English

Within the scope of this dissertation, the interactions between cellulose-surfaces and miscellaneous ligands have been examined and a web-service for the interactive generation of animations for several organic one- and multi-step reactions has been implemented. Cellulose, the most abundant biopolymer on earth, is at all times a very important material. To modify this material by surface treatment and by this way customizing the surface for industrial requirements in an optimal way, theoretical methods and computer-simulations gain more and more importance for the predictions of molecular interaction, i. e for the question, if a given substance and surface show a desirable interaction. With this background, we have developed a method, which, by a combinations of Monte-Carlo (MC) docking and Molecular Dynamic (MD) simulations, allows positioning of ligands on a cellulose-surface and monitoring of their mobility within the time frame of the MD-simulation. We have employed a multi-stage numeric analysis-procedure, based on radial distribution functions (RDF) between ligand- and cellulose-atoms, which allows for a half-quantitative evaluation of the mobility of ligands on cellulose surface. The visualisation of chemical reactions by computer-animations shall establish a better understanding of the course of reaction-mechanisms on a molecular level. In lectures ready-made animations are a useful tool for the lecturer to impart knowledge on reaction sequences. With iORAo [1] an interactive system has been developed for the creation of 3D-animations and also of multi-step reactions, which allows the user to interact actively with the scene by manipulating the involved molecules and by this way altering the result of the reaction outcome. This shall primarily encourage the student to study the influence of different functional groups on the reaction. iORAo is freely available via the Internet and is designed as an open platform which allows an extension of the content with additional reaction-types as well as the translation into other languages. [1] Stueker, O. iORAo: Interactive Organic Reaction Animation Online. http://oc24.uni-paderborn.de/iorao (visited 2008)

Deutsch

Im Rahmen dieser Dissertation wurden die Wechselwirkungen zwischen Celluloseoberflächen und verschiedenen Liganden untersucht sowie ein Webservice zur interaktiven Erstellung von Animationen für verschiedene ein- und mehrstufige organische Reaktionen entwickelt. Cellulose, das häufigste Biopolymer der Erde, ist seit jeher ein sehr wichtiges Material. Unter der Prämisse, diesen Werkstoff durch Oberflächenbehandlung zu modifizieren und so an die Anforderungen und Bedürfnisse optimal anzupassen, gewinnt es immer mehr an Bedeutung, im Vorfeld mit Hilfe von theoretischen Methoden und Computer-Simulationen Vorhersagen zu treffen, wie gut diese Stoffe mit der Cellulose interagieren und an diese gebunden werden. Dafür wurde ein Verfahren entwickelt, das durch die Kombination von Monte-Carlo (MC)-Docking und Molekular Dynamik (MD)-Simulationen erlaubt, Liganden auf einer Cellulose-Oberfläche zu positionieren und deren Mobilität in einer MD-Simulation zu beobachten. Für eine halbquantitative Beurteilung der Beweglichkeit wurde ein mehrstufiges numerisches Auswertungsverfahren auf der Basis von radialen Verteilungsfunktionen (RDF) zwischen Ligand- und Cellulose-Atomen erarbeitet. Die Visualisierung chemischer Reaktionen in Form von Computeranimationen soll ein besseres Verständnis der Abläufe von Reaktionsmechanismen auf molekularer Ebene ermöglichen. In der Lehre sind vorgefertigte Animationen vor allem ein Hilfsmittel für den Lehrenden, um das Wissen über die Abläufe zu vermitteln. Mit iORAo [1] wurde ein interaktives System zur Erstellung von dreidimensionalen Animationen auch mehrstufiger organischer Reaktionen entwickelt, das es dem Benutzer erlaubt, durch Manipulation der beteiligten Moleküle aktiv in das Geschehen einzugreifen und das Ergebnis zu verändern. Dies soll vor allem den Lernenden dazu veranlassen, den Einfluss verschiedener funktioneller Gruppen auf die Reaktionen und deren Verlauf zu studieren. iORAo ist über das Internet frei zugänglich und so konzipiert, dass es leicht in andere Sprachen übersetzt und einfach um weitere Reaktionen erweitert werden kann. [1] Stueker, O. iORAo: Interactive Organic Reaction Animation Online. http://oc24.uni-paderborn.de/iorao (visited 2008)