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Theoretische Chemie

Unsere zentralen Forschungsgebiete sind die Theoretische Chemie und insbesondere die Quantenchemie. Wir befassen uns mit der Entwicklung von theoretischen Methoden, hauptsächlich für große Moleküle, und wir tragen durch theoretische Rechnungen an konkreten chemischen Problemen zu deren Lösung bei, meist in enger Kooperation mit experimentellen Partnern.

  • ab initio Methoden
  • Dichtefunktionaltheorie
  • semiempirische Verfahren
  • kombinierte quantenmechanische/molekülmechanische Methoden

Anwendungen aus diesen Gebieten umfassen die Vibrations-Rotations-Spektroskopie kleiner Moleküle, katalytische Reaktionen von Übergangsmetallverbindungen, die Dynamik elektronisch angeregter Zustände und enzymatische Reaktionen. Sie reichen somit von hochgenauen Rechnungen an kleinen Molekülen bis zur Modellierung sehr komplexer Systeme mit Tausenden von Atomen.

Walter Thiel

Prof. Dr. Walter Thiel

seit 2001
Honorarprofessor, Universität Düsseldorf
seit 1999
Direktor, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung
1992–1999
Professor, Universität Zürich
1987
Gastpofessor, University of California at Berkeley
1983–1992
C3-Professor, Universität Wuppertal
1981
Habilitation, Universität Marburg
1973–1975
Post-Doc, University of Texas at Austin (M.J.S. Dewar)
1973
Promotion, Universität Marburg (A. Schweig)
1966–1971
Chemiestudium, Universität Marburg
1949
geboren in Treysa, Deutschland
2013
ERC Advanced Grant, Europäischer Forschungsrat
2012
Liebig-Denkmünze, Gesellschaft Deutscher Chemiker
2008
Mitglied, Nordrhein-Westfälische Akademie der Wissenschaften
2007
Mitglied, International Academy of Quantum Molecular Sciences
2007
Mitglied, Deutsche Akademie der Naturforscher Leopoldina
2002
Schrödinger Medaille, World Association of Theoretical Chemists
1988
Förderpreis, Alfried-Krupp Stiftung
1982
Heisenbergstipendium, Deutsche Forschungsgemeinschaft
1975
Liebigstipendium, Verband der Chemischen Industrie
seit 2012
Mitglied des Vorstands, Gesellschaft Deutscher Chemiker
seit 2012
Editorial Advisory Board, Accounts of Chemical Research
2012–2013
Editorial Advisory Board, ACS Catalysis
seit 2011
Präsident, World Association of Theoretical and Computational Chemists
seit 2011
Mitglied des Internationalen Advisory Board, Institut für Organische Chemie und Biochemie, Prag, CZ
2010
Vorsitzender, Gordon Conference on Computational Chemistry
seit 2009
Mitglied des International Advisory Board, State Key Laboratory of Physical Chemistry (PCOSS), Xiamen, China
seit 2008
Associate Editor, WIRES: Computational Molecular Sciences
2006–2013
Mitglied des Kuratoriums, Angewandte Chemie
2006–2012
Vorsitzender, BAR-Ausschuss der Max-Planck-Gesellschaft
2006–2008
Geschäftsführender Direktor, Max-Planck-Institut für Kohlenforschung
seit 2004
Mitglied des Scientific Advisory Board, Lise-Meitner Minerva Center for Quantum Chemistry, Jerusalem/Haifa, Israel
2004–2007
Mitglied, Ständiger Ausschuss der Bunsengesellschaft
2002–2008
Section Editor, Encyclopedia of Computational Chemistry
2001–2005
Vorsitzender, Arbeitsgemeinschaft Theoretische Chemie
2000–2008
Fachkollegiat, Deutsche Forschungsgemeinschaft
2000–2006
Mitglied des Lenkungsausschusses, Höchstleistungsrechenzentrum Bayern
seit 1998
Advisory Editor, Journal of Computational Chemistry
seit 1997
Advisory Editor, Theoretical Chemistry Accounts
1990–1992
Sprecher, DFG-Forschergruppe: Reaktive Moleküle
1986–1992
Mitglied des Vorstands, Institut für Angewandte Informatik, Wuppertal
2014

(514) Q. Zhang, X. Chen, G. Cui, W.-H. Fang und W. Thiel, Angew. Chem. 126, 8793-8797 (2014); Angew. Chem., Int. Ed. 53, 8649-8653 (2014).
Concerted Asynchronous Hula-Twist Photoisomerization in the S65T/H148D Mutant of Green Fluorescent Protein.

(513) W. Thiel, Angew. Chem. 126, 8748-8757 (2014); Angew. Chem., Int. Ed. 53, 8605-8613 (2014).
Computational Catalysis – Past, Present, and Future.

(512) G. Cui und W. Thiel, J. Phys. Chem. Lett. 5, 2682-2687 (2014).   
Intersystem Crossing Enables 4-Thiothymidine to Act as a Photosensitizer in Photodynamic Therapy: An Ab Initio QM/MM Study.

(511) L. Gu, G. Gopakumar, P. Gualco, W. Thiel und M. Alcarazo, Chem. Eur. J. 20, 8575-8578 (2014).
Bis- and Tris(pyrazoyl)borate/Methane Stabilized PIII-centered Cations.

(510) K. Sen, R. Crespo-Otero, W. Thiel und M. Barbatti, Comput. Theor. Chem. 1040-1041, 237-242 (2014).
Electronic Structure of Fullerene-Squaraine Complexes for Photovoltaic Devices.

(509) S. Shaik, H. Chen, D. Usharani und W. Thiel, in: Drug Metabolism Prediction, J. Kirchmair (Hrsg.), Wiley-VCH, Weinheim, 2014; Kapitel 6, S. 133-177.
QM/MM Studies of Structure and Reactivity of Cytochrome P450 Enzymes: Methodology and Selected Applications.

(508) D. Escudero und W. Thiel, J. Chem. Phys. 140, 194105/1-8 (2014).
Assessing the density functional theory-based multireference configuration interaction (DFT/MRCI) method for transition metal complexes.

(507) T. Saito und W. Thiel, J. Phys. Chem. B 118, 5034-5043 (2014).
Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Study of Oxygen Binding in Hemocyanin.

(506) E. Boulanger und W. Thiel, J. Chem. Theory Comput. 10, 1795-1809 (2014).
Toward QM/MM Simulation of Enzymatic Reactions with the Drude Oscillator Polarizable Force Field.

(505) K. Sen und W. Thiel, J. Phys. Chem. B 118, 2810-2820 (2014).
Role of Two Alternate Water Networks in Compound I Formation in P450EryF.

(504) C. M. Marian, S. Nakagawa, V. Rai-Constapel, B. Karasulu und W. Thiel, J. Phys. Chem. B 118, 1743-1753 (2014).
Photophysics of Flavin Derivatives Absorbing in the Blue-Green Region: Thioflavins as Potential Cofactors of Photoswitches.

(503) L. Spörkel, G. Cui, A. Koslowski und W. Thiel, J. Phys. Chem. A 118, 152-157 (2014).
Nonequilibrium H/D Isotope Effects from Trajectory-based Nonadiabatic Dynamics.

(502) G. Seidel, B. Gabor, R. Goddard, B. Heggen, W. Thiel und A. Fürstner, Angew. Chem. 126, 898-901 (2014); Angew. Chem., Int. Ed. 53, 879-882 (2014).
Gold Carbenoids: Lessons Learnt from a Transmetalation Approach.

