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Book SynopsisFollowing the acquisition of the atomic bomb by five states, the United Nations began drafting several treaties to limit nuclear proliferation. These efforts failed, as four more states also acquired nuclear weapons. In a similar vein, an attempt to limit atomic weapons - primarily within the two superpowers - was initiated.While the number of weapons has decreased, the new bombs now being manufactured are more powerful and more precise, negating any reduction in numbers. In the field of civil nuclear use, all nuclear facilities (reactors, factories, etc.) have a limited lifespan. Once a plant is permanently shut down, these facilities must be decommissioned and dismantled.These operations are difficult, time-consuming and costly. In addition, decommissioning generates large volumes of radioactive waste of various categories, including long-lived and high-activity waste. Risks to the environment and to health are not negligible during decommissioning. The International Atomic Energy Agency (IAEA) and the Nuclear Energy Agency (NEA) of the Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) have produced numerous publications with recommendations. Each state has its own decommissioning strategy (immediate or delayed) and final plan for the site - whether it be returning it to greenfield status or obtaining a nuclear site license with centuries-long monitoring.Table of ContentsPreface xi Acknowledgments xiii Chapter 1 Nuclear Non-Proliferation 1 1.1 Introduction 1 1.2 The first countries to acquire the atomic bomb 2 1.3 The NPT 4 1.3.1 The functioning of the Treaty 5 1.3.2 Revision of the NPT 5 1.3.3 Successes of the NPT 6 1.3.4 Failures of the NPT 7 1.3.5 Future nuclear-weapon states 10 1.4 Other nuclear non-proliferation treaties 10 1.4.1 The CTBT Treaty 10 1.4.2 The TPNW 11 1.4.3 The Fissile Material Cut-Off Treaty (FMCT) 12 1.4.4 Regional disarmament treaties 14 1.5 Disarmament controls 15 1.5.1 Principle and practice of disarmament controls 15 1.5.2 NPT controls 17 1.6 Actions of NGOs 25 1.6.1 The main actions of NGOs for disarmament 26 1.6.2 NGOs and the Nobel Peace Prize 28 1.7 The military denuclearization of a state 29 1.7.1 South Africa: the example of the complete denuclearization of a country 29 1.7.2 Other states that have renounced nuclear weapons 31 1.8 Conclusions 32 Chapter 2 Disarmament of Atomic Weapons 35 2.1 Introduction 35 2.2 Limitations on the number of nuclear weapons 35 2.2.1 Bilateral disarmament agreements and treaties between the Americans and Soviets 36 2.2.2 Delivery of nuclear supplies 39 2.2.3 Controlling the delivery systems of atomic weapons 39 2.2.4 The Hague Code of Conduct (HCoC) 40 2.2.5 The disarmament of France 42 2.3 Nuclear deterrent forces 43 2.3.1 Land forces of nuclear deterrence 45 2.3.2 Air forces of nuclear deterrence 46 2.3.3 Oceanic nuclear deterrent forces 48 2.3.4 Nuclear weapon manufacturing sites 50 2.3.5 Nuclear weapon deployment and storage sites 53 2.3.6 The state of stocks of nuclear weapons and fissile materials 56 2.4 Disarmament controls 61 2.4.1 Controls of the CTBT 61 2.4.2 Bilateral controls 62 2.5 Conclusions 62 Chapter 3 International Recommendations and National Policies in Decommissioning 65 3.1 Introduction 65 3.1.1 Definitions of terms for end-of-life operations of a BNI 65 3.1.2 Stages in the life of a BNI 66 3.2 General principles of decommissioning and dismantling 67 3.2.1 The necessity and goals of decommissioning 67 3.2.2 IAEA recommendations 68 3.2.3 NEA work and publications 70 3.2.4 Decommissioning and dismantling strategies 70 3.2.5 Decommissioning planning 74 3.2.6 Duration of decommissioning 77 3.3 Lessons from the past 78 3.3.1 Experience in decommissioning 79 3.3.2 Structuring and organization of companies 80 3.3.3 Ongoing decommissioning challenges 80 3.3.4 Management of the unexpected in dismantling 80 3.3.5 The transmission of information 80 3.4 The decommissioning and dismantling policies of the various states 81 3.4.1 US policy 82 3.4.2 Russia’s policy 83 3.4.3 Germany’s policy 85 3.4.4 UK policy 86 3.4.5 France’s policy 88 3.4.6 China 93 3.4.7 Sweden 93 3.4.8 Japan 95 3.4.9 Other states 95 3.5 Conclusions 99 Chapter 4 Procedures and Technologies Involved in Decommissioning 101 4.1 Introduction 101 4.2 The cost of dismantling 101 4.2.1 International recommendations 102 4.2.2 The American example 105 4.2.3 The British example 106 4.2.4 The French example 108 4.2.5 The Russian example 109 4.3 The production of radioactive waste 109 4.3.1 The channels planned for the management of radioactive waste 110 4.3.2 Material release thresholds 112 4.4 The environmental and health risks of dismantling 114 4.4.1 Assessment of environmental and health risks during decommissioning 115 4.4.2 Environmental impact studies 117 4.4.3 Total remediation of the site 119 4.4.4 Health impacts of decommissioning 123 4.4.5 Social impacts of decommissioning 124 4.4.6 Regulatory provisions 126 4.5 Nuclear decommissioning techniques 127 4.5.1 Cutting techniques 127 4.5.2 Decontamination techniques 128 4.5.3 Automation or remote operation 129 4.5.4 Remediation processes for civil engineering structures 129 4.5.5 The main demolition techniques 130 4.6 Technical innovations in nuclear decommissioning 131 4.6.1 Research and development policies in the field of decommissioning 131 4.6.2 Industrial organization in the field of nuclear decommissioning 133 4.6.3 Management of radioactive contamination 134 4.6.4 Numerical simulations in the field of nuclear decommissioning 136 4.6.5 Cutting of large parts 139 4.6.6 Automation in the field of nuclear decommissioning 140 4.6.7 Estimating radiation doses 142 4.7 Conclusions 142 Chapter 5 The Dismantling of Military Nuclear Facilities 145 5.1 Introduction 145 5.2 The decommissioning of military plants at the beginning of the nuclear fuel cycle 146 5.2.1 The decommissioning of military uranium enrichment plants 146 5.2.2 Decommissioning of plutonium-producing reactors 150 5.2.3 Decommissioning of tritium-producing reactors 157 5.2.4 Decommissioning of fissile fuel fabrication plants 158 5.3 The decommissioning of military spent fuel reprocessing plants 159 5.3.1 The dismantling of US reprocessing plants 160 5.3.2 The UP1 plant in Marcoule, France 160 5.3.3 The dismantling of other military reprocessing plants around the world 163 5.4 Decommissioning and decontamination of military sites 163 5.4.1 US military facilities 164 5.4.2 The dismantling of Soviet and Russian military nuclear facilities 174 5.4.3 The dismantling of French military nuclear facilities 176 5.4.4 The decontamination of the British site of Maralinga 178 5.5 The destruction of atomic weapons and their vectors 178 5.5.1 The deconstruction of atomic bombs 178 5.5.2 American disarmament 179 5.5.3 Russian disarmament: international collaboration 180 5.5.4 Disarmament of submarines and other military nuclear vessels 181 5.5.5 Denuclearization of rocket bases 190 5.6 Conclusions 191 Chapter 6 The Dismantling of Electronuclear Reactors 193 6.1 Introduction 193 6.1.1 The various types of electronuclear reactors 194 6.2 The dismantling of graphite-moderated reactors 195 6.2.1 Decommissioning of French nuclear power reactors (UNGG) 195 6.2.2 The dismantling of British reactors 200 6.2.3 The dismantling of the RMBK sector 202 6.3 The dismantling of the pressurized water system (PWR) 203 6.3.1 The dismantling of German reactors 204 6.3.2 The dismantling of American reactors 205 6.3.3 The dismantling of French reactors 206 6.3.4 Reactor decommissioning in other countries 207 6.3.5 The dismantling of WWER reactors 207 6.4 Dismantling the heavy water sector 210 6.5 Dismantling of the boiling water reactor sector 212 6.6 Dismantling following a nuclear accident 217 6.6.1 IAEA and NEA recommendations 220 6.6.2 The dismantling of Three Mile Island 221 6.6.3 The dismantling of Chernobyl 222 6.6.4 The decommissioning of Fukushima 223 6.6.5 Decommissioning of other damaged nuclear facilities 224 6.7 Future reactor shutdowns 225 6.8 Conclusions 227 Chapter 7 The Decommissioning of Research Reactors and Other Basic Nuclear Facilities 229 7.1 Introduction 229 7.2 The dismantling of experimental reactors around the world 230 7.2.1 The main roles of experimental reactors 230 7.2.2 The global overview of experimental reactors 231 7.2.3 The main types of experimental reactors 233 7.2.4 Major incidents and accidents involving research reactors 235 7.2.5 Cost 236 7.2.6 Some examples of the decommissioning of experimental reactors 236 7.2.7 Heavy water research reactors (HWRR) 238 7.2.8 Fast neutron reactors 240 7.2.9 Other research reactors 240 7.3 Decommissioning and dismantling of fourth-generation reactors 242 7.3.1 The dismantling of the fast neutron reactor (FNR) industry 243 7.3.2 High-temperature nuclear reactors 247 7.3.3 The other fourth-generation sectors 248 7.4 The dismantling of first-generation prototype reactors 249 7.4.1 PWR reactors 250 7.4.2 The dismantling of the boiling water reactor (BWR) process 252 7.4.3 The dismantling of the gas reactor sector (AGR) 252 7.4.4 Dismantling the heavy water industry 253 7.4.5 The dismantling of prototype reactors from various sectors 255 7.5 The dismantling of basic nuclear fuel cycle facilities 256 7.5.1 The dismantling of extraction mines 256 7.5.2 The dismantling of enrichment plants 257 7.5.3 The dismantling of conversion and manufacturing plants 259 7.5.4 The dismantling of reprocessing plants 260 7.6 Decommissioning of other basic nuclear facilities 263 7.6.1 The centers of nuclear studies 263 7.6.2 The centers of industrial operation 266 7.6.3 Service facilities 269 7.6.4 Interim nuclear waste storage centers 270 7.6.5 Other BNIs in the dismantling stage 271 7.7 Conclusions 273 General Conclusions 275 List of Acronyms 287 References 295 Index 333

