Tunneling
T. Schleif, J. Mieres-Perez, S. Henkel, M. Ertelt, W. T. Borden, W. Sander, Angewandte Chemie, Int. Ed. 56, (2017), 10746-10749.

 

As an experimental test of the theoretical prediction that heavy-atom tunneling is involved in the degenerate Cope rearrangement of semibullvalenes at cryogenic temperatures, monodeuterated 1,5-dimethylsemibullvalene isotopomers were prepared and investigated by IR spectroscopy using the matrix isolation technique. As predicted, the less thermodynamically stable isotopomer rearranges at cryogenic temperatures in the dark to the more stable one, while broadband IR irradiation above 2000 cm-1 results in an equilibration of the isotopomeric ratio. Since this reaction proceeds with a rate constant in the order of 10-4 s-1 despite an experimental barrier of Ea=4.8 kcal mol-1 and with only a shallow temperature dependence, the results are interpreted in terms of heavy-atom tunneling.

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Activation of the B-F Bond by Diphenylcarbene: A Reversible 1,2-Fluorine Migration between Boron and Carbon
P. Costa, J. Mieres-Perez, N. Özkan, W. Sander, Angewandte Chemie, Int. Ed. 7 , 56 (2017), 1760-1764.

 

Experiments in low-temperature matrices reveal that triplet diphenylcarbene inserts into the very strong B-F bond of BF3 in a two-step reaction. The first step is the formation of a strongly bound Lewis acid–base complex between the singlet state of diphenylcarbene and BF3. This step involves an inversion of the spin state of the carbene from triplet to singlet. The second step requires visible-light photochemical activation to induce a 1,2-F migration from boron to the adjacent carbon atom under formation of the formal insertion product of the carbene center into BF3. The 1,2-F migration is reversible under short-wavelength UV irradiation, thus leading back to the Lewis acid–base adduct.

Read our paper in Angew. Chem. Int. Ed.

 

Competitive solvent-molecule interactions govern primary processes of diphenylcarbene in solvent mixtures
J. Knorr, P. Sokkar, S. Schott, P. Costa, W. Thiel, W. Sander, E. Sanchez-Garcia, P. Nuernberger, Nature Communications 7 , Article number: 12968 (2016)

 

Photochemical reactions in solution often proceed via competing reaction pathways comprising intermediates that capture a solvent molecule. A disclosure of the underlying reaction mechanisms is challenging due to the rapid nature of these processes and the intricate identification of how many solvent molecules are involved. Here combining broadband femtosecond transient absorption and quantum mechanics/molecular mechanics simulations, we show for one of the most reactive species, diphenylcarbene, that the decision-maker is not the nearest solvent molecule but its neighbour. The hydrogen bonding dynamics determine which reaction channels are accessible in binary solvent mixtures at room temperature. In-depth analysis of the amount of nascent intermediates corroborates the importance of a hydrogen-bonded complex with a protic solvent molecule, in striking analogy to complexes found at cryogenic temperatures. Our results show that adjacent solvent molecules take the role of key abettors rather than bystanders for the fate of the reactive intermediate.

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Read RUB Press Release (German)

 

Azulenylcarbenes: Rearrangements on the C11H8 Potential Energy Surface
S. Henkel, C. H. Pollok, T. Schleif, W. Sander, Chem. Eur. J. 22 (2016), 12479-12486

 

Four isomeric azulenylcarbenes were synthesized in argon matrices by photolysis of the corresponding diazo precursors, and the photochemistry of these carbenes was studied. The carbenes and their rearranged products were characterized by IR, UV/Vis, and EPR spectroscopy, and the experimental data were compared to results from DFT calculations. While 2-, 5- and 6-azulenylcarbene show triplet ground states, 1-azulenylcarbene exhibits a singlet ground state, in accord with theoretical predictions. The rearrangements of the azulenylcarbenes give access to a number of unusual C11H8 isomers, such as other carbenes and strained allenes.

Read our paper in Chem. Eur. J.

 

 

 

Dr. Nicolas Efing,
geb. 1987 in Bocholt

2007 - 2013 Studium für das Lehramt an Gymnasien & Gesamtschulen (Ruhr-Universität Bochum)

2011 Bachelor of Arts (2-Fach-Bachelor, Chemie und Mathematik)

2013 Master of Education (Chemie und Mathematik)

2013 - 2017 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Didaktik der Chemie (Ruhr-Universität Bochum)

2017Promotion zum Dr. rer. nat. im Fach "Didaktik der Chemie" an der Ruhr-Universität Bochum, Tag der Disputation: 09.10.2017

 

Titel der Dissertation:
Gespräche über ein Low Cost-Aräometer
Entwicklung und Pilotierung eines methodischen Vorgehens zur effizienten Untersuchung von Eltern-Kind-Interaktion im Lehr-Lern-Arrangement KEMIE®

(Online-Veröffentlichung)

 

Auszeichnungen:

2014 Preis "5 x 5000" der Ruhr-Universität Bochum

 

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Dr. Annette Kakoschke,
geb. 1985 in Uwa (Russland)