(501) J. A. Gámez, A. Koslowski und W. Thiel, RSC Adv. 4, 1886-1889 (2014).
Enhanced E → Z Photoisomerisation in 2-Aminoazobenzene.

(500) W. Thiel, WIREs Comput. Mol. Sci. 4, 145-157 (2014).
Semiempirical Quantum-Chemical Methods.

2013
(499) J. Carreras, G. Gopakumar, A. Gimeno, P. Linowski, J. Petuškova, W. Thiel und M. Alcarazo, J. Am. Chem. Soc. 135, 18815-18823 (2013).
Polycationic Ligands in Gold Catalysis: Synthesis and Applications of Extremely π-Acidic Catalysts.

(498) J. P. Götze, B. Karasulu und W. Thiel, J. Chem. Phys. 139, 234108/1-8 (2013).
Computing UV/vis Spectra from the Adiabatic and Vertical Franck-Condon Schemes with the Use of Cartesian and Internal Coordinates.

(497) A. Yachmenev, I. Polyak und W. Thiel, J. Chem. Phys. 139, 204308 (2013).
Theoretical Rotation-Vibration Spectrum of Thioformaldehyde.
 
(496) W. Thiel und G. Hummer, Nature 504, 96-97 (2013).
Nobel 2013 Chemistry: Methods for Computational Chemistry.
 
(495) W. Thiel, Nachr. Chem. 61, 1095-1096 (2013).
Komplexe chemische Systeme realistisch modellieren.
 
(494) C. Loerbroks, R. Rinaldi und W. Thiel, Chem. Eur. J. 19, 16282-16294 (2013).
The Electronic Nature of 1,4-β-Glycosidic Bond and its Chemical Environment: DFT Insights into Cellulose Chemistry.
 
(493) D. Escudero, E. Heuser, R. J. Meier, M. Schäferling, W. Thiel und E. Holder, Chem. Eur. J. 19, 15639-15644 (2013).
Unveiling Photodeactivation Pathways for a New Iridium(III) Cyclometalated Complex.
 
(492) S. N. Yurchenko, J. Tennyson, R. J. Barber und W. Thiel, J. Mol. Spectrosc. 291, 69-76 (2013).
Vibrational Transition Moments of CH4 from First Principles.
 
(491) R.-Z. Liao und W. Thiel, J. Comput. Chem. 34, 2389-2397 (2013).
Convergence in the QM-only and QM/MM Modeling of Enzymatic Reactions: A Case Study for Acetylene Hydratase.

(490) G. Cui, X.-Y. Cao, W.-H. Fang, M. Dolg und W. Thiel, Angew. Chem. 125, 10471-10475 (2013); Angew. Chem. Int. Ed. 52, 10281-10285 (2013).
Photoinduced Gold(I)‒Gold(I) Chemical Bonding in Dicyanoaurate Oligomers.

(489) B. Karasulu, M. Patil und W. Thiel, J. Am. Chem. Soc. 135, 13400-13413 (2013).
Amine Oxidation Mediated by Lysine-Specific Demethylase 1: Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Insights into Mechanism and Role of Lysine 661.

(488) M. R. Silva-Junior, M. Mansurova, W. Gärtner und W. Thiel, ChemBioChem 14, 1648-1661 (2013).
Photophysics of Structurally Modified Flavin Derivates in the Blue-Light Photoreceptor Ytva: A Combined Experimental and Theoretical Study.

(487) R. Marquardt, K. Sagui, J. Zheng, W. Thiel, D. Luckhaus, S. Yurchenko, F. Mariotti und M. Quack, J. Phys. Chem. A 117, 7502-7522 (2013).
Global Analytical Potential Energy Surface for the Electronic Ground State of NH3 from High Level ab Initio Calculations.

(486) I. Polyak, T. Benighaus, E. Boulanger und W. Thiel, J. Chem. Phys. 139, 064104/1-11 (2013).
Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Dual Hamiltonian Free Energy Perturbation.

(485) I. Polyak, E. Boulanger, K. Sen und W. Thiel, Phys. Chem. Chem. Phys. 15, 14188-14195 (2013).
A Microiterative Intrinsic Reaction Coordinate Method for Large QM/MM Systems.

(484) E. Boulanger, A. Anoop, D. Nachtigallova, W. Thiel und M. Barbatti, Angew. Chem. 125, 8158-8161 (2013); Angew. Chem. Int. Ed. 52, 8000-8003 (2013).
Photochemical Steps in the Prebiotic Synthesis of Purine Precursors from HCN.

(483) J. A. Gámez, O. Weingart, A. Koslowski und W. Thiel, Phys. Chem. Chem. Phys. 15, 11814-11821 (2013).
Periodic Decay in the Photoisomerisation of p-Aminobenzene.

(482) X. Wu, W. Thiel, S. Pezeshki und H. Lin, J. Chem. Theory Comput. 9, 2672-2686 (2013).
Specific Reaction Path Hamiltonian for Proton Transfer in Water: Reparameterized Semiempirical Models.
 
(481) L. Spörkel, G. Cui und W. Thiel, J. Phys. Chem. A 117, 4574-4583 (2013).
Photodynamics of Schiff Base Salicylideneaniline: Trajectory Surface-Hopping Simulations.
 
(480) D. Audisio, G. Gopakumar, L.-G. Xie, L. G. Alves, C. Wirtz, A. M. Martins, W. Thiel, C. Farès und N. Maulide, Angew. Chem. 125, 6434-6438 (2013); Angew. Chem. Int. Ed. 52, 6313-6316 (2013).
Palladium-Catalyzed Allylic Substitution at Four Membered Cyclic Systems: Formation of ƞ1-Allyl Complexes and Electrocyclic Ring Opening.
 
(479) R. C. Fortenberry, X. Huang, A. Yachmenev, W. Thiel und T. J. Lee,  Chem. Phys. Lett. 574, 1-12 (2013).
On the Use of Quartic Force Fields in Variational Calculations.
 
(478) D. Kumari, H. Singh, M. Patil, W. Thiel, C. S. Pant und S. Banerjee, Thermochim. Acta 562, 96-104 (2013).
Synthesis, Characterization, Thermal and Computational Studies of Novel Tetra-Azido Esters as Energetic Plasticizers.
 
(477) X. Huang, M. Patil, C. Farès, W. Thiel und N. Maulide, J. Am. Chem. Soc. 135, 7312-7323 (2013).
Sulfur (IV)-Mediated Transformations: From Ylide Transfer to Metal-Free Arylation of Carbonyl Compounds.

(476) S. Khan, G. Gopakumar, W. Thiel und M. Alcarazo, Angew. Chem. 125, 5755-5758 (2013); Angew. Chem. Int. Ed. 52, 5644-5647 (2013).
Stabilization of Two-Coordinate [GeCl]+ Cation by Simultaneous σ and π Donation from a Monodentate Carbodiphosphorane.

(475) I. Polyak, M. T. Reetz und W. Thiel, J. Phys. Chem. B 117, 4993-5001 (2013).
Quantum Mechanical/Molecular Mechanical Study on the Enantioselectivity of the Enzymatic Baeyer-Villiger Reaction of 4-Hydroxycyclohexanone.