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Book SynopsisThe risk of explosion is inseparable from industrial activity, as we are often reminded by the news. In order to avoid an explosion, it is necessary to understand the phenomena surrounding it, and take the necessary preventive measures to protect society if it comes to the worst-case scenario. This book will detail these phenomena. The Mechanisms of Explosions presents theoretical aspects from a physicochemical point of view and proposes various methods adapted to each type of explosion, including ATEX explosions. The author shares his knowledge of the mechanisms of explosions, acquired during numerous investigations. These 27 case studies – detailing circumstances, mechanisms and the nature and intensity of explosive effects – were selected to cover all of the possible physical or chemical phenomena, substances and mechanisms, without limiting themselves to the most common situations. This book, packed full of information, is designed to benefit those who analyze and investigate explosions, particularly insurance and judicial experts, prevention engineers, security managers and trainers.Table of ContentsForeword xiii Acknowledgments xv Introduction xvii Part 1 General Information and Approach 1 Chapter 1 The Explosion Phenomenon 3 1.1 Explosion of an ATEX 4 1.1.1 Definition of an ATEX 4 1.1.2 Case of an ATEX consisting of a combustible dust dispersed in air 23 1.1.3 Case of a hybrid ATEX 25 1.1.4 Evaluation of the released energy Elib 25 1.2 Chemical systems other than ATEX 39 1.2.1 Definition elements 39 1.2.2 Evaluation of E lib 40 1.2.3 Flame propagation regimes in explosive system 1 or 2 40 1.3 Hollow body rupture (or bursting) 44 1.3.1 Definition elements 44 1.3.2 Evaluation of Elib 45 1.4 Superheated liquid vaporization 46 1.4.1 Definition elements 46 1.4.2 Evaluation of Elib 46 1.5 Comparison of Elib with the energy E eff required to produce the explosion effects 47 Chapter 2 Method of Investigating an Explosion 49 2.1 Introduction 49 2.2 Establishment of the explosion mechanism 49 2.3 Search for answers to the questions of HOW MUCH and WHAT 50 2.4 Identification of the different types of damage produced by an explosion 51 2.4.1 Effects on structures 52 2.4.2 Effects on the human body 54 2.5 Estimation of the energy required to produce the mechanical effects 55 2.5.1 E eff estimation tools 56 2.5.2 Comparison between Eeff and Elib 64 2.5.3 Order of magnitude of the yield ρ for each type of explosive system 65 2.6 Hypothesis on the type of explosion involved 66 2.7 Estimation of the quantity of the explosive system involved 66 2.7.1 General case 66 2.7.2 Specific case of an ATEX explosion occurring in a confined environment 67 2.8 Evaluation of the hypothesis on the type of explosion involved 67 2.8.1 Compatibility of the hypothesis with the circumstances of the explosion 67 2.8.2 Cases of explosions which may a priori involve different systems 68 2.9 Search for answers to the question of HOW? 71 2.10 Representation of the mechanism of explosion by tree of events 71 Part 2 27 Case Studies of Domestic or Industrial Explosions 73 Introduction to Part 2 75 P2.1 Domestic explosions 78 P2.1.1 Determination of ATEX location and volume 79 P2.1.2 Thermal effects of an explosion on buildings and the human body 82 P2.1.3 Mechanical effects of an explosion in a housing 83 Case 1 Discrimination Between NG and Butane 87 C1.1 Different arguments tentatively used for discrimination 87 C1.2 Thermal effects of the flame 87 C1.3 Mechanical effects of the explosion 88 C1.4 Relevant arguments used for the elimination of a butane leak 88 C1.5 Identified mechanism 89 Case 2 Determination of the Mechanism of an Accident Involving a Fire and an Explosion 91 C2.1 Circumstances and effects of the explosion 91 C2.2 Occurrence of a fire prior to the explosion 91 Case 3 Determination of the Mechanism of an Accident Involving a Fire and Two Explosions 93 C3.1 Nature of the flammable gases or liquids involved in the first explosion 93 C3.2 Determination of the explosion mechanism 94 Case 4 Determination of the Mechanism of an Explosion from the Leak Flow Rate of NG 97 Case 5 Determination of the Mechanism of a Propane Explosion from the Leak Flow Rate 101 Case 6 Determination of the Explosion Mechanism, Based on the Location of the Ignition Source of ATEX 103 C6.1 Circumstances of the explosion 103 C6.2 Discrimination between the boiler leak and the cooker oven leak 104 Lessons learned from the investigation of domestic explosions 106 Case 7 Explosion of a Hydrogenated ATEX in a Pulp Paper Tank 109 C7.1 Description of facilities, circumstances and effects of the explosion 109 C7.2 Objectives of the investigation 110 C7.3 Determination of the composition of the ATEX 110 C7.3.1 Experimental determination of the ATEX components 110 C7.3.2 Determination of the ATEX conditions, formation and ignition 112 C7.3.3 Consistency between the explosion effects and the estimated ATEX volume 112 C7.4 Conclusion 113 Lessons learned from the investigation of the explosion of a hydrogenated Atex 113 Case 8 Explosion of a Hydrogenated ATEX in an Electrolyzer Cell 115 C8.1 Description of facilities and explosion circumstances 115 C8.2 Effects of the explosion 115 C8.3 Investigation objectives 115 C8.3.1 Formation and location of an ATEX in the electrolyzer 116 C8.3.2 Results of experimental study 116 C8.3.3 Consistency between the mechanical effects and the overpressure 116 Lessons learned from Cases 7 and 8 117 Case 9 Explosion of an Air–Propane ATEX 119 C9.1 Case presentation 119 C9.1.1 Description of the facilities 119 C9.1.2 Circumstances of the explosion 120 C9.1.3 Explosion damage 120 C9.1.4 Establishment of the explosion mechanism 121 Lessons learned from the investigation 125 Case 10 Explosion in a Refinery 127 C10.1 Case presentation 127 C10.1.1 Description of facilities and circumstances of explosion 127 C10.1.2 Flame propagation regime 128 C10.1.3 Effects of explosion 128 Lessons from the investigation 130 Case 11 Explosions in Recovery Facilities for Cupola Gases 131 C11.1 Case presentation 131 C11.1.1 Description of the facilities 131 C11.1.2 Circumstances of the explosion 132 C11.1.3 Explosion damage 132 C11.1.4 Determination of the explosion mechanism 133 C11.1.5 Flammability of the CGs involved in the explosion 133 Lessons learned from investigation of explosion in cupola facilities 145 Case 12 Explosion of Acetone Vapor 147 C12.1 Case presentation 147 C12.1.1 Description of the facilities 147 C12.1.2 Circumstances of the explosion 148 C12.1.3 Description of explosion damage 148 C12.1.4 Mechanism of the explosion 149 Lessons from investigation of an explosion of acetone vapor 154 Case 13 Explosion of Vapor of Toluene 155 C13.1 Case presentation 155 C13.1.1. Description of the facility and of the circumstances of the explosion 155 C13.1.2 Effects of the explosion 155 C13.1.3 Determination of the mechanism of the explosion 156 Lessons learned from the investigation of an explosion of toluene vapor 158 Case 14 Explosion of Vapor of Kerosene 159 C14.1 Case presentation 159 C14.1.1 Description of the facility 159 C14.1.2 Circumstances of the explosion 159 C14.1.3 Description of explosion damage 160 C14.1.4 Determination of the explosion mechanism 160 Lessons from the investigation of an explosion of kerosene vapor in contact with a hot surface 166 Case 15 Explosion of Volatile Hydrocarbons 167 C15.1 Case presentation 167 C15.1.1 Description of the facility and the circumstances of the explosion 167 C15.1.2 Description of explosion damage 167 C15.1.3 Mechanism of explosion 168 C15.1.4 Estimation of energy released by explosion 173 Lessons to be learned from the investigation of explosion of volatile hydrocarbons 175 Case 16 Explosion in a Spray Dryer of Powdered Milk 177 C16.1 Case presentation 177 C16.1.1 Description of the facility 177 C16.1.2 Circumstances and effects of the explosion 178 C16.1.3 Flammability and explosion characteristics of milk powder 179 C16.1.4 Mechanism of explosion 181 Lessons learned from the expertise of an explosion in a dryer 182 Case 17 Explosion in a Wood Waste Grinding Facility 185 C17.1 Case presentation 185 C17.1.1 Description of the facility 186 C17.1.2 Circumstances of the explosion 187 C17.1.3 Effects of the explosion 187 C17.1.4 Flammability characteristics of the wood dust 188 C17.1.5 Determination of the mechanism of explosion 189 Lessons learned from the investigation 191 Case 18 Explosion of a Chloroduct 193 C18.1 Case presentation 193 C18.2 Circumstances of the explosion 193 C18.3 Effects of explosion 193 C18.4 Determination of the explosion mechanism 195 C18.4.1 Explosive system identification 195 C18.4.2 Estimation of the rupture pressure Pr of the chloroduct 198 C18.4.3 Different arguments for a detonation of the hydrogen–chlorine mixture 198 Lessons learned from investigation of the explosion of a chloroduct 200 Case 19 Combustion of Steel in Oxygen 201 C19.1 Case presentation 201 C19.1.1 Description of the facility 201 C19.1.2 Circumstances of the accident 203 C19.1.3 Effects 203 C19.1.4 Mechanism of the accident 204 Lessons learned from investigation of combustion in oxygen 206 Case 20 Explosion in an Aluminum Foundry 207 C20.1 Case presentation 207 C20.1.1 Description of the facility 207 C20.1.2 Circumstances of the explosion 208 C20.1.3 Explosion effects 208 C20.1.4 Determination of the mechanism of explosion 211 Lessons from investigation of an explosion in an aluminum foundry 215 Case 21 Explosion in a Laboratory Nitration Test 217 C21.1 Case presentation 217 C21.1.1 Nature of the explosive system 217 C21.1.2 Experimental validation of the conditions of the runaway reaction 218 C21.1.3 Results 218 C21.1.4 Conclusion of the tests 221 Lessons learned from investigation of a burst vessel 221 Case 22 Explosion in a Chemical Reactor 223 C22.1 Case presentation 223 C22.1.1 Description of the chemical synthesis process 223 C22.1.2 Circumstances of the explosion 224 C22.1.3 Effects of the explosion 224 C22.1.4 Determination of the explosion mechanism 225 C22.1.5 Description of the explosion process 227 Lessons learned from the investigation 228 Case 23 Explosion and Fire Resulting from an Oxidation by KMnO 4 229 C23.1 Case presentation 229 C23.1.1 Circumstances of the explosion 229 C23.1.2 Effects of the explosion 230 C23.1.3 Fire resulting from an ignition of formaldehyde by KMnO 4 233 Lessons learned from the investigation 233 Case 24 Explosion Involving Hydrazine 235 C24.1 Case presentation 235 C24.1.1 Description of the experimental conditions 236 C24.1.2 Results 237 C24.1.3 Origin of an overpressure in a UHH tank 241 Lessons learned from the investigation 241 Case 25 Burst of a Steel Gas Cylinder 243 C25.1 Case presentation 243 C25.1.1 Circumstances of the burst 243 C25.1.2 Effects of the burst 243 C25.1.3 Determination of the mechanism of the burst 247 C25.1.4 Conclusions of the investigation 259 Lessons learned from the investigation 260 Case 26 Explosion in a Foundry of Steel Waste 263 C26.1 Case presentation 263 C26.1.1 Description of the facility 263 C26.1.2 Circumstances of the explosion 263 C26.1.3 Effects of explosion 263 C26.1.4 Estimation of E eff based on damage analysis 264 C26.1.5 Determination of the explosion mechanism 265 C26.1.6 Yield of the explosion 265 Lessons learned from the investigation 266 Case 27 Explosion in the Boiler of a Household Waste Incinerator 267 C27.1 Case presentation 267 C27.1.1 Facility description 267 C27.1.2 Circumstances of the explosion 268 C27.1.3 Description of damage 268 C27.1.4 Determination of the explosion mechanism 269 C27.1.5 Protection of the boiler against the effects of an explosion 273 Lessons learned from investigation 275 Conclusion 277 References 281 Index 283

