Kraftfeldberechnungen und Berechnung von NMR-Verschiebungen an Cellulose und Cellulosederivaten und deren Modellverbindungen

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Ausgehend von dem Wissen über die Kristallstrukturen von Cellulose Ia, Ib und II sollen deren Festkörper-13C-NMR-Spektren sowie die Spektren von amorphen und derivatisierten Cellulosen berechnet werden. In Zusammenarbeit mit experimentell arbeitenden Gruppen soll die Anisotropie der 13C-chemischen Verschiebung zu Strukturaussagen ausgenutzt werden. Dazu ist die Simulation von 2D-iso-aniso-Spektren vorgesehen.Durch Moleküldynamiksimulationen mit dem neu entwickelten Kraftfeld sollen der Übergang von amorphen zu kristalliner Cellulose simuliert werden. Dieses Kraftfeld arbeitet mit fluktuierenden Atomladungen und es können auf diese Weise in der elektrostatischen Wechselwirkungsenergie alle Polarisationen berücksichtigt werden. Durch Berechnung der 13C-NMR-Spektren amorpher Cellulose und den Vergleich mit dem Experiment soll ein Zugang zur Diskussion der Struktur amorpher Cellulose geschaffen werden.Ausgehend von den gewonnenen Zusammenhängen zwischen Struktur und chemischer Verschiebung sollen Untersuchungen zur Geometrie glykosidischer Brückenbindungen erarbeitet werden. Die chemische Verschiebung ist weiterhin ein wichtiger Indikator für das Vorliegen von Wasserstoffbrückenbindungen. Die MM/MD-Berechnungen sollen einen Beitrag zum Verständnis der energetischen Verhältnisse bei der Ausbildung des Netzwerks der Wasserstoffbrücken liefern.Aus NMR-Experimenten an gelösten Cellulosen und Sacchariden soll die 3D-Struktur dieser Moleküle mit MM/MD-Methoden aufgeklärt werden. Dazu sollen NMR-spektroskopische Randbedingungen in die Molekülmechanik als Pseudokräfte integriert werden. Diese Methode soll auch auf die Struktur von komplexierten Cellulosen oder deren Ausgangsverbindungen Anwendung finden.