(474) O. Lifchits, M. Mahlau, C. M. Reisinger, A. Lee, C. Farès, I. Polyak, G. Gopakumar, W. Thiel und B. List, J. Am. Chem. Soc. 135, 6677-6693 (2013).
The Chinchona Primary Amine-Catalyzed Asymmetric Epoxidation and Hydroperoxidation of α,β-Unsaturated Carbonyl Compounds with Hydrogen Peroxide.


(473) R.-Z. Liao und W. Thiel, J. Phys. Chem. B 117, 3954-3961 (2013).
On the Effect of Varying Constraints in the Quantum Mechanics Only Modeling of Enzymatic Reactions: The Case of Acetylene Hydratase.


(472) M. Patil, C. Loerbroks und W. Thiel, Org. Lett. 15, 1682-1685 (2013).
Mechanism of the Pummerer Reaction: A Computational Study.


(471) J. P. Götze und W. Thiel, Chem. Phys. 415, 247-255 (2013).
TD-DFT and DFT/MRCI Study of Electronic Excitations in Violaxanthin and Zeaxanthin.


(470) Á. Kozma, G. Gopakumar, C. Farès, W. Thiel und M. Alcarazo, Chem. Eur. J. 19, 3542-3546 (2013).
Synthesis and Structure of Carbene-stabilized N-centered Cations [L2N] +, [L2NR]2+, [LNR3]2+ and [L3N]3+.


(469) R. Crespo-Otero, K. Bravo-Rodriguez, S. Roy, T. Benighaus, W. Thiel, W. Sander und E. Sánchez-García, ChemPhysChem, 14, 805-811 (2013).
Interactions of Aromatic Radicals with Water.


(468) I. Čorić, J. H. Kim, T. Vlaar, M. Patil, W. Thiel und B. List, Angew. Chem. 125, 3574-3577 (2013); Angew. Chem. Int. Ed. 52, 3490-3493 (2013).
Brønsted Acid Catalyzed Asymmetric SN2-Type O-Alkylations.

(467) R.-Z. Liao und W. Thiel, J. Phys. Chem. B 117, 1326-1336 (2013).
Determinants of Regioselectivity and Chemoselectivity in Fosfomycin Resistance Protein FosA from QM/MM Calculations.


(466) C. Grebner, J. Kästner, W. Thiel und B. Engels, J. Chem. Theory Comput. 9, 814-821 (2013).
A New Tabu-Search-Based Algorithm for Solvation of Proteins.

(465) K. Sen, R. Crespo-Otero, O. Weingart, W. Thiel und M. Barbatti, J. Chem. Theory Comput. 9, 533-542 (2013).
Interfacial States in Donor-Acceptor Organic Heterojunctions: Computational Insights into Thiophene-Oligomer/Fullerene Junctions.

(464) G. Cui und W. Thiel, Angew. Chem. 125, 451-454 (2013); Angew. Chem. Int. Ed. 52, 433-436 (2013).
Photoinduced Ultrafast Wolff Rearrangement: A Non-Adiabatic Dynamics Perspective.
2012

(463) S. N. Yurchenko, W. Thiel und P. Jensen, AIP Conf. Proc. 1504, 491-494 (2012).
Rotation-Vibration Energy Level Cluster Formation in Three- and Four-atomic Molecules.

(462)  E. Boulanger und W. Thiel, J. Chem. Theory Comput. 8, 4527-4538 (2012).
Solvent Boundary Potentials for Hybrid QM/MM Computations Using Classical Drude Oscillators: A Fully Polarizable Model.

(461)  T. Saito und W. Thiel, J. Phys. Chem. A 116, 10864-10869 (2012).
Analytical Gradients for Density Functional Calculations with Approximate Spin Projection.

(460)  J. Carreras, M. Patil, W. Thiel und M. Alcarazo, J. Am. Chem. Soc. 134, 16753-16758 (2012).
Exploiting the π-Acceptor Properties of Carbene-Stabilized Phosphorus Centered Trications [L3P]3+: Applications in Pt(II) Catalysis.

(459) R.-Z. Liao und W. Thiel, J. Chem. Theory Comput. 8, 3793-3803 (2012).
Comparison of QM-Only and QM/MM Models for the Mechanism of Tungsten-dependent Acetylene Hydratase.

(458) H. Teller, M. Corbet, L. Mantilli, G. Gopakumar, R. Goddard, W. Thiel und A. Fürstner, J. Am Chem. Soc. 134, 15331-15342 (2012).
One-point Binding Ligands for Asymmetric Gold Catalysis: Phosphoramidites with a TADDOL-Related But Acyclic Backbone.

(457) G. Cui und W. Thiel, Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 12378-12384 (2012).
Nonadiabatic Dynamics of a Truncated Indigo Model.

(456) J. B. Schönborn, A. Koslowski, W. Thiel und B. Hartke, Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 12193-12201 (2012). Photochemical Dynamics of E-iPr-Furylfulgide.

(455) Q. Sun, Z. Li, Z. Lan, C. Pfisterer, M. Doerr, S. Fischer, S. C. Smith und W. Thiel, Phys. Chem. Chem. Phys.14 , 11413-11424 (2012).
Isomerization Mechanism of the HcRed Fluorescent Protein Chromophore.

(454) R.-Z. Liao und W. Thiel, J. Phys. Chem. B. 116, 9396-9408 (2012).
Why is the Oxidation State of Iron Crucial for the Activity of Heme-dependent Aldoxime Dehydratase? A QM/MM Study.

(453) M. Patil und W.Thiel, Chem. Eur. J. 18, 10408-10418 (2012).
Origin of Selectivity of Tsuji-Trost Allylic Alkylation of Lactones: Highly Ordered Transition States with Lithium-Containing Enolates.

(452) Y.-W. Hsiao, J. Götze und W. Thiel, J. Phys. Chem. B 116, 8064-8073 (2012).
The Central Role of Gln63 for the Hydrogen Bonding Network and UV-Visible Spectrum of the AppA BLUF Domain.

(451) M. Barbatti, Z. Lan, R. Crespo-Otero, J. J. Szymczak, H. Lischka und W. Thiel, J. Chem. Phys. 137, 22A503/1-14 (2012).
Critical Appraisal of Excited-State Nonadiabatic Dynamics Simulations of 9H-Adenine.

(450) J. A. Gámez, O. Weingart, A. Koslowski und W. Thiel, J. Chem. Theory Comput. 8, 2352-2358 (2012).
Cooperating Dinitrogen and Phenyl Rotations in trans-Azobenzene Photoisomerization.

(449) X. Wu, A. Koslowski und W. Thiel, J. Chem. Theory Comput. 8, 2272-2281 (2012).
Semiempirical Quantum Chemical Calculations Accelerated on a Hybrid Multi-core CPU-GPU Computing Platform.

448) B. Heggen, Z. Lan und W. Thiel, Phys. Chem. Chem. Phys. 14, 8137-8146 (2012).
Nonadiabatic Decay Dynamics of 9H-Guanine in Aqueous Solution.

(447) G. Cui, Y. Lu und W. Thiel, Chem. Phys. Lett. 537, 21-26 (2012).
Electronic Excitation Energies, Three-State Intersections, and Photodissociation Mechanisms of Benzaldehyde and Acetophenone.

(446) Y. Lu, Z. Lan und W. Thiel, J. Comput. Chem. 33, 1225-1235 (2012).
Monomeric Adenine Decay Dynamics Influenced by the DNA Environment.