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Book SynopsisBehind the neologism ribozymes lies a family of fascinating molecules, ribo-enzymes, which have been relatively little studied. These catalytically active RNAs are found in all strata of life, from viruses to the human genome. At the end of the 1970s, the discovery of a catalytic RNA nestled in an intron, followed by another involved in the maturation of transfer RNAs, led to the discovery of new ribozymes and the transition from a strictly proteocentric vision, inherited from the dogma of molecular biology, to a more nucleocentric one. Since then, a variety of ribozymes have been identified in genomes, where their functions often remain mysterious. Looking at Ribozymes traces the discovery of these molecules and presents a picture of their functional diversity, catalytic mechanisms and distribution within the tree of life.

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Book SynopsisScientific thinking concerning the way in which we drive innovation has been widely developed in recent years. It is known that the process of innovation consists of a succession of decision-making processes that require simultaneous technical, economical, organizational and sustainable compromises. Indeed, all innovative activities in business require stakeholders to seek out the best compromise between various, often contradictory dimensions of the same problems. Through studying practical cases from various fields (e.g. energy, marketing and sustainable development), this book addresses all the stages of the innovation process, highlighting some of the main decisions that can be faced by organizations. Based on the historical research conducted at the ERPI Laboratory (University of Lorraine) in Nancy, France, this book presents six innovation practices: strategy, creativity, design, project management, human resources and capitalization of knowledge. These practices are then illustrated through examples of decision support methods' applications.Table of ContentsForeword ixChristian FONTEIX Introduction xiii Chapter 1 The Selection of Ideas During a Creativity Workshop: An Application of PROMETHEE 1 1.1 Context and challenges in decision-making 2 1.1.1 The phases of a creative workshop 2 1.1.2 Evaluation and selection of ideas 4 1.2 The PROMETHEE method 9 1.2.1 Methodological concept: the preference function 10 1.2.2 Application process 14 1.3 Application of PROMETHEE to the selection of ideas 16 1.3.1 Context of the workshop 16 1.3.2 Discussion of the results 22 1.4 To go further 23 1.4.1 The Gaia plane 23 1.4.2 Regarding the different versions of PROMETHEE 25 1.5 The PROMETHEE method: instructions for use 26 1.5.1 PROMETHEE step by step 26 1.5.2 Application of PROMETHEE with software support 32 1.6 References 39 Chapter 2 The Upstream Phases of Product Design: An Application of AHP 43 2.1 Context and challenges in decision-making 44 2.1.1 The challenges of the upstream phases of the design process 44 2.1.2 A trend in innovation: sustainable design 45 2.1.3 Definition of the decision model 46 2.2 The AHP method: analytic hierarchy process 49 2.2.1 The fundamental principle: the relative importance of criteria 49 2.2.2 Application of the method 54 2.3 Going further: the question of interdependence between criteria 62 2.3.1 The Dematel method 63 2.3.2 Application to the case study 67 2.3.3 Proposal for an AHP/Dematel combined approach 68 2.4 AHP: instructions for use 72 2.4.1 Practical guide 72 2.4.2 Illustration of related free software 78 2.5 References 83 Chapter 3 Marketing Strategy During the Market Entry Phase: An Application of Rough Sets 85 3.1 Context and challenges in decision-making 86 3.1.1 Decision-making in marketing 86 3.1.2 Definition of the decision model 88 3.2 The Rough Sets method or the theory of approximate sets 90 3.2.1 Terminology 90 3.2.2 Fundamental principle: indiscernibility 91 3.2.3 Application of the method 93 3.3 Discussion of the results obtained 96 3.3.1 Conditional rules obtained 96 3.3.2 Operational exploitation of rules 98 3.3.3 To go further: dominance-based rough sets approach 100 3.4 The Rough Sets method: instructions for use 103 3.4.1 The case of extracting information from a database: an example using the freeware program 4Emka 103 3.4.2 The case of implicit preference modeling 108 3.4.3 Step-by-step application 109 3.5 References 120 Chapter 4 Building a Coherent Project Portfolio: An Application of MAUT 123 4.1 Context and challenges in decision-making 124 4.1.1 The selection of innovative projects 124 4.1.2 Decision-making in the petroleum industry 124 4.1.3 Definition of the decision model 126 4.2 The MAUT method 127 4.2.1 Terminology and methodological concepts 127 4.2.2 Application of the method 130 4.3 To go further 138 4.3.1 Consideration of the constraints in making the decision 138 4.3.2 Synergies between criteria/between projects 139 4.3.3 The accuracy of the utility function 141 4.4 The MAUT method: instructions for use 141 4.4.1 MAUT step by step 141 4.4.2 Using software supports 149 4.5 References 154 Chapter 5 The Recruitment Process in Human Resources: An Application of ELECTRE 157 5.1 Context and challenges in decision-making 158 5.1.1 Human resources management and innovation 158 5.1.2 The challenges of the recruitment process 159 5.2 The ELECTRE method 161 5.2.1 Methodological concepts 161 5.2.2 Application of ELECTRE to the hiring of new staff members 164 5.3 To go further 173 5.3.1 Addressing incomparability in the results 173 5.3.2 Improving the accuracy of input data: processing qualitative criteria 177 5.4 ELECTRE: instructions for use 178 5.4.1 Practical guide 179 5.4.2 Illustration of related free software 187 5.5 References 190 Chapter 6 Knowledge Management in the Supply Chain: An Application of TOPSIS 193 6.1 Context and challenges in decision-making 194 6.1.1 Knowledge management in the supply chain 194 6.1.2 Definition of the decision model 196 6.2 The TOPSIS method 199 6.2.1 Methodological concepts 200 6.2.2 Application of the method 204 6.3 To go further 213 6.3.1 The imprecise nature of human judgment: moving towards "fuzzy logic" 213 6.3.2 Sensitivity analysis or the proposal of simulation scenarios 216 6.4 The TOPSIS method: instructions for use 218 6.4.1 TOPSIS step by step 218 6.4.2 Illustration of related free software 225 6.5 References 229 Conclusion 231 List of Authors 237 Index 239

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Book SynopsisThe crystallization of one or multiple salts in porous media (rocks, soils, building materials, etc.) is a subject of major interest in connection with numerous issues such as soil salinization, evaporation, CO2 injection into saline aquifers, the durability of building materials and the preservation of our cultural heritage. Salt Crystallization in Porous Media provides an interdisciplinary review of the key scientific knowledge required to understand this field of research, and illustrates the issues involved through a series of concrete examples. This book has been written for students completing their Master's level degree or higher in the field, as well as researchers and engineers interested in this research. It may also be of interest to a wider readership, as certain sections can be used to illustrate basic concepts, reaching beyond the subject of salt crystallization itself.