2005 - 2010 Studium für das Lehramt an Gymnasien & Gesamtschulen (Ruhr-Universität Bochum)

2008 Bachelor of Science (2-Fach-Bachelor, Chemie & Mathematik)

2010 Master of Education (Chemie & Mathematik)

2010 - 2014 Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Didaktik der Chemie (Ruhr-Universität Bochum)

2014Promotion zum Dr. rer. nat. im Fach "Didaktik der Chemie" an der Ruhr-Universität Bochum, Tag der Disputation: 10.04.2014

 

Titel der Dissertation:
Wahrnehmung intendierter Lehrziele in einer Eltern-Kind-Intervention mit dem Schwerpunkt nature of science
(Als Buch erschienen im Sierke Verlag, Göttingen 2015)

 

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Dr. Helma Kleinhorst,
geb. 1984 in Lüdenscheid

2004 - 2009 Studium für das Lehramt an Gymnasien & Gesamtschulen (Ruhr-Universität Bochum)

2007 Bachelor of Science (2-Fach-Bachelor, Biologie & Chemie)

2009 Master of Education (Biologie & Chemie)

2009 - 2013 Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Didaktik der Chemie (Ruhr-Universität Bochum)

2013Promotion zum Dr. rer. nat. im Fach "Didaktik der Chemie" an der Ruhr-Universität Bochum, Tag der Disputation: 19.04.2013

 

Titel der Dissertation:
KEMIEplus - Konzeption und Wirksamkeit von Experimentiereinheiten mit dem Schwerpunkt "naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen" (Online-Veröffentlichung)

 

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Dr. Julia Lorke,
geb. 1983 in Düren

2002 - 2007 Studium für das Lehramt an Gymnasien & Gesamtschulen (Ruhr-Universität Bochum)

2005 Bachelor of Science (2-Fach-Bachelor, Biologie & Chemie)

2007 Master of Education (Biologie & Chemie)

2007 - 2011 Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Didaktik der Chemie (Ruhr-Universität Bochum)

2011Promotion zum Dr. rer. nat. im Fach "Didaktik der Chemie" an der Ruhr-Universität Bochum, Tag der Disputation: 14.01.2011

Titel der Dissertation:
Untersuchung zum Zusammenhang von Bild und Verständnis der Fachmethode Chromatographie - eine Mixed Methods-Studie in Schule und Schülerlabor. (Online-Veröffentlichung)

2011 - 2013 Referendarzeit am Zentrum für Schulpraktische Studien in Bonn; Abschluss: 2. Staatsexamen

2013 - 2015 Postdoc-Tätigkeit am Lehrstuhl der "Didaktik der Chemie" der Ruhr-Universität Bochum

Parallel: befristete Tätigkeit als Lehrerin am Clara-Schumann-Gymnasium Bonn

 

Stipendien und Preise:

2013 in Kooperation mit Dr. Rochus Schmid, "Bochumer Förderpreis Lehrerausbildung - Innovative Lehrkonzepte im Studiengang Master of Education" verliehen durch die Arbeitgeberverbände Ruhr/ Westfalen und die Professional School of Education

2010 "Wolfgang-Seel-Preis" zur "Förderung der Promotion von Lehrerinnen und Lehrern"

2009 Preis "lehrreich" der Ruhr-Universität Bochum

2008 - 2011 Promotionsstipendiatin des Alfried Krupp-Schülerlabors der Ruhr-Universität Bochum

01/2005 - 06/2005 Auslandssemester Cardiff University, Cardiff, Wales (Erasmus-Stipendium)

 

Auslandsaufenthalte:

02/2010 - 03/2010 Forschungsaufenthalt Techniquest, Cardiff, Wales (gefördert durch das "Programm zur Unterstützung besonderer Aktivitäten von Doktorandinnen und Doktoranden" der Ruhr-Universität)

 

 

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Dr. Adrian Russek,
geb. 1982 in Gelsenkirchen

2002 - 2007 Studium für das Lehramt an Gymnasien und Gesamtschulen (Ruhr-Universität Bochum)

2005 Bachelor of Science (2-Fach-Bachelor, Chemie & Geographie)

2007 Master of Education (Biologie, Chemie & Geographie)

2008 - 2011 Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Didaktik der Chemie (Ruhr-Universität Bochum)

2011Promotion zum Dr. rer. nat. im Fach "Didaktik der Chemie" an der Ruhr-Universität Bochum, Tag der Disputation: 21.01.2011

 

Titel der Dissertation:
Kinder erleben mit ihren Eltern Chemie - Entwicklung und Evaluation von speziellen Experimentierangeboten mit dem Schwerpunkt naturwissenschaftliche Denk- und Arbeitsweisen
(Als Buch erschienen im Sierke Verlag, Göttingen 2011)

 

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Dr. Anja Sauer,
geb. 1985 in Magdeburg

2004 - 2009 Studium für das Lehramt an Gymnasien (Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg)

2009 1. Staatsexamen (Chemie & Mathematik)

2010 - 2012 Referendariat am Gymnasium Wanne in Herne

2012 2. Staatsexamen (Chemie & Mathematik)

2012 - 2015 Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Didaktik der Chemie (Ruhr-Universität Bochum)