(445) H. Gómez, I. Polyak, W. Thiel, J. M. Lluch und L. Masgrau, J. Am. Chem. Soc. 134, 4743-4752 (2012).
Retaining Glycosyltransferase Mechanism Studied by QM/MM Methods: Lipopolysaccharyl-α-1,4-galactosyltransferase C Transfers α-Galactose via an Oxocarbenium Ion-Like Transition State.

(444) Z. Lan, Y. Lu, O. Weingart und W. Thiel, J. Phys. Chem. A 116, 1510-1518 (2012).
Nonadiabatic Decay Dynamics of a Benzylidene Malononitrile.

(443) I. Polyak, M. T. Reetz und W. Thiel, J. Am. Chem. Soc. 134, 2732-2741 (2012).
QM/MM Study on the Mechanism of the Enzymatic Baeyer-Villiger Reaction.

(442) K. Meier, W. Thiel und W. F. van Gunsteren, J. Comput. Chem. 33, 363-378 (2012).
On the Effect of a Variation of the Force Field, Spatial Boundary Condition and Size of the QM Region in QM/MM MD Simulations.

(441) E. W. Hernández-Rodríguez, E. Sánchez-García, R. Crespo-Otero, A. L. Montero-Alejo, L. A. Montero und W. Thiel, J. Phys. Chem. B 116, 1060-1076 (2012).
Understanding Rhodopsin Mutations Linked to the Retinitis Pigmentosa Disease: a QM/MM and DFT/MRCI Study.

(440) G. Cui, Z. Lan und W. Thiel, J. Am. Chem Soc. 134, 1662-1672 (2012).
Intramolecular Hydrogen Bonding Plays a Crucial Role in the Photophysics and Photochemistry of the GFP Chromophore.

(439) J. Cao, R. Bjornsson, M. Bühl, W. Thiel und T. van Mourik, Chem. Eur. J. 18, 184-195 (2012).
Modelling Zwitterions in Solution: 3-Fluoro-γ-Aminobutyric Acid (3F-GABA).
 

2011

(438) J. Petǔskova, M. Patil, S. Holle, C. W. Lehmann, W. Thiel und M. Alcarazo, J. Am. Chem. Soc. 133, 20758-20760 (2011).
Synthesis, Structure, and Reactivity of Carbene-Stabilized Phosphorus(III)-Centered Trications [L3P]3+.

(437) T. C. Ramalho, D. H. Pereira und W. Thiel, J. Phys. Chem. A 115, 13504-13512 (2011).
Thermal and Solvent Effects on NMR Indirect Spin-Spin Coupling Constants of a Prototypical Chagas Disease Drug.

(436) D. Doron, D. T. Major, A. Kohen, W. Thiel und X. Wu, J. Chem. Theory Comput. 7, 3420-3437 (2011).
Hybrid Quantum and Classical Simulations of the Dihydrofolate Reductase Catalyzed Hydride Transfer Reaction on an Accurate Semi-Empirical Potential Energy Surface.

(435) W. Thiel, Angew. Chem. 123, 9382-9384 (2011); Angew. Chem. Int. Ed. 50, 9216-9217 (2011).
Theoretical Chemistry—Quo Vadis?

(434) P. Meletis, M. Patil, W. Thiel, W. Frank und M. Braun, Chem. Eur. J. 17, 11243-11249 (2011).
Enantioselective and Diastereoselective Tsuji-Trost Allylic Alkylation of Lactones: An Experimental and Computational Study.

(433) M. Korth und W. Thiel, J. Chem. Theory Comput. 7, 2929-2936 (2011).
Benchmarking Semiempirical Methods for Thermochemistry, Kinetics, and Non-convalent Interactions: OMx Methods are almost as Accurate and Robust as DFT-GGA Methods for Organic Molecules.

(432) B. Inés, M. Patil, J. Carreras, R. Goddard, W. Thiel und M. Alcarazo, Angew. Chem. 123, 8550-8553 (2011); Angew. Chem. Int. Ed. 50, 8400-8403 (2011).
Synthesis, Structure, and Reactivity of a Dihydrido Borenium Cation.

(431) S. N. Yurchenko, R. J. Barber, J. Tennyson, W. Thiel und P. Jensen, J. Mol. Spectrosc. 268, 123-129 (2011).
Towards Efficient Refinement of Molecular Potential Energy Surfaces: Ammonia as a Case Study.

(430) E. Fabiano, Z. Lan, Y. Lu und Walter Thiel, in "Conical Intersections: Theory, Computation and Experiment" (Hrsg.: W. Domcke, D. R. Yarkony und H. Köppel), World Scientific Publishing, Singapore, 2011, Kapitel 12, S. 463-496.
Adiabatic Trajectory Calculations with Ab Initio and Semiempirical Methods.

(429) J. Breidung und W. Thiel, in "Handbook of High-Resolution Spectroscopies", Bd. 1 (Hrsg.: M. Quack und F. Merkt), Wiley, Chicester, UK, 2011, S. 389-404.
Prediction of Vibrational Spectra from Ab Initio Theory.

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New Features in the Catalytic Cycle of Cytochrome P450 During Formation of Compound I from Compound 0.

(304) S. A. Funcke, N. Otte, T. Eggert, M. Bocola, K.-E. Jaeger und W. Thiel, Protein Eng. Des. Sel. 18, 509-514 (2005).
Combination of Computational Prescreening and Experimental Library Construction can Accelerate Enzyme Optimization by Directed Evolution.

(303) S. N. Yurchenko, J. Breidung und W. Thiel, Theor. Chem. Acc. 144, 333-340 (2005).
Vibrational Spectrum of BiH3: Six-Dimensional Variational Calculations on High Level Ab Initio Potential Energy Surfaces.

(302) J. Kästner und W. Thiel, J. Chem. Phys. 123, 144104/1-5 (2005).
Bridging the Gap Between Thermodynamic Integration and Umbrella Sampling Provides a Novel Analysis Method: "Umbrella Integration".

(301) S. N. Yurchenko, J. Zheng, H. Lin, P. Jensen und W. Thiel, J. Chem. Phys. 123,134308/1-14 (2005).
Potential Energy Surface for the Electronic Ground State of NH3 up to 20000 cm-1 above Equilibrium.

(300) H. M. Senn, D. O’Hagan und W. Thiel, J. Am Chem. Soc. 127, 13643-13655 (2005).
Insight Into Enzymatic C-F Bond Formation from QM and QM/MM Calculations.

(299) E. Derat, S. Cohen, S. Shaik, A. Altun und W. Thiel, J. Am. Chem. Soc. 127, 13611-13621 (2005).
Principal Active Species of Horseradish Peroxidase, Compound I: A Hybrid Quantum
Mechanical/Molecular Mechanical Study.

(298) S. Patchkovskii, A. Koslowski und W. Thiel, Theor. Chem. Acc. 114, 84-89 (2005).
Generic Implementation of Analytical CI Gradients for NDDO-Type Methods.

(297) H. Hirao, D. Kumar, W. Thiel und S. Shaik, J. Am. Chem. Soc. 127, 13007-13018
(2005).
Two States and Two More in the Mechanisms of Hydroxylation and Epoxidation by
Cytochrome P450.