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Book SynopsisThe genome of a living being is composed of DNA sequences with diverse origins. Beyond single-copy genes, whose product has a biological function that can be inferred by experimentation, certain DNA sequences, present in a large number of copies, escape the most refined approaches aimed at elucidating their precise role. The existence of what 20th century geneticists had already perceived (and wrongly described as "junk DNA"!) was confirmed by the sequencing of the first complex genomes, including that of Homo sapiens. A large part of what defines a living thing is not unique, but repeated, sometimes a very large number of times, increasing in complexity with successive duplications and multiplication. Understanding and defining the many functions of this myriad of repeated sequences, as well as their evolution through natural selection, has become one of the major challenges for 21st century genomics.Table of ContentsForeword xiiiBernard DUJON Introduction xvGuy-Franck RICHARD Chapter 1 Whole-Genome Duplications, a Source of Redundancy at the Entire-Genome Scale 1Elise PAREY and Camille BERTHELOT 1.1 Prevalence of polyploids in the tree of life 2 1.1.1 Whole duplications in eukaryotes 2 1.1.2 Polyploidies in prokaryotic organisms 6 1.1.3 Polyploid cells in normal and pathological physiology 7 1.2 Mechanisms for the appearance of whole-genome duplications 7 1.2.1 Non-separation of chromosomes after replication 7 1.2.2 Autopolyploidization, a perfect genome redundancy 9 1.2.3 Allopolyploidization, an overlapping of genomes of similar species 9 1.3 Cellular consequences of whole-genome duplications 11 1.3.1 Disruption of cell and nucleus organization 11 1.3.2 Modifications in the expression of genes and transposons 13 1.3.3 Unstable meiosis 15 1.4 Rediploidization: evolutionary reduction in genetic redundancy 16 1.4.1 Resolution of meiosis by karyotype rearrangement 16 1.4.2 Evolutionary divergence of duplicated sequences 18 1.4.3 Bias and dominance during rediploidization 20 1.4.4 Incomplete and lineage-specific rediploidizations 21 1.5 Functions and evolution of duplicated genes 22 1.5.1 Redundancy and subfunctionalization 23 1.5.2 Neofunctionalization and evolutionary innovations 24 1.5.3 Gene repertoire bias 26 1.5.4 Regulatory blocks and splitting of regulatory regions 29 1.6 Whole-genome duplications and evolutionary diversification 32 1.6.1 Association with geological crises 32 1.6.2 Evolutionary speciations and radiations 33 1.7 Perspectives and conclusions 34 1.8 References 35 Chapter 2 Segmental Duplications and CNVs: Adaptive Potential of Structural Polymorphism 47Patricia BALARESQUE and Franklin DELEHELLE 2.1 The multiple facets of genetic polymorphism 48 2.2 From Segmental Duplications to Copy Number Variants: terminology 49 2.3 SDs: a general overview 49 2.3.1 Background 49 2.3.2 SDs: more than a category of sequences, superstructures 50 2.3.3 SD and CNV: study biases related to the attractiveness of subjects as well as to the technological developments of the moment 51 2.3.4 SD: characteristics in human and non-human primates 52 2.4 Methodologies for detecting structural variation in genomes 53 2.4.1 In vitro methods 54 2.4.2 Methods on reads 54 2.4.3 Post-assembly methods 54 2.5 The molecular mechanisms at the origin of structural variation 56 2.5.1 Homologous recombination mechanisms 56 2.5.2 Non-homologous recombination mechanisms 57 2.6 Regions rich in SDs/LCRs favor the creation of CNVs: insertions/duplications, deletions and inversions 58 2.6.1 Insertions/duplications and deletions 58 2.6.2 Inversions 60 2.7 From SDs to CNVs in humans and primates 61 2.7.1 General overview 61 2.7.2 Delineating regions of interest 61 2.7.3 Heterogeneity in the distribution of intra- and interchromosomal SDs 62 2.7.4 Intrachromosomal and interchromosomal SDs: what do they teach us about the evolutionary history and origin of SDs? 62 2.7.5 Intra- and interchromosomal SDs: the specific case of sex chromosomes 66 2.7.6 SDs: an association with specific sequences? 66 2.8 SDs in little-studied species: general genomic profiles 66 2.8.1 Twelve genomes under study 68 2.8.2 Distribution and characteristics of SDs in genomes 70 2.9 SD content: impact of a duplicated environment on sequences that make up the SDs 70 2.9.1 SDs and non-coding sequences: the case of microsatellites 71 2.9.2 SDs and coding genes: the fate of genes in SDs 72 2.10 SDs and epigenetic modifications 75 2.11 The adaptive potential of SDs: between the benefit of innovation and the cost of pathology 78 2.11.1 The organism’s defense: immune system 79 2.11.2 Nutrient/food assimilation 80 2.11.3 Sensory perception of the environment 80 2.11.4 Neurological processes 82 2.11.5 Reproduction and the X and Y chromosomes: true SD concentrates 83 2.12 SDs and associated CNVs: their roles in species adaptation to changes in environments 86 2.12.1 SDs: a link between genomic architecture, adaptive potential and environmental changes? 86 2.12.2 Adaptation to global environmental stress 86 2.12.3 Adaptation to nutrient-poor surroundings 88 2.12.4 Adaptation to low and high temperatures 88 2.12.5 Heavy-metal adaptation 89 2.12.6 Antibiotics and drugs 90 2.12.7 Pesticide resistance 90 2.12.8 Domestication and post-domestication of plant and animal species 91 2.12.9 Competition and evolutionary success: invasive species and hybridization 93 2.13 Conclusion 94 2.14 Glossary of terms 95 2.15 References 96 Chapter 3 Transposable Elements: Parasites that Shape Genome Evolution 117Amandine BONNET, Karine CASIER, Clément CARRÉ, Laure TEYSSET and Pascale LESAGE 3.1 Transposable elements in eukaryotic genomes 117 3.1.1 TEs: essential components of eukaryotic genomes 118 3.1.2 Acquisition of new TEs by horizontal transfer 119 3.2 Classification of TEs and transposition mechanisms 120 3.2.1 Class I retrotransposons 120 3.2.2 Class II DNA transposons 123 3.3 TE self-regulation 123 3.3.1 Spatio-temporal regulation of TE expression 124 3.3.2 Self-regulation of transposition efficiency 125 3.3.3 Selective integration to better protect the genome 125 3.4 TE restriction by the host 129 3.4.1 Transcriptional repression of genomic copies 129 3.4.2 TE transcripts: choice targets for multiple restrictions 132 3.4.3 The Swiss knives of TE restriction: piRNAs 134 3.4.4 Reverse transcription of retroelements: a key step to inhibit 139 3.5 The impact of transposition events on genomes 140 3.5.1 The structural and functional consequences of TE activity on the genome 140 3.5.2 Pathologies associated with TE activity 144 3.5.3 The impact of TEs on the evolution of the host 148 3.6 Conclusion 155 3.7 References 156 Chapter 4 Insights Into the Evolutionary Diversity of Centromeres 181Nuria CORTES-SILVA, Aruni P SENARATNE and Ines A DRINNENBERG 4.1 The centromere 181 4.1.1 Definition and historical background 181 4.1.2 Two main types of centromeric architectures 183 4.2 Monocentromeres 184 4.2.1 The diversity of monocentric architectures across fungi 184 4.2.2 Animal and plant models contain long repetitive regional centromeres 190 4.3 Holocentromeres 192 4.3.1 Nematodes 193 4.3.2 Plants 195 4.3.3 Insects 196 4.4 Open questions 198 4.5 Acknowledgments 198 4.6 References 198 Chapter 5 Evolution and Functions of Telomeres 207Arturo LONDOÑO-VALLEJO 5.1 Primary structure of telomeres 207 5.1.1 Origin and evolution of telomeres 210 5.1.2 Nucleoprotein structure of telomeres 212 5.2 A telomere specific higher order structure: the T-loop 215 5.2.1 Telomere replication, a fundamental mechanism for telomere maintenance 215 5.3 Telomere lengthening mechanisms 220 5.4 Telomere length homeostasis 222 5.5 Telomeres and genome organization and function 225 5.6 Cell senescence, aging and disease 226 5.7 Conclusion 227 5.8 Acknowledgments 227 5.9 References 227 Chapter 6 G-quadruplexes: Structure, Detection and Functions 239Emilia Puig LOMBARDI 6.1 From guanine-guanine base-pairing to a secondary structure 239 6.1.1 G-quartets 239 6.1.2 Folding into a G-quadruplex structure 241 6.2 The G4 structure: variations on a theme 243 6.2.1 RNA G-quadruplexes (rG4) 245 6.2.2 Exceptions to the rule(s): non-canonical G-quadruplexes 245 6.3 Finding G-quadruplexes in a genome 246 6.3.1 Experimental methods for G-quadruplex detection 247 6.3.2 Computational methods 250 6.4 Biological roles of G-quadruplexes 257 6.4.1 First role attributed to quadruplexes: their formation in telomeres 257 6.4.2 Predictions based on bioinformatic analyses 259 6.5 Perspective: G-quadruplexes as anticancer therapeutic targets 261 6.6 References 264 Chapter 7 Satellite DNA, Microsatellites and Minisatellites 273Wilhelm VAYSSE–ZINKHÖFER and Guy-Franck RICHARD 7.1 Satellite DNAs, origin and definition 273 7.1.1 Minisatellites 274 7.1.2 Microsatellites 274 7.2 From semantics to biology 275 7.2.1 Distribution of satellite DNAs in genomes 275 7.2.2 Polymorphic genetic markers 277 7.2.3 Trinucleotide repeat expansions 281 7.2.4 Microsatellites regulate gene expression 283 7.2.5 Minisatellites are important in cell adhesion 285 7.2.6 Function of megasatellites 287 7.2.7 Centromeric satellite DNA, complexity of structure–function studies 288 7.3 The evolutionary mechanisms of tandem repeats 289 7.3.1 Historical model of slippage during replication 290 7.3.2 Slippage during DNA repair 292 7.3.3 Repeat expansions and contractions during homologous recombination 292 7.4 Microsatellites in human diseases 297 7.4.1 Triplet repeat expansion disorders 297 7.4.2 Colorectal cancers and the mismatch repair system 298 7.4.3 Fragile sites 299 7.5 De novo formation and evolution of tandem repeats 300 7.5.1 Birth and death of microsatellites 300 7.5.2 Formation of minisatellites 304 7.6 Perspectives 307 7.6.1 Inadequacy of software tools 307 7.6.2 The importance of definitions in biology 310 7.7 Acknowledgments 311 7.8 References 311 Chapter 8 CRISPR-Cas: An Adaptive Immune System 319Marie TOUCHON 8.1 A brief history of the discovery of CRISPR-Cas systems 319 8.2 General characteristics of CRISPR-Cas systems 323 8.2.1 Diversity of repeats 324 8.2.2 Diversity and origin of spacers 325 8.2.3 Diversity and evolutionary classification of cas genes 327 8.2.4 Origin of CRISPR-Cas systems 329 8.3 Evolution of CRISPR-Cas systems 330 8.3.1 Scattered distribution of CRISPR-Cas systems 330 8.3.2 Massive transfer of CRISPR-Cas systems 331 8.3.3 Commonly lost systems 332 8.3.4 Evolutionary dynamics of CRISPR arrays 333 8.4 An adaptive immune system 334 8.4.1 A three-stage immune response 334 8.4.2 Diversity of CRISPR-Cas molecular mechanisms 337 8.4.3 Self- and none self-discrimination: avoiding self-targeting by CRISPR 340 8.5 Phage escape mechanisms 341 8.5.1 Genomic modifications 341 8.5.2 Anti-CRISPR proteins 343 8.6 Biological cost of CRISPR-Cas systems 344 8.6.1 Cost of expression 344 8.6.2 Cost of autoimmunity 345 8.6.3 The genetic background of the host 346 8.6.4 Limiting horizontal gene transfer 347 8.6.5 Naïve and primed adaptation 348 8.7 Importance in nature: impact of ecological factors 349 8.7.1 Phage diversity – mutation rate 349 8.7.2 Phage diversity – population size 350 8.7.3 Infectious risk – alternative strategies 350 8.8 Conclusions and perspectives 351 8.9 References 353 List of Authors 361 Index 363

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Book SynopsisThis book is part of a set of books which offers advanced students successive characterization tool phases, the study of all types of phase (liquid, gas and solid, pure or multi-component), process engineering, chemical and electrochemical equilibria, and the properties of surfaces and phases of small sizes. Macroscopic and microscopic models are in turn covered with a constant correlation between the two scales. Particular attention has been given to the rigor of mathematical developments.Table of ContentsPREFACE xiii NOTATIONS xvii SYMBOLS xix CHAPTER 1. THERMODYNAMIC FUNCTIONS AND VARIABLES 1 1.1. State variables and characteristic functions of a phase 2 1.1.1. Intensive and extensive conjugate variables 2 1.1.2. Variations in internal energy during a transformation 3 1.1.3 Characteristic function associated with a canonical set of variables 5 1.2. Partial molar parameters 7 1.2.1. Definition 7 1.2.2. Properties of partial molar variables 8 1.3. Chemical potential and generalized chemical potentials 8 1.3.1. Chemical potential and partial molar free enthalpy 8 1.3.2. Definition of generalized chemical potential 9 1.3.3. Variations in the chemical potential and generalized chemical potential with variables 10 1.3.4. Gibbs–Duhem relation 10 1.3.5. Generalized Helmholtz relations 11 1.3.6. Chemical system associated with the general system 12 1.4. The two modeling scales 14 CHAPTER 2. MACROSCOPIC MODELING OF A PHASE 15 2.1. Thermodynamic coefficients and characteristic matrices 15 2.1.1. Thermodynamic coefficients and characteristic matrix associated with the internal energy 15 2.1.2. Symmetry of the characteristic matrix 17 2.1.3. The thermodynamic coefficients needed and required to thermodynamically define the phase 17 2.1.4. Choosing other variables: thermodynamic coefficients and characteristic matrix associated with a characteristic function 19 2.1.5. Change in variable from one characteristic matrix to another 22 2.1.6. Relations between thermodynamic coefficients and secondary derivatives of the characteristic function 26 2.1.7. Examples of thermodynamic coefficients: calorimetric coefficients 27 2.2. Partial molar variables and thermodynamic coefficients 27 2.3. Common variables and thermodynamic coefficients 28 2.3.1. State equation 29 2.3.2. Expansion coefficients 30 2.3.3. Molar heat capacities 32 2.3.4. Young’s Modulus 34 2.3.5. Electric permittivity 34 2.3.6. Volumic and area densities of electric charge 34 2.4. Thermodynamic charts: justification of different types 35 2.4.1. Representation of a variable as a function of its conjugate 35 2.4.2. Representation of a characteristic function as a function of one of its natural variables 38 2.5. Stability of phases 39 2.5.1. Case of ensemble E0 of extensive variables 40 2.5.2. Coefficients associated with ensemble En 43 2.5.3. Case of other ensembles of variables 44 2.5.4. Conclusion: stability conditions of a phase in terms of thermodynamic coefficients 46 2.5.5. Example – applying stability conditions 46 2.6. Consistency of thermodynamic data 48 2.7. Conclusion on the macroscopic modeling of phases 49 CHAPTER 3. MULTI-COMPOUND PHASES – SOLUTIONS 51 3.1. Variables attached to solutions 51 3.1.1. Characterizing a solution 52 3.1.2. Composition of a solution 53 3.1.3. Peculiar variables and mixing variables 54 3.2. Recap of ideal solutions 57 3.2.1. Thermodynamic definition 57 3.2.2. Molar Gibbs energy of mixing of an ideal solution 57 3.2.3. Molar enthalpy of mixing of the ideal solution 57 3.2.4. Molar entropy of mixing of the ideal solution 58 3.2.5. Molar volume of mixing 58 3.2.6. Molar heat capacity of ideal solution: Kopp’s law 58 3.3. Characterization imperfection of a real solution 59 3.3.1. Lewis activity coefficients 60 3.3.2. Characterizing the imperfection of a real solution by the excess Gibbs energy 71 3.3.3. Other ways to measure the imperfection of a solution 74 3.4. Activity of a component in any solution: Raoult’s and Henry’s laws 76 3.5. Ionic solutions 77 3.5.1. Chemical potential of an ion 78 3.5.2. Relation between the activities of ions and the overall activity of solutes 80 3.5.3. Mean concentration and mean ionic activity coefficient 80 3.5.4. Obtaining the activity coefficient of an individual ion 82 3.5.5. Ionic strength 82 3.6. Curves of molar variables as a function of the composition in binary systems of a solution with two components 83 CHAPTER 4. STATISTICS OF OBJECT COLLECTIONS 87 4.1. The need to statistically process a system 87 4.1.1. Collections, system description – Stirling’s approximation 87 4.1.2. Statistical description hypothesis 88 4.1.3. The Boltzmann principle 89 4.2. Statistical effects of distinguishable non-quantum elements 89 4.2.1. Distribution law 90 4.2.2. Calculation of 91 4.2.3. Determining coefficient 92 4.2.4. Energy input to a system 95 4.2.5. The Boltzmann principle for entropy 96 4.3. The quantum description and space of phases 97 4.3.1. Wave functions and energy levels 97 4.3.2. Space of phases: discernibility of objects and states 98 4.3.3. Localization and non-localization of objects 98 4.4. Statistical effect of localized quantum objects 99 4.5. Collections of non-localized quantum objects 100 4.5.1. Eigen symmetrical and antisymmetric functions of non-localized objects 101 4.5.2. Statistics of non-localized elements with symmetrical wave functions 103 4.5.3. Statistics of non-localized elements with an asymmetric function 105 4.5.4. Classical limiting case 107 4.6. Systems composed of different particles without interactions 107 4.7. Unicity of coefficient 108 4.8. Determining coefficient in quantum statistics 110 CHAPTER 5. CANONICAL ENSEMBLES AND THERMODYNAMIC FUNCTIONS 113 5.1. An ensemble 113 5.2. Canonical ensemble 114 5.2.1. Description of a canonical ensemble 114 5.2.2. Law of distribution in a canonical ensemble 115 5.2.3. Canonical partition function 116 5.3. Molecular partition functions and canonical partition functions 117 5.3.1. Canonical partition functions for ensembles of discernable molecules 117 5.3.2. Canonical partition functions of indiscernible molecules 118 5.4. Thermodynamic functions and the canonical partition function 120 5.4.1. Expression of internal energy 120 5.4.2. Entropy and canonical partition functions 121 5.4.3. Expressing other thermodynamic functions and thermodynamic coefficients in the canonical ensemble 123 5.5. Absolute activity of a constituent 125 5.6. Other ensembles of systems and associated characteristic functions 127 CHAPTER 6. MOLECULAR PARTITION FUNCTIONS 131 6.1. Definition of the molecular partition function 131 6.2. Decomposition of the molecular partition function into partial partition functions 131 6.3. Energy level and thermal agitation 133 6.4. Translational partition functions 134 6.4.1. Translational partition function with the only constraint being the recipient 135 6.4.2. Translational partition function with the constraint being a potential centered and the container walls 137 6.5. Maxwell distribution laws 139 6.5.1. Distribution of ideal gas molecules in volume 139 6.5.2. Distribution of ideal gas molecules in velocity 140 6.6. Internal partition functions 142 6.6.1. Vibrational partition function 142 6.6.2. Rotational partition function 144 6.6.3. Nuclear partition function and correction of symmetry due to nuclear spin 146 6.6.4. Electronic partition function 149 6.7. Partition function of an ideal gas 149 6.8. Average energy and equipartition of energy 150 6.8.1. Mean translational energy 151 6.8.2. Mean rotational energy 152 6.8.3. Mean vibrational energy 152 6.9. Translational partition function and quantum mechanics 153 6.10. Interactions between species 155 6.10.1. Interactions between charged particles 155 6.10.2. Interaction energy between two neutral molecules 156 6.11. Equilibrium constants and molecular partition functions 161 6.11.1. Gaseous phase homogeneous equilibria 162 6.11.2. Liquid phase homogeneous equilibria 164 6.11.3. Solid phase homogenous equilibria 166 6.12. Conclusion on the macroscopic modeling of phases 167 CHAPTER 7. PURE REAL GASES 169 7.1. The three states of the pure compound: critical point 169 7.2. Standard state of a molecular substance 170 7.3. Real gas – macroscopic description 171 7.3.1. Pure gas diagram (P-V) 171 7.3.2. “Cubic” state equations 172 7.3.3. Other state equations 177 7.3.4. The theorem of corresponding states and the generalized compressibility chart 180 7.3.5. Molar Gibbs energy or chemical potential of a real gas 182 7.3.6. Fugacity of a real gas 183 7.3.7. Heat capacities of gases 186 7.4. Microscopic description of a real gas 188 7.4.1. Canonical partition function of a fluid 188 7.4.2. Helmholtz energy and development of the virial 195 7.4.3. Forms of the second coefficient of the virial 197 7.4.4. Macroscopic state equations and microscopic description 202 7.4.5. Chemical potential and fugacity of a real gas 203 7.4.6. Conclusion on microscopic modeling of a real gas 204 7.5. Microscopic approach of the heat capacity of gases 206 7.5.1. Classical theorem from the equipartition of energy 207 7.5.2. Quantum theorem of heat capacity at constant volume 208 CHAPTER 8. GAS MIXTURES 213 8.1. Macroscopic modeling of gas mixtures 213 8.1.1. Perfect solutions of perfect gases 213 8.1.2. Mixture of real gases 215 8.2. Characterizing gas mixtures 217 8.2.1. Method of the state equations of gas mixtures 218 8.2.2. The Beattie–Bridgeman state equation 218 8.2.3. Calculating the compressibility coefficient of a mixture 222 8.2.4. Method using activity coefficients of solutions 225 8.3. Determining activity coefficients of a solution from an equation of state 225 8.3.1. Methodology 226 8.3.2. Studying solutions using the PSRK method 227 8.3.3. VTPR Model 230 8.3.4. VGTPR Model 233 APPENDICES 237 APPENDIX 1 239 APPENDIX 2 243 APPENDIX 3 245 APPENDIX 4 253 APPENDIX 5 257 BIBLIOGRAPHY 261 INDEX 265

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Book SynopsisThe book offers advanced students, in 7 volumes, successively characterization tools phases, the study of all types of phase, liquid, gas and solid, pure or multi-component, process engineering, chemical and electrochemical equilibria, the properties of surfaces and phases of small sizes. Macroscopic and microscopic models are in turn covered with a constant correlation between the two scales. Particular attention was given to the rigor of mathematical developments. Besides some very specialized books, the vast majority of existing works are intended for beginners and therefore limited in scope. There is no obvious connection between the two categories of books, general books does not go far enough in generalizing concepts to enable easy reading of advanced literature. The proposed project aims to give readers the ability to read highly specialized publications based on a more general presentation of the different fields of chemical thermodynamics. Consistency is ensured between the basic concepts and applications. So we find, in the same work, the tools, their use and comparison, for a more general macroscopic description and a microscopic description of a phase.Table of ContentsPreface xi Notations and Symbols xv Chapter 1 Physico-Chemical Transformations and Equilibria 1 1.1 Characteristic parameters of physico-chemical transformations 1 1.1.1 Balance equation of a transformation 1 1.1.2 Values associated with a transformation 2 1.1.3 Standard values associated with a transformation 3 1.1.4 Extent and rate of a transformation 3 1.2 Entropy production during the course of a transformation in a closed system 4 1.3 Affinity of a transformation 5 1.3.1 Definition 5 1.3.2 Affinity and characteristic functions 6 1.3.3 Affinity and chemical potentials 7 1.3.4 Affinity, reaction quotient and activities 8 1.3.5 Total differential of the affinity in variables Yl, Xm , ξ 9 1.3.6 Derivatives of the affinity in relation to the extent and the chemical potentials 11 1.4 De Donder’s inequality – direction of the transformations and equilibrium conditions 12 1.5 Heats of transformation 14 1.5.1 Heat of transformation at constant pressure and temperature 15 1.5.2 Heat of transformation at constant volume and temperature 16 1.5.3 Variations in the heat of transformation at constant pressure with changing temperature – Kirchhoff relation 17 1.6 Set of points representing the equilibrium states of a transformation 18 1.7 Closed systems accommodating multiple reactions 19 1.8 Direction of evolution and equilibrium conditions in an open system 20 1.9 Azeotropic transformations 21 Chapter 2 Properties of States of Physico-Chemical Equilibrium 25 2.1 Laws of displacement of an equilibrium 25 2.1.1 General form of the displacement laws 25 2.1.2 Influence of a temperature disturbance 26 2.1.3 Influence of a pressure disturbance 27 2.1.4 Influence of the addition of a component 27 2.1.5 Influence of the addition of an inert component 32 2.2 Properties of all the equilibria in a system 33 2.2.1 Property of the set of balance equations of a system 34 2.2.2 Linear combinations of balance equations 36 2.2.3 Base of the vector space of the balance equations – Jouguet criteria 37 2.3 Phase laws 41 2.3.1 Reminder of Gibbs’ phase rule 41 2.3.2 Duhem’s phase rule in closed systems 42 2.3.3 Comparison between the Gibbs variance and the Duhem variance 44 2.4 Indifferent states 44 2.4.1 Definition 45 2.4.2 Condition of indifference of a state 45 2.4.3 Set of indifferent points of equilibrium 47 2.4.4 Gibbs–Konovalov theorem 47 2.5 Thermodynamically-equivalent systems 48 2.6 Stability of equilibria 48 2.6.1 De Donder’s general stability condition 49 2.6.2 Stability of a system with unilateral variations 49 2.6.3 Stability of a system with bilateral variations 51 2.6.4 Conditions of bilateral stability expressed in terms of chemical potentials 53 Chapter 3 Molecular Chemical Equilibria 55 3.1 Law of mass action – equilibrium constants 55 3.1.1 Expression of the law of mass action 55 3.1.2 Different forms of the law of mass action 57 3.1.3 Use of solution models and application of the law of mass action 62 3.1.4 Systems composed of a set of equilibria 63 3.1.5 Unit of the equilibrium constants 64 3.1.6 Variations of the equilibrium constants with temperature 64 3.1.7 Influence of the choice of reference pressure on the equilibrium constant 66 3.1.8 Dissociative dissolution of a gas in a solid 67 3.2 Graphical representations of equilibria – pole diagrams 69 3.2.1 Principle of the pole diagram 69 3.2.2 Influence of a temperature change on a pole diagram 70 3.2.3 Pole diagrams of two reactions in the same family 72 3.3 Representation of the evolution of an equilibrium with the temperature 73 3.3.1 Diagram in van ’t Hoff coordinates 73 3.3.2 Ellingham diagrams 74 3.4 Binary diagrams for chemical equilibrium 88 3.5 Ternary diagrams of chemical equilibria 89 3.5.1 Mode of representation 90 3.5.2 Molar fractions at equilibrium and initial composition 93 3.5.3 Iso-Q curves in perfect solutions 95 3.5.4 Iso-composition curves in perfect solutions 98 3.6 Quaternary diagrams of chemical equilibria 100 Chapter 4 Determination of the Values Associated with Reactions – Equilibrium Calculations 105 4.1 Reminders of a few thermodynamic relations 105 4.2 Enthalpies of reaction – thermochemistry 110 4.2.1 Experimental determination of the reaction enthalpies by calorimetry 111 4.2.2 Calculation of the standard enthalpy at another temperature 111 4.2.3 Influence of the pressure on the reaction enthalpies 111 4.2.4 Determination of the reaction enthalpies by calculation on the basis of other thermodynamic data 112 4.2.5 Enthalpies of formation 114 4.2.6 Enthalpies of combustion 116 4.2.7 Dissociation energy, bond energy and enthalpies of formation 119 4.3 Reaction entropies 126 4.3.1 Planck’s hypothesis – calculation of the calorimetric entropies 126 4.3.2 Spectroscopic determination of entropies – absolute entropies 128 4.3.3 The third law 128 4.4 Specific heat capacities 131 4.4.1 Calorimetric measurements of the specific heat capacities 131 4.4.2 Spectral measurements of the specific heat capacities 134 4.5 Experimental determination of the equilibrium constants 134 4.6 Calculation of the equilibrium constants on the basis of other thermodynamic data 136 4.6.1 Calculation of the equilibrium constants – method 1 137 4.6.2 Calculation of the equilibrium constants – method 2 137 4.6.3 Calculation of the equilibrium constants – method 3 137 4.6.4 Calculation of the equilibrium constants – method 4 138 4.6.5 Calculation of the equilibrium constants – method 5 138 4.7 Determination of the equilibrium constants on the basis of spectral data and statistical thermodynamics 140 4.8 Thermodynamic tables and databanks 140 4.9 Estimation of thermodynamic data 142 4.9.1 Method of evaluating the energies of dissociation by spectroscopy 143 4.9.2 Group contribution methods 143 4.10 Thermodynamic calculations for complex systems 146 4.10.1 Definition of the system 147 4.10.2 Output mode – graphical representation 147 4.10.3 Calculation method based on the equilibrium constants 148 4.10.4 Method of minimization of the Gibbs energy function 149 Appendices 151 Appendix 1 153 Appendix 2 163 Bibliography 181 Index 185

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Book SynopsisCarbohydrates offer a ready source of enantiomerically pure starting materials. They have been used for the imaginative synthesis of a wide range of compounds, and have been found to be effective chiral auxiliaries which enable the introduction of a range of functionalities in a highly enantioselective manner. In a subject dominated by volumes at research and professional level, this book provides a broad understanding of the use of carbohydrates in organic synthesis, at postgraduate student level. Emphasis is placed on retrosynthetic analysis, with discussion of why a particular synthetic route has been chosen, and mechanistic explanations are provided for key and novel reactions. Wherever possible, the authors highlight points of general significance to organic synthesis. Selected experimental conditions and reaction details are incorporated to ensure that information can be utilised in research. The book is extensively referenced and so provides a convenient point of entry to the primary literature.Table of ContentsPart A: Structure and Synthesis of Saccharides and Glycoproteins. 1 Mono- and oligosaccharides: structure, configuration and conformation. 2 Protecting groups. 3 Functionalised saccharides. 4 Oligosaccharide synthesis. 5 The chemistry of O- and N-linked glycopeptides. Part B: Natural Product Synthesis from Monosaccharides. 6 (-)-Echinosporin. 7 (+)Zaragozic acid C. 8 (+)-Neocarzinostatin. 9 (+)-Castanospermine. 10 (-)-Silphiperfolene. 11 (-)-Allosamizoline. 12 (-)-Reiswigin A. 13 (-)-Octalactin A. 14 (-)-ACRL toxin I. 15 (+)-Gasbosine E. 16 (-)-Augustamine and (-)-amabiline. 17 (-)-FK506. 18 (3S, 5S)-5-Hydroxypiperazic acid. References. Index.

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Book SynopsisThis book presents a large number of organic reactions performed under green conditions, which were earlier performed using anhydrous conditions and various volatile organic solvents. The conditions used involve green solvents like water, super critical carbon dioxide, ionic liquids, polymer-supported reagents, polyethylene glycol and perfluorous liquids. A number of reactions have been conducted in solid state without using any solvent. Most of the reactions have been conducted under microwave irradiations and sonication. In large number of reactions, catalysts like phase transfer catalysts, crown ethers and biocatalysts have been used. Providing the protocols that every laboratory should adopt, this book elaborates the principles of green chemistry and discusses the planning and preparations required to convert to green laboratory techniques. It includes applications relevant to practicing researchers, students and environmental chemists. This book is useful for students (graduate and postgraduate), researchers and industry professionals in the area of chemical engineering, chemistry and allied fields.Table of ContentsForward vPreface to the Third Edition viiPreface to the First Edition ix1. GREEN CHEMISTRY 2. GREEN REACTIONS 3. GREEN PREPARATION MULTIPLE CHOICE QUESTIONS ANSWERS SHORT ANSWER QUESTIONSINDEX

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Book SynopsisThis sixth edition provides information on techniques needed to analyze foods for chemical and physical properties.

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Book SynopsisThe widespread use of organoboron compounds justifies the efforts devoted to their synthesis, as well as toward developing an understanding of their reactivity. The nature of the mono- or diboron species is of paramount importance in determining the reversible covalent binding properties of the boron atom with both nucleophiles and electrophiles. By wedding the rich chemical potential of organoboron compounds to the ubiquity of organic scaffolds, advanced borylation reactions have the potential to open unprecedented synthetic alternatives, and new knowledge in the field should encourage chemists to use organoboron compounds. In this volume, the main objective is to provide a collection of the most useful, practical, and reliable methods, reported mainly within the last decade, for boron activation and boron reactivity. The volume covers the main concepts of organoboron compounds and includes experimental procedures, enabling newcomers to the field the instant and reliable application of the new tools in synthesis. Rather than aiming for a comprehensive coverage, the most advanced solutions for challenging transformations are introduced. To this end, a team of pioneers and leaders in the field have been assembled who discuss both the practical and conceptual aspects of this rapidly growing field.Table of Contents1 Introduction 2 Mechanistic Aspects of Carbon—Boron Bond Formation 3 Diboron Compounds: Synthesis and Applications 4 Synthesis of gem-Diboron Compounds from Diboron Reagents 5 anti Boron Addition to Alkynes 6 Borylation of Carbonyl and Imine Groups 7 Borylative Ring Opening 8 Borylative Ring Closing 9 Decarbonylative/Decarboxylative Borylation 10 Borylation Reactions in Water 11 Nanocatalyzed Borylation Reactions 12 Reactions through Radical Boryl Moieties 13 Boron "Ate" Complexes for Asymmetric Synthesis 14 Application of Selective Asymmetric Borylation to Target Compounds

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Book SynopsisDie zweite Auflage der "Verständlichen Chemie" führt Sie auf dem kürzesten Weg vom Atombau bis hin zu den Biomolekülen, und das auch ohne Vorkenntnisse in der Chemie. Dabei erlernen Sie nicht nur das chemische Fachwissen, sondern auch eine Arbeitsmethode, die für Sie in der Schule, im Studium oder im Berufsleben von großem Nutzen ist. Die Verständlichkeit für Lernende steht hier voll und ganz im Mittelpunkt; diese wird durch die konsequente Vernetzung der Lerninhalte erreicht. Der Lernstoff ist in klar formulierte Schritte von jeweils einer Seite gegliedert, die mit Fragen zur Lern- und Verständniskontrolle abschließen. Um den eigenen Kenntnisstand fortwährend überprüfen zu können, wird jede Frage im Lösungsteil ausführlich beantwortet. Darüber hinaus schließt jedes Kapitel einen umfangreichen Test mit ein, um die Erfolgskontrolle zu optimieren. Wer nach der Bearbeitung der "Verständlichen Chemie" seine Kenntnisse in Allgemeiner, Anorganischer und Organischer Chemie festigen und erweitern möchte, kann dies mit den analog konzipierten "Grundkursen Chemie I und II" erreichen. Trade ReviewRezensionen: "....Es ist geradezu ein Vergnügen, mit diesem didaktisch wertvollen Buch die eigenen Chemiekenntnisse wieder auzufrischen...." Clinical Laboratory "Wiederum werden auch hier keinerlei Vorkenntnisse voausgesetzt, mathematische Ableitungen auf das erforderliche Minimum reduziert ...Hilfreich ist es, daß nicht allein das Ergebnis angegeben, sondern zudem erklärt wird, wie man zu diesem Resultat gelangen kann. Auf diese Weise trägt auch der zweite Teil entscheidend zur Vermittlung des Basiswissens bei. ...Nachdem ich einmal mit der Lektüre der Anfangslernschritte begonnen hatte, las ich mich - motiviert durch das erfolgreiche Abschneiden bei den Erfolgskontrollen - geradezu fest, bereichert durch teilweise neue didaktische Möglichkeiten der Darstellung..." Giesla Lück, Angwandte ChemieTable of ContentsBausteine chemischer Elemente Einfache Ionenverbindungen (Salze) Gemeinsame Valenzelektronen Stoff und Temperatur Zwischenmolekulare Kräfte Reaktion und Energie Stoffsystem und Stoffmenge Gleichgewichtslehre Saure und alkalische Lösungen Mehrprotonige Säuren Komplex- und Redoxreaktionen Elektrochemie Kohlenstoff Kohlenwasserstoffe I Kohlenwasserstoffe II Wichtige Sauerstoffverbindungen Amine/Fette/Waschmittel Makromolekulare Kunststoffe Proteine Kohlenhydrate Nucleinsäuren

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Book SynopsisOb traditionelles Feuerwerk oder atemberaubende Spezialeffekte in Filmen, solche aufsehenerregenden chemischen Vorführungen sind bis heute ein Publikumsmagnet und begeistern jung und alt. Auf ihrem Streifzug durch vier Jahrhunderte öffentlicher Experimentalvorlesungen ist den Autoren allerlei Kurioses und Wissenswertes begegnet. Von Alchemisten und ihrer 'magischen' Kunst, von Chemievorführungen an Fürsten- und Königshöfen, von großen Lehrern wie Justus von Liebig, Michael Faraday oder Georg Lichtenberg und ihren Nachfolgern ist die Rede. Wer erinnert sich bei der Lektüre der amüsanten Anekdoten nicht gern an einen Besuch im Zirkus, auf dem Jahrmarkt oder gar an die Versuche im Chemieunterricht? Vor diesem fundierten historischen Hintergrund präsentieren die Autoren im zweiten Teil des Buches eine bunte Mischung spektakulärer chemischer Schauexperimente mit Anleitungen. Alle Versuche können ohne großen Aufwand vor kleinem wie großem Publikum vorgeführt werden. Lassen Sie sich von der 'Magie' chemischer Experimente in den Bann ziehen, von Feuerwerken und Feuerspucken, Schießbaumwolle, Kerzenschießen und Knallgasexperimenten, Geheimtinten und Verspiegelungen, Goldmachen, Bierbrauen und Bluttests. Daß es am Ende doch mit rechten Dingen zugeht, darüber lassen die Erklärungen der chemischen Hintergründe zu den Experimenten keinen Zweifel. Aber Probieren geht über Studieren!Table of ContentsTeil 1 Historisches, Wissenswertes und Amüsantes zu den großen europäischen Experimentalvorlesungen 1Von Otto Krätz 1 Von der Verantwortung des Vortragenden gegenüber Hörern und Wissenschaft 3 2 Der Jardin du Roi in Paris, die Wiege der großen chemischen Experimentalvorlesung 9 3 Öffentliche Experimentalvorlesungen für Chemie im London des 18. und 19. Jahrhunderts 21 4 Lichtenbergs Göttinger Experimentalvorlesungen über „Physik“ für Studenten und reisende Kavaliere 33 5 Justus von Liebig, der große Lehrer in Deutschland 43 6 Über die Schwierigkeit, vor Damen und gekrönten Häuptern vorzutragen 55 7 In der Nachfolge Liebigs: Egon Wibergs große Experimentalvorlesung der anorganischen Chemie an der Ludwig-Maximilians-Universität in München 67 8 Marco-Bragadino-Faschingsvorlesung an den chemischen Instituten der Technischen Universität München 79 Teil 2 Die Experimente – Marco-Bragadino-Faschingsvorlesung 83Von Friedrich R. Kreißl, Mit Zwischentexten von Otto Krätz 9 Feuer 85 9.1 Gesalzener Alkohol 87 9.2 Thermit-Verfahren – flüssiges Eisen 88 9.3 Funkensprühendes Gemisch aus Zink und Schwefel 89 9.4 Wandernder Feuerball 91 9.5 Bengalisches Feuer 92 9.6 Farbige Feuer mit Schellack als Rauchverstärker 93 9.7 Farbige Zündmischungen 94 9.8 Feuer ohne Zündholz – Natriumperoxid und Sägespäne 96 9.9 Magische Flamme 97 10 Feuerwerk 99 10.1 Feuerkegel aus Kaliumchlorat und Zucker 102 10.2 Rote, gelbe und grüne Stichflammen 103 10.3 Feuerzauber – Mischung aus Natriumperoxid und Schwefel 104 10.4 Feurige Mischung aus Natriumperoxid und Aluminiumgrieß 105 10.5 Zigarrenschweißen 107 10.6 Brisante Mischung aus rotem Phosphor und Kaliumchlorat 108 10.7 Detonation von Peroxoaceton 109 10.8 Detonation von Bleiazid 111 10.9 Stickstofftriiodid 112 10.10 Schießbaumwolle 114 10.11 Zündschur 115 10.12 Funkenregen 117 11 Blitzlicht 119 11.1 Blitzlicht mit Magnesium 121 11.2 Lichtblitz mit Verzögerung 122 11.3 Lichtblitz – Mischung aus Kaliumpermanganat und Glycerin 123 12 Die Hölle der Gummibären 125 12.1 Die Hölle der Gummibären 127 13 Bellende und beißende Hunde 129 13.1 Bellender Hund 130 14 Die chemische Harmonika 133 14.1 Wasserstofforgel 135 15 Chemisches Licht 137 15.1 Blaue, gelbgrüne und rote Chemolumineszenz mit Luminol 138 15.2 Chemolumineszenz mit Luminol 139 15.3 Chemolumineszenz mit Lucigenin 141 15.4 Lucigenin-Kaskade 143 15.5 Sensibilisierte Chemolumineszenz mit Oxalsäuredichlorid 144 15.6 Mitscherlich-Versuch 147 15.7 Singulettsauerstoff 149 15.8 Singulettsauerstoff bei Zusatz von Sensibilisatoren 151 16 Gase und Ballone 155 16.1 Heliumreden 158 16.2 Wasserstoffdiffusion 160 16.3 Knallgasexplosion in der Glasglocke 162 16.4 Explosion von Methan, Ethylen und Acetylen mit Luft 163 16.5 Flüssiger Stickstoff 165 16.6 Paramagnetischer Sauerstoff 167 16.7 Wasserstoffballons 169 16.8 Wasserstoffballon-Kettenreaktion 170 16.9 Knallgasballon 171 16.10 Knallgaskanone 172 17 Chemie im Dienst der Schönheit: Spiegel 173 17.1 Silberspiegel mit Hydraziniumsulfat 175 17.2 Silberspiegel mit Dextrose 177 18 Schöne Spioninnen, finstere Verschwörer und Geheimtinten 179 18.1 Blaue Geheimschrift 181 18.2 Kurzzeitig sichtbare Schrift 182 18.3 Unsichtbare Schrift 183 18.4 Farbige Zauberschrift 185 19 Oszillierende Reaktionen und Selbstorganisation der Materie 187 19.1 Oszillierende Reaktion zwischen Blau und Farblos 190 19.2 Belousov-Zhabotinsky-Reaktion 192 19.3 Modifizierte Belousov-Zhabotinsky-Reaktion mit Methylmalonsäure 195 19.4 Modifizierte Belousov-Zhabotinsky-Reaktion mit Ethylacetoacetat 196 19.5 Oszillierende Reaktion mit Mangansulfat 198 19.6 Farbwellen 199 19.7 Landolt’sche Zeitreaktion 201 19.8 Farbige Landolt’sche Zeitreaktion 203 19.9 Golduhr 205 19.10 Bierbrauen wider das Bayerische Reinheitsgebot 206 19.11 Landolt’sche Zeitreaktion mit Zusatz von Quecksilberchlorid 209 19.12 Landolt’sche Zeitreaktion – Periodat-Thiosulfat-Reaktion 212 19.13 Landolt’sche Zeitreaktion – Aldehyd-Aceton-Kondensation 214 20 Quacksalber und fahrendes Volk: Die Chemie auf dem Jahrmarkt 217 20.1 Pharaoschlange 221 20.2 Essbare Kerze 221 20.3 Bärlappsporen 222 20.4 Brennender Schneeball 223 20.5 Brennendes Taschentuch – brennender Geldschein 223 20.6 Feuerspucken – die Kunst der Gaukler 224 20.7 Künstliches Blut – Fingerschneiden 225 20.8 Rote Nelke oder Rose 226 20.9 Kerzenschießen 228 21 Goldmachen 231 21.1 Verwandlung von Kupfer in Silber und Gold 233 21.2 Goldmachen – die vornehmste Kunst der Alchimisten 235 22 Zaubereien, alte und neue 239 22.1 Chemischer Garten 241 22.2 Schwarze Lava: Zersetzung von Zucker durch konzentrierte Schwefelsäure 242 22.3 Limonade – Traubensaft 243 22.4 Farbspiele in einer Lösung 244 22.5 Bluttest 246 22.6 Blaues Wunder 249 22.7 Trockeneis mit Indikatoren 252 22.8 Regenbogenfarben 256 22.9 Thermochromie 258 22.10 Ammoniak-Springbrunnen 260 22.11 Chlorwasserstoff-Springbrunnen 262 23 Abgesang: Eine „papierfressende Fledermaus“ in Liebigs Laboratorium 265 Personenregister 269 Stichwortverzeichnis 273

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Book SynopsisWritten by one of the top scientists in this field, this is a systematic overview of the fundamental concepts and powerful applications. The author presents the central theories and mechanisms in electron transfer, followed by several systems in nature where this is important, while also covering modern green applications. An invaluable resource for graduate students and researchers working in this field in academia and industry. Table of ContentsAcknowledgments vii 1 Introduction 1 2 Marcus Theory of Electron Transfer 5 3 Photosynthetic Reaction Center Models 7 4 Electron Donor–Acceptor Dyads 11 5 Supramolecular Electron Transfer 25 5.1 Cation–Anion Binding 25 5.2 π-Complexes 35 5.3 Electron-Transfer Switching 46 5.4 Dendrimers 53 5.5 Supramolecular Solar Cells 55 6 Effects of Metal Ions on Photoinduced Electron Transfer 65 7 Photoredox Catalysis 69 7.1 Photocatalytic Oxygenation 69 7.2 Photocatalytic Oxibromination 77 7.3 Carbon—Carbon Bond Formation 77 7.4 DNA Cleavage 81 7.5 Anti-Markovnikov Hydroetherification 81 7.6 Photocatalytic Cycloaddition 83 7.7 Photocatalytic Hydrotrifluoromethylation 85 7.8 Photocatalytic Hydrogen Evolution 86 8 Hydrogen Storage 93 8.1 Interconversion Between Hydrogen and Formic Acid 95 8.2 Interconversion Between Hydrogen and NADH 101 8.3 Hydrogen Evolution from Alcohols 104 8.4 Hydrogen Evolution from Paraformaldehyde 107 9 Metal Ion-Coupled Electron Transfer (MCET) 109 9.1 MCET of O2 109 9.2 Binding Modes of Metal Ions 114 9.3 Self-Organized MCET 124 9.4 Accelerating and Decelerating Effects of Metal Ions 132 9.5 Driving Force Dependence of MCET Rate Constants 137 9.6 MCET Coupled with Hydrogen Bonding 143 9.7 MCET Catalysis 148 9.7.1 Hydride Transfer vs. Cycloaddition 148 9.7.2 Suproxode Disumutase (SOD) Models 152 9.8 MCET of Metal-Oxo Complexes 157 9.9 PCET of Metal-Oxo Complexes 162 9.10 Unified Mechanism of MCET and PCET of Metal-Oxo Complexes 165 9.11 MCET of Metal-Peroxo Complexes 169 10 Catalytic Reduction of O2 173 11 Catalytic Oxidation of H2O 181 12 Production of Hydrogen Peroxide from Water and Oxygen as a Solar Fuel 187 13 Production and Usage of Hydrogen Peroxide as a Solar Fuel in Seawater 193 14 Photosystem II Mimic 197 15 Conclusion and Perspective 201 References 203 Index 225

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Book SynopsisMedical Product Regulatory Affairs Hands-on guide through the jungle of medical regulatory affairs for every professional involved in bringing new products to market Based on a module prepared by the authors for an MSc course offered by the University of Limerick, Ireland, Medical Product Regulatory Affairs is a comprehensive and practical guide on how pharmaceutical and medical devices are regulated within the major global markets. The Second Edition builds on the success of the first with an even wider scope and full coverage of new EU regulations on the safe use of medical devices. Following a look at drug development, complete sections are devoted to national and EU regulatory issues, manufacturing license application and retention, and regulation in the USA. Other topics dealt with include CDER, CBER and marketing and manufacturing licenses, the ICH process and Good Laboratory/Clinical/ Manufacturing Practices. Medical Product Regulatory Affairs includes information on: Aims and structure of regulation, covering purpose and principles of regulation, national and EU legislative processes, and pharmacopeia Regulatory strategy, covering product development and manufacturing, market vigilance, quality assurance systems, personnel, and documentation Drug discovery and development, covering prescription status, physical properties, therapeutic use, and drug discovery, development, and delivery Non-clinical studies, covering non-clinical study objectives and timing, pharmacological and pharmacodynamic studies, and bioavailability and bioequivalence Clinical trials, covering trial protocol, monitoring of trials, trial master files, and FDA communications The wide coverage of different product types and the main global markets makes Medical Product Regulatory Affairs ideal for training courses on regulatory affairs in academia and industry. It is also a valuable reference for pharmacologists, bioengineers, pharma engineers, and students in pharmacy to familiarize themselves with the topic.Table of Contents1 The Aims and Structure of Regulations 1 1.1 Introduction 1 1.2 Purpose and Principles of Regulation 1 1.3 The Legal Framework for Regulation 3 1.3.1 National Legislative Process 3 1.3.2 EU Legislative Process 4 1.3.3 Working with Legal Texts 6 1.3.4 Guidance Documents 7 1.3.5 Pharmacopoeia 7 1.4 Basic Legislation 7 1.4.1 EU Legislation 7 1.4.2 US Legislation 12 1.5 Scope of the Legislation 15 1.6 Chapter Review 20 1.7 Further Reading 21 2 Regulatory Strategy 23 2.1 Chapter Introduction 23 2.2 Basic Regulatory Strategy 23 2.2.1 Product Development 23 2.2.2 Product Manufacture 23 2.2.3 Market Vigilance 24 2.3 Quality Assurance Systems 25 2.3.1 Personnel 25 2.3.2 Documentation 25 2.3.3 Facilities and Equipment 26 2.3.4 Corrective and Preventative Action 27 2.4 Validation 27 2.5 Regulatory Bodies 29 2.5.1 European Commission 29 2.5.2 The EMA 30 2.5.3 National Competent Authorities 32 2.5.4 Notified Bodies 34 2.5.5 The FDA 35 2.5.6 US Department of Agriculture (USDA) 39 2.5.7 Pharmacopoeia Authorities 39 2.6 International Harmonisation Bodies 40 2.7 International Council for Harmonisation of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use 41 2.7.1 VICH 43 2.7.2 The International Medical Device Regulators Forum (IMDRF) 43 2.8 Pharmaceutical Inspection Cooperation Scheme (PICS) 44 2.9 The World Health Organisation (WHO) 45 2.10 Chapter Review 45 2.11 Further Reading 46 3 Drug Discovery, Classification and Early Stage Development 47 3.1 Chapter Introduction 47 3.2 Drug Categorisation 47 3.2.1 Prescription Status 47 3.2.2 Physical Properties 48 3.2.3 Mode of Action 48 3.2.4 Therapeutic Use 49 3.3 Drug Discovery 51 3.3.1 Target Discovery and Validation 52 3.3.2 Lead Discovery, Validation and Optimisation 57 3.4 Drug Development 58 3.4.1 Manufacture and Control 59 3.5 Drug Delivery 59 3.5.1 Location 60 3.5.2 Drug Characteristics 60 3.5.3 Speed and Duration of Therapeutic Effect 62 3.5.4 Stability 63 3.6 Chapter Review 63 3.7 Further Reading 63 4 Non-clinical Studies 65 4.1 Chapter Introduction 65 4.2 Non-clinical Study Objectives and Timing 65 4.3 Pharmacological Studies 69 4.3.1 Pharmacodynamic Studies 70 4.3.2 Pharmacokinetic/Toxicokinetic Studies 72 4.4 Bioavailability and Bioequivalence 73 4.5 Toxicology Studies 74 4.5.1 Toxicity