 

Titel der Dissertation:
Materialwissenschaft im Schulbuch
Eine Analyse materialwissenschaftlicher Inhalte in Chemie-Schulbüchern mit einem Methodenvergleich für die Frequenz- und Raumanalyse

(Als Buch erschienen im Verlag Julius Klinkhardt, Bad Heilbrunn 2017)

 

 

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Dr. Susanne Schaffer (geb. Metzger),
geb. 1974 in Nürnberg

1994 - 1999 Studium für das Lehramt an Realschulen (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg)

1999 1. Staatsexamen (Chemie & Mathematik)

1999 - 2002 Mitarbeiterin beim Verlag Nürnberger Presse Druckhaus Nürnberg GmbH & Co

2003 - 2004 Wissenschaftliche Mitarbeiterin am GDCh-Lehrerfortbildungszentrum (Didaktik der Chemie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg)

2004 - 2007 Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Professur für Didaktik der Chemie (Ruhr-Universität Bochum)

2007Promotion zum Dr. phil. im Fach "Didaktik der Chemie" an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Tag der Disputation: 02.11.2007

 

Titel der Dissertation:
Schülerübungen im Chemieunterricht der bayerischen Realschule - Eine empirische Untersuchung unter besonderer Berücksichtigung naturwissenschaftlicher Denk- und Arbeitsweisen.
(Als Buch erschienen im Sierke Verlag, Göttingen 2008)

 

 

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Dr. Thomas Philipp Schröder,
geb. 1988 in Bochum

10/2007 - 11/2012 Studium für das Lehramt an Gymnasien & Gesamtschulen für die Fächer Biologie und Chemie an der Ruhr-Universität Bochum

2010 Bachelor of Science (Chemie und Biologie) an der Ruhr-Universität Bochum
Titel der Bachelorarbeit: Funktionale Expression und Aktivierung von humanen TAAR-Rezeptoren durch biogene Amine (Zellbiologie).

2012 Master of Education (Chemie und Biologie) an der Ruhr-Universität Bochum
Titel der Masterarbeit: Modulation der physiologischen Stressreaktion durch sensorische Stimuli (Biologiedidaktik).

2013 - 2016 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Didaktik der Chemie (Ruhr-Universität Bochum)

2017Promotion zum Dr. rer. nat. im Fach "Didaktik der Chemie" an der Ruhr-Universität Bochum, Tag der Disputation: 15.05.2017

 

Titel der Dissertation:
Validierungsparameter für Schulexperimente - Dargestellt an Modellexperimenten für Industrielle Prüfverfahren
(Online-Veröffentlichung)

 

Stipendien und Preise:

2007: "GDCh-Preis für den jahrgangsbesten Abiturienten im Fach Chemie"

2013: "Poster Award" bei der BMBF-Tagung "Publizieren in Zeitschriften für Forschung und Unterrichtspraxis"

2013: Stipendium Ruth-und Gert Massenberg-Stiftung

 

 

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Dr. Henning Steff,
geb. 1985 in Duisburg

2006 - 2012 Studium für das Lehramt an Gymnasien & Gesamtschulen (Ruhr-Universität Bochum)

2009 Bachelor of Science (2-Fach-Bachelor, Biologie & Chemie)

2012 Master of Education (Biologie & Chemie)

2012 - 2015 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Didaktik der Chemie (Ruhr-Universität Bochum)

2015Promotion zum Dr. rer. nat. im Fach "Didaktik der Chemie" an der Ruhr-Universität Bochum, Tag der Disputation: 01.07.2015

 

Titel der Dissertation:
Untersuchungungen über Modellexperimente des Chemieunterrichts - dargestellt am Beispiel der Mehlstaubexplosion (Online-Veröffentlichung)

 

Stipendien und Preise:

2012 "Wilke-Preis der Fakultät für Chemie und Biochemie der Ruhr-Universität Bochum"

2012 Bochumer Förderpreis Lehrerbildung - Förderlinie 3: "Wissenschaft trifft Schule"

10/2008 - 03/2012 Studienförderung durch die Konrad-Adenauer-Stiftung

 

 

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Dr. Robert Wieczorek,
geb. 1981 in Wuppertal

2000 - 2005 Studium für das Lehramt an Gymnasien & Gesamtschulen (Ruhr-Universität Bochum)

2005 1. Staatsexamen (Biologie & Chemie)

2006 - 2009 Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Didaktik der Chemie (Ruhr-Universität Bochum)

2008Promotion zum Dr. rer. nat. im Fach "Didaktik der Chemie" an der Ruhr-Universität Bochum, Tag der Disputation: 11.12.2008

 

Titel der Dissertation:
Das Citrusflavonoid und Antioxidationsmittel Naringin - Experimentelle Erschließung und didaktisch methodische Umsetzung für Schule und Hochschule unter besonderer Berücksichtigung gestufter Lernhilfen.
(Als Buch erschienen im Sierke Verlag , Göttingen 2009)

 

Stipendien und Preise:

2007 "Wolfgang-Seel-Preis" zur "Förderung der Promotion von Lehrerinnen und Lehrern"

 

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