(296) V. R. Jensen, M. Graf und W. Thiel, ChemPhysChem 6, 1929-1933 (2005).
Unusual Temperature Effects in Propene Polymerisation Using Stereorigid Zirconocene
Catalysts.

(295) S. Huang, Z. Xiao, F. Wang, J. Zhou, G. Yuan, S. Zhang, Z. Chen, W. Thiel, P. v. R.
Schleyer, X. Zhang, X. Hu, B. Chen und L. Gan, Chem. Eur. J. 11, 5449-5456 (2005).
Preparation of [5,6] and [6,6] Oxa-homofullerene Derivates and their Interconversion through Lewis Acid Assisted Reactions of Fullerene-mixed Peroxides.

(294) R. Steiger, C. H. Bischof, B. Lang und W. Thiel, Future Gener. Comput. Syst. 21,
1324-1332 (2005).
Using Automatic Differentiation to Compute Derivatives for a Quantum-Chemical Computer Program.

(293) L. J. Gooßen, D. Koley, H. L. Hermann und W. Thiel, J. Am. Chem. Soc. 127, 11102-11114 (2005).
The Palladium-Catalyzed Cross-Coupling Reaction of Carboxylic Anhydrides with
Arylboronic Acids: A DFT Study.

(292) M. T. Reetz, A. Meiswinkel, G. Mehler, K. Angermund, M. Graf, W. Thiel, R. Mynott
und D. Blackmond, J. Am. Chem. Soc. 127, 10305-10313 (2005).
Why are BINOL-Based Monophosphites Such Efficient Ligands in Rh-Catalyzed
Asymmetric Olefin-Hydrogenation?

(291) S. N. Yurchenko, W. Thiel, M. Carvajal, H. Lin und P. Jensen, Adv. Quantum Chem.
48, 209-238 (2005).
Rotation-Vibration Motion of Pyramidal XY3 Molecules Described in the Eckart Frame: The
Calculation of Intensities with Application to NH3.

(290) S. F. Vyboishchikov und W. Thiel, Chem. Eur. J. 11, 3921-3935 (2005).
Ring Closing Olefin Metathesis on Ruthenium Carbene Complexes: Model DFT Study of
Stereochemistry.

(289) S. Shaik, D. Kumar, S. P. de Visser, A. Altun und W. Thiel, Chem. Rev. 105, 2279-
2328 (2005).
A Theoretical Perspective on Structure and Mechanism of Cytochrome P450 Enzymes.

(288) B. A. Gregersen, J. Khandogin, W. Thiel und D. M. York, J. Phys. Chem. B 109, 9810-9817 (2005).
Smooth Solvation Method for d-Orbital Semiempirical Calculations of Biological Reactions.
2. Application to Transphosphorylation Thio Effects in Solution.

(287) J. Khandogin, B. A. Gregersen, W. Thiel und D. M. York, J. Phys. Chem. B 109, 9799-9809 (2005).
Smooth Solvation Method for d-Orbital Semiempirical Calculations of Biological Reactions.
1. Implementation.

(286) H. M. Senn, S. Thiel und W. Thiel, J. Chem. Theory Comput.1, 494-505 (2005).
Enzymatic Hydroxylation in p-Hydroxybenzoate Hydroxylase: A Case Study for QM/MM Molecular Dynamics.

(285) L. J. Gooßen, D. Koley, H. L. Hermann und W. Thiel, Organometallics 24, 2398-2410 (2005).
Mechanistic Pathways for Oxidative Addition of Aryl Halides to Palladium (0) Complexes: A DFT Study.

(284) W. Thiel, in "Theory and Applications of Computational Chemistry: The First 40 Years" (Hrsg.: C. E. Dykstra, K. S. Kim, G. Frenking und G. E. Scuseria), Elsevier, Amsterdam, 2005, S. 559-580.
Semiempirical Quantum-Chemical Methods in Computational Chemistry.

(283) J. C. Schöneboom, F. Neese und W. Thiel, J. Am. Chem. Soc. 127, 5840-5853 (2005).
Towards Identification of the Compound I Reactive Intermediate in Cytochrome P450 Chemistry: A QM/MM Study of its EPR and Mössbauer Parameters.

(282) S. N. Yurchenko, M. Carvajal, H. Lin, J. Zheng, W. Thiel und P. Jensen, J. Chem. Phys. 122, 104317/1-14 (2005).
Dipole Moment and Rovibrational Intensities in the Electronic Ground State of NH3. Bridging the Gap between Ab Initio Theory and Spectroscopic Experiment.

(281) E. Canè, G. Di Lonardo, L. Fusina, W. Jerzembeck, H. Bürger, J. Breidung und W. Thiel, Mol. Phys. 103, 557-577 (2005).
The Rotation Spectrum and Infrared Fundamental Bands of 123SbD3. Determination of the Molecular Geometry and Ab Initio Calculations of Spectroscopic Parameters.

(280) M. Wanko, M. Hoffmann, P. Strodel, A. Koslowski, W. Thiel, F. Neese, T. Frauenheim und M. Elstner, J. Phys. Chem. B 109, 3606-3615 (2005).
Calculating Absorption Shifts for Retinal Proteins: Computational Challenges.

(279) S. N. Yurchenko, W. Thiel, S. Patchkovskii und P. Jensen, Phys. Chem. Chem. Phys. 7, 573-582 (2005).
Theoretical Evidence for the Formation of Rotational Energy Level Clusters in the Vibrational Ground State of PH3.

(278) A. Altun und W. Thiel, J. Phys. Chem. B 109, 1268-1280 (2005).
Combined Quantum Mechanical/Molecular Mechanical Study on the Pentacoordinated Ferric and Ferrous Cytochrome P450cam Complexes.

(277) S. N. Yurchenko, M. Carvajal, P. Jensen, H. Lin, J. Zheng und W. Thiel, Mol. Phys. 103, 359-378 (2005).
Rotation-Vibration Motion of Pyramidal XY3 Molecules Described in the Eckart Frame: Theory and Applications to NH3.

2004

(276) J. Breidung, J. Cosléou, J. Demaison, K. Sarka und W. Thiel, Mol. Phys. 102, 1827-1841 (2004).
Ab Initio Anharmonic Force Field, Molecular Parameters, Equilibrium Structure and Heat of Formation of Fluoroform.

(275) X. Lu, Z. Chen, W. Thiel, P. v. R. Schleyer, R. Huang und L. Zheng, J. Am. Chem. Soc. 126, 14871-14878 (2004).
Properties of Fullerene[50] and D5h Decachlorofullerene[50]: A Computational Study.

(274) J. Breidung, J. Demaison, J.-F. D'Eu, L. Margulès, D. Collet, E. B. Mkadmi, A. Perrin und W. Thiel, J. Mol. Spectrosc. 228, 7-22 (2004).
Ground State Constants, Ab Initio Anharmonic Force Field and Equilibrium Structure of F2BOH.

(273) T. Häber, R. Kevorkiants, W. Thiel und M. A. Suhm, Phys. Chem. Chem. Phys. 6, 4939-4949 (2004).
The Performance of the Semi-Empirical AM1 Method on Small and Nanometer-Sized N2O Clusters.

(272) L. J. Gooßen, D. Koley, H. Hermann und W. Thiel, Chem. Commun. 2141-2143 (2004).
The Mechanism of the Oxidative Addition of Aryl Halides to Pd-Catalysts: A DFT Investigation.

(271) M. Bühl und W. Thiel, Inorg. Chem. 43, 6377-6382 (2004).
Density Functional Study of Valence Trapping in a Mixed-Valent Dimanganese Complex.

(270) F. L. Gu, Z. Chen, H. Jiao, W. Q. Tian, Y. Aoki, W. Thiel und P. v. R. Schleyer, Phys. Chem. Chem. Phys. 6, 4566-4570 (2004).
Study on the Optical and Magnetic Properties of C48N12 Azafullerene Isomers.

(269) H. Lin, J. C. Schöneboom, S. Cohen, S. Shaik und W. Thiel, J. Phys. Chem. B 108, 10083-10088 (2004).
QM/MM Study of the Product-Enzyme Complex in P450cam Catalysis.

(268) W. Jerzembeck, H. Bürger, J. Breidung und W. Thiel, J. Mol. Spectrosc. 226, 32-44 (2004).
High Resolution Infrared Spectra of the ν1 - ν4 Bands of BiH3 and Ab Initio Calculations of the Spectroscopic Parameters.

(267) J. Breidung, W. Thiel, D. Figgen und H. Stoll, J. Chem. Phys. 120, 10404-10413 (2004).
A Systematic Ab Initio Study of the Equilibrium Geometry and Vibrational Wavenumbers of Bismuthine.

(266) W. Thiel, Chimia 58, 276-280 (2004).
Ab Initio Vibration-Rotation Spectroscopy.

(265) J. C. Schöneboom und W. Thiel, J. Phys. Chem. B 108, 7468-7478 (2004).
The Resting State of P450cam: A QM/MM study.

(264) J. C. Schöneboom, S. Cohen, H. Lin, S. Shaik und W. Thiel, J. Am. Chem. Soc. 126, 4017-4034 (2004).
QM/MM Investigation of the Mechanism of C — H Hydroxylation of Camphor by Cytochrome P450cam: Theory Supports a Two-State Rebound Mechanism.

(263) Z. Chen, T. Heine, H. Jiao, A. Hirsch, W. Thiel und P. v. R. Schleyer, Chem. Eur. J. 10, 963-970 (2004).
Theoretical Studies on the Smallest Fullerene: from Monomer to Oligomers and Solid States.

(262) R. A. Wendt, K. Angermund, V. Jensen, W. Thiel und G. Fink, Macromol. Chem. Phys. 205, 308-318 (2004).
Ethene Copolymerization with Trialkylsilyl Protected Polar Norbornene Derivatives.

(261) C. Karafilidis, H. Hermann, A. Rufinska, B. Gabor, R. J. Mynott, G. Breitenbruch, C. Weidenthaler, J. Rust, W. Joppek, M. S. Brookhart, W. Thiel und G. Fink, Angew. Chem. 116, 2498-2500 (2004); Angew. Chem. Int. Ed. 43, 2444-2446 (2004).
Metallocene- Catalyzed C7-Linkage in the Hydrooligomerization of Norbornene via σ-Bond Metathesis: A New Insight into the Microstructure of Polynorbornene.

(260) Z. Chen, S. Nagase, A. Hirsch, R. C. Haddon, W. Thiel und P. v. R. Schleyer, Angew. Chem. 116, 1578-1580 (2004); Angew. Chem. Int. Ed. 43, 1552-1554 (2004).
Side-Wall Opening of Single-Wall Carbon Nanotubes (SWCNTs) by Chemical Modification: A Critical Theoretical Study.

(259) M. Bocola, N. Otte, K. E. Jaeger, M. T. Reetz und W. Thiel, ChemBioChem 5,  214-223 (2004).
Learning from Directed Evolution: Theoretical Investigations into Cooperative Mutations in Lipase Enantioselectivity.

2003

(258) S. P. de Visser, S. Shaik, P. K. Sharma, D. Kumar und W. Thiel, J. Am. Chem. Soc. 125, 15779-15788 (2003).
The Active Species of Horseradish Peroxidase (HRP) and Cytochrome P450: Two Electronic Chameleons.

(257) Z. Chen, A. Hirsch, S. Nagase, W. Thiel und P. v. R. Schleyer, J. Am. Chem. Soc. 125, 15507-15511 (2003).
Spherical Sila- and Germa-Homoaromaticity.

(256) Z. Chen, L. R. Sutton, D. Moran, A. Hirsch, W. Thiel und P. v. R. Schleyer, J. Org. Chem. 68, 8808-8814 (2003).
A Theoretical and Structural Investigation of Thiocarbon Anions.

(255) Z. Cao, Z. Zhou, H. Wan, Q. Zhang und W. Thiel, Inorg. Chem. 42, 6986-6988 (2003).
Density Functional Calculations on the Binding of Dinitrogen to the FeFe Cofactor in Fe-only Nitrogenase: FeFeco(µ6-N2) as Intermediate in Nitrogen Fixation.

(254) S. A. Funke, A. Eipper, M. T. Reetz, N. Otte, W. Thiel, G. van Pouderoyen, B. W. Dijkstra, K.-E. Jaeger und T. Eggert, Biocatal. Biotransform. 21, 67-73 (2003).
Directed Evolution of an Enantioselective Bacillus Subtilis Lipase.

(253) Z. Chen, H. Jiao, D. Moran, A. Hirsch, W. Thiel und P. v. R. Schleyer, J. Phys. Org. Chem. 16, 726-730 (2003).
Aromatic Stabilization in Heterofullerenes C48X12(X = N, P, B, Si).

(252) P. Sherwood, A. H. de Vries, M. F. Guest, G. Schreckenbach, C. R. A. Catlow, S. A. French, A. A. Sokol, S. T. Bromley, W. Thiel, A. J. Turner, S. Billeter, F. Terstegen, S. Thiel, J. Kendrick, S. C. Rogers, J. Casci, M. Watson, F. King, E. Karlsen, M. Sjøvoll, A. Fahmi, A. Schäfer und C. Lennartz, J. Mol. Struct. (Theochem) 632, 1-28 (2003).
QUASI: A General Purpose Implementation of the QM/MM Approach and its Application to Problems in Catalysis.

(251) T. Sternfeld, C. Thilgen, Z. Chen, S. Siefken, P. v. R. Schleyer, W. Thiel, F. Diederich und M. Rabinovitz, J. Org. Chem. 68, 4850-4854 (2003).
Fullerene Anions of Different Sizes and Shapes: A 13C NMR and Density-Functional Study.

(250) J. Breidung, L. Constantin, J. Demaison, L. Margulès und W. Thiel, Mol. Phys. 101, 1113-1122 (2003).
Ground State Rotational Spectrum, K = 3 Splittings, Ab Initio Anharmonic Force Field and Equilibrium Structure of Trifluoroamine.

(249) A. Koslowski, M. E. Beck und W. Thiel, J. Comput. Chem. 24, 714-726 (2003).
Implementation of a General Multireference Configuration Interaction Procedure with Analytic Gradients in a Semiempirical Context Using the Graphical Unitary Group Approach.

(248) C. E. Taylor, M. G. Cory, R. J. Bartlett und W. Thiel, Comput. Mater. Sci. 27, 204-211 (2003).
The Transfer Hamiltonian: A Tool for Large Scale Simulations with Quantum Mechanical Forces.

(247) Z. Chen, H. Jiao, G. Seifert, A. H. C. Horn, D. Yu, T. Clark, W. Thiel und P. v. R. Schleyer, J. Comput. Chem. 24, 948-953 (2003).
The Structure and Stability of Si60 and Ge60 Cages: A Computational Study.

(246) H. Jiao, Z. Chen, A. Hirsch und W. Thiel, J. Mol. Model. 9, 34-38 (2003).
Structures and Magnetic Properties of Mono-Doped Fullerenes C59Xn and C59X(6-n)-(X = B-, N+, P+, As+, Si) : Isoelectronic Analogues of C60 and C606-.

(245) Z. Chen, H. Jiao, D. Moran, A. Hirsch, W. Thiel und P. v. R. Schleyer, J. Phys. Chem. A 107, 2075-2079 (2003).
Structures and Stabilities of Endo- and Exohedral Dodecahedrane Complexes (X@C20H20 and XC20H20, X=H+, H, N, P, C-, Si-, O+, S+).

(244) E. Bernhardt, H. Willner, A. Kornath, J. Breidung, M. Bühl, V. Jonas und W. Thiel, J. Phys. Chem. A 107, 859-868 (2003).
D3d Ground-State Structure of V(CO)6: A Combined Matrix Isolation and Ab Initio Study of the Jahn-Teller Effect.

(243) W. Thiel, in "Handbook of Molecular Physics and Quantum Chemistry" (Hrsg.: S. Wilson), Bd. 2, Wiley, Chichester, 2003, S. 487-502.
Semiempirical Theories.

(242) Z. Zelinger, P. Dréan, A. Walters, J. R. A. Moreno, M. Bogey, H. Pernice, S. von Ahsen, H. Willner, J. Breidung, W. Thiel und H. Bürger, J. Chem. Phys. 118, 1214-1220 (2003).
Gas-Phase Detection of the FCO2 Radical by Millimeter Wave and High Resolution Infrared Spectroscopy Assisted by Ab Initio Calculations.
 
(241) Z. Chen, W. Thiel und A. Hirsch, Chem. Phys. Chem. 4, 93-97 (2003).
Reactivity of the Convex and Concave Surfaces of Single-Walled Carbon Nanotubes (SWCNTs) towards Addition Reactions: Dependence on the Carbon-Atom Pyramidalization.

(240) Z. Chen und W. Thiel, Chem. Phys. Lett. 367, 15-25 (2003).
Performance of Semiempirical Methods in Fullerene Chemistry: Relative Energies and Nucleus-Independent Chemical Shifts.
 

 

Forschungsthemen

Ab initio Methoden
Ab initio Methoden

Ab initio Methoden

Unter Verwendung hochkorrelierter ab initio Methoden berechnen wir die Vibrations-Rotations-Spektren kleiner Moleküle mit hoher Genauigkeit. Unsere früheren Arbeiten auf diesem Gebiet nutzten coupled cluster CCSD(T) Rechnungen in Verbindung mit einer störungstheoretischen Behandlung der Kernbewegung, um durch die genaue Vorhersage der spektroskopischen Konstanten kleiner reaktiver Moleküle deren spektroskopische Identifizierung zu erleichtern und die Analyse der hochaufgelösten Spektren zu unterstützen. In den letzten Jahren haben wir allgemeine Variationsmethoden für die Kernbewegung entwickelt und implementiert, mit denen die Vibrations-Rotations-Energien und Intensitäten für beliebige kleine Moleküle vorhergesagt werden können, inbesondere auch für nichtrigide Moleküle und für hochangeregte Rotationszustände. Diese Variationsrechnungen basieren auf hochgenauen ab initio (coupled cluster) Potentialflächen und Dipolmomentflächen. Aktuelle Anwendungen betreffen die Berechnung kompletter Linienlisten für Ammoniak (über 3 Millionen Übergänge) für astrophysikalische Zwecke, die Erklärung der beobachteten Intensitätsanomalien bei Oxadisulfan (HSOH) und theoretische Vorhersagen für Thioformaldehyd mit Wellenzahl-Genauigkeit. Im Bereich der elektronischen Spektroskopie verwenden wir ab initio Methoden, um theoretische Benchmarkdaten für elektronisch angeregte Zustände von typischen organischen Chromophoren zu erhalten.

Dichtefunktionaltheorie (DFT)
Dichtefunktionaltheorie (DFT)

Dichtefunktionaltheorie (DFT)

Mit DFT Methoden untersuchen wir Übergangsmetallverbindungen, um deren Eigenschaften zu verstehen und vorherzusagen, insbesondere im Hinblick auf die Elektronenstruktur und die katalytische Reaktivität. Viele unserer Arbeiten zur homogenen Katalyse erfolgen in enger Kooperation mit den experimentellen Gruppen an unserem Institut und zielen auf ein detailliertes Verständnis der experimentell untersuchten Reaktionen.
Derartige DFT Anwendungen umfassen Studien zu folgenden Themen:

  • Mechanismus der Ru-katalysierten Olefinmetathese,
  • Stereochemie der Zirconocen-katalysierten Olefinpolymerisation,
  • Aktivierung von Präkatalysatoren in der Pt- and Ru-katalysierten Hydrosilylierung,
  • Enantioselektivität der Rh-katalysierten Hydrierung,
  • Mechanismus von Pd-katalysierten Kreuzkupplungsreaktionen,
  • Ursprung der Selektivität bei der Pd-katalysierten allylischen Alkylierung,
  • Elektronenstruktur und Spektren von Eisen-Corrol-Komplexen,
  • Elektronenstruktur von Kohlenstoff(0)- und Stickstoff(I)-Koordinationsverbindungen.

DFT Methoden werden auch oft als QM Komponente bei QM/MM Untersuchungen von enzymatischen Reaktionen verwendet.

Semiempirische Methoden
Semiempirische Methoden

Semiempirische Methoden

Dieses Langzeitprojekt zielt auf die Entwicklung verbesserter semiempirischer quantenchemischer Methoden, mit denen immer größere Moleküle mit hinreichender Genauigkeit berechnet werden können. Dies umfasst auch die Entwicklung effizienterer Algorithmen und Computerprogramme. Anwendungen sind meist motiviert durch Anfragen experimenteller Partner oder durch aktuelle chemische Fragestellungen, sie dienen oft aber auch dazu, die Grenzen der neu entwickelten Methoden und Programme kennenzulernen.
Methodische Aktivitäten der letzten Jahren betreffen:

  • die Einführung von Orthogonalisierungskorrekturen auf NDDO Niveau,
  • die Parametrisierung der entsprechenden OM Verfahren,
  • die Implementierung der GUGACI Methode für semiempirische Methoden,
  • die Implementierung von linear skalierenden Techniken,
  • die Herleitung und Implementierung von analytischen Ableitungen,
  • die Nutzung genetischer Algorithmen für semiempirische Parametrisierungen,
  • die Implementierung der surface hopping Dynamik.

In früheren Jahren haben wir semiempirische Methoden vom MNDO-Typ bei ausgedehnten Studien an Fullerenen eingesetzt. Jetzt liegt unser Fokus auf der Photochemie großer organischer Chromophore, wobei wir auf OM2/GUGACI Niveau sowohl statische Rechnungen als auch surface hopping Simulationen durchführen. Untersucht werden beispielsweise Nucleobasen in der Gasphase, in wässriger Lösung und in DNA Oligomeren, ebenso wie fluoreszierende Proteine, molekulare Rotoren, photochemische Schalter und Retinalmodelle. Weiterhin verwenden wir semiempirische Methoden in QM/MM Molekulardynamik-Simulationen von enzymatischen Reaktionen.
 

Kombinierte quantenmechanische/molekülmechanische Methoden (QM/MM)
Kombinierte quantenmechanische/molekülmechanische Methoden (QM/MM)

Kombinierte quantenmechanische/molekülmechanische Methoden (QM/MM)

Auf diesem Forschungsgebiet geht es um Hybridansätze für große Systeme, bei denen das aktive Zentrum durch ein geeignetes quantenmechanisches Verfahren und die Umgebung durch ein klassisches Kraftfeld beschrieben werden. Der QM/MM Ansatz erlaubt eine maßgeschneiderte Modellierung komplexer Systeme, wobei der Rechenaufwand auf den chemisch relevanten Teil fokussiert ist. In diesem Projekt gilt ein wesentlicher Teil unserer Aktivitäten der Entwicklung verbesserter Methoden und Software. Bei den Anwendungen konzentrieren wir uns auf die Biokatalyse, insbesondere auf das mechanistische Verständnis enzymatischer Reaktionen und den Einfluss der Proteinumgebung auf die Reaktivität.
Methodische Beiträge betreffen:

  • die Definition geeigneter QM/MM Kopplungsschemata (Embedding),
  • den Einsatz hochkorrelierter ab initio Methoden als QM Komponente,
  • den Einsatz polarisierbarer  Kraftfelder vom Drude-Typ als MM Komponente,
  • die Entwicklung spezieller Techniken für QM/MM Geometrieoptimierungen,
  • die Implementierung von Methoden für QM/MM Freie-Energie-Rechnungen,
  • die Entwicklung von Multiskalenverfahren (QM/MM/Kontinuum),
  • die Erweiterung der QM/MM Methodik auf elektronisch angeregte Zustände,
  • die Implementierung des QM/MM-basierten Quanten-Refinements für die Röntgenstrukturanalyse von Proteinen,
  • die Entwicklung einer modularen QM/MM Softwareumgebung (ChemShell).

Auch wenn die QM/MM Technologie auf eine Vielzahl komplexer Systeme angewendet werden kann, interessieren wir uns hauptsächlich für enzymatische Reaktionen. In den letzten Jahren haben wir uns befasst mit der Biokatalyse durch Häm-Enzyme (z.B. Cytochrom P450), Molybdopterin-Enzyme (z.B. Xanthin-Oxidase), Cysteinproteasen, Fluorinasen, Lipasen, Chorismat-Mutase, p-Hydroxybenzoat-Hydroxylase und Cyclohexanon-Monooxygenase. Daneben untersuchen wir die spektroskopischen Eigenschaften von Proteinen mit QM/MM Methoden, beispielsweise die Raman-Spektren von Phycocyanin, die NMR-Spektren von Vanadium-haltigen Haloperoxidasen und die Elektronenspektren von fluoreszierenden Proteinen. Surface hopping QM/MM Simulationen erlauben darüber hinaus das Studium der Dynamik von elektronisch angeregten Chromophoren unter Einbeziehung der Umgebung.
 

 

Mitarbeiter

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  •  Eliot Boulanger

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    +49(0)208/306-2155

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  • Dr. Xing Gao

    Dr. Gao, Xing

    +49(0)208/306-2153

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  • Dr. José Antonio Gámez Martinez

    Dr. Gámez Martinez, José Antonio

    +49(0)208/306-2148

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  • Dr. Jan Götze

    Dr. Götze, Jan

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  •  Berit Heggen

    Heggen, Berit

    +49(0)208/306-2163

    heggen((atsign))kofo.mpg.de

  •  Bora Karasulu

    Karasulu, Bora

    +49(0)208/306-2154

    karasulu((atsign))kofo.mpg.de

  • Dr. Martin Korth

    Dr. Korth, Martin

    korth((atsign))kofo.mpg.de

  • Dr. Axel Koslowski

    Dr. Koslowski, Axel

    +49(0)208/306-2161

    koslowski((atsign))kofo.mpg.de

  • Dr. Zhenggang Lan

    Dr. Lan, Zhenggang

    lan((atsign))kofo.mpg.de

  • Dr. Rong-Zhen Liao

    Dr. Liao, Rong-Zhen

    rongzhenliao((atsign))gmail.com

  •  Monika Lickfeld

    Lickfeld, Monika

    +49(0)208/306-2341/-2151

    lickfeld((atsign))kofo.mpg.de

  • Prof. Dr. Hai Lin

    Prof. Dr. Lin, Hai

    hailinhai((atsign))gmail.com

  •  Claudia Loerbroks

    Loerbroks, Claudia

    +49(0)208/306-2163

    loerbroks((atsign))kofo.mpg.de

  •  You Lu

    Lu, You

    yoolue((atsign))gmail.com

  •  Alexander Nikiforov

    Nikiforov, Alexander

    +49(0)208/306-2157

    nikiforov((atsign))kofo.mpg.de

  •  Alec Owens

    Owens, Alec

    +49(0)208/306-2137

    owens((atsign))kofo.mpg.de

  • Dr. Mahendra Patil

    Dr. Patil, Mahendra

    mahendra((atsign))kofo.mpg.de

  •  Iakov Polyak

    Polyak, Iakov

    polyak((atsign))kofo.mpg.de

  • Dr. Mario Ramos da Silva jun.

    Dr. Ramos da Silva jun., Mario

    mario((atsign))kofo.mpg.de

  • Dr. Toru Saito

    Dr. Saito, Toru

    saito((atsign))kofo.mpg.de

  •  Ursula Scheifhacken

    Scheifhacken, Ursula

  • Dr. Kakali Sen

    Dr. Sen, Kakali

    sen((atsign))kofo.mpg.de

  •  Lasse Jona Spörkel

    Spörkel, Lasse Jona

    +49(0)208/306-2165

    spoerkel((atsign))kofo.mpg.de

  • Prof. Dr. Walter Thiel

    Prof. Dr. Thiel, Walter

    +49(0)208/306-2150

    thiel((atsign))kofo.mpg.de

  • Dr. Deniz Tuna

    Dr. Tuna, Deniz

    +49(0)208/306-2155

    tuna((atsign))kofo.mpg.de

  •  Jeaphianne van Rijn

    van Rijn, Jeaphianne

    +49(0)208/306-2154

    ryn((atsign))kofo.mpg.de

  •  Tatiana Vasilevskaya

    Vasilevskaya, Tatiana

    +49(0)208/306-2157

    vasilevskaya((atsign))kofo.mpg.de

  • Dr. Oliver Weingart

    Dr. Weingart, Oliver

    weingart((atsign))kofo.mpg.de

  • Dr. Lawrence Wolf

    Dr. Wolf, Lawrence

    +49(0)208/306-2148

    lwolf((atsign))kofo.mpg.de

  • Dr. Xin Wu

    Dr. Wu, Xin

    +49(0)208/306-2154

    xwu((atsign))kofo.mpg.de

  • Dr. Andrey Yachmenev

    Dr. Yachmenev, Andrey

    andrey((atsign))kofo.mpg.de

  • Dr. Yiying Zheng

    Dr. Zheng, Yiying

    +49(0)208/306-2148

    yzheng((atsign))kofo.mpg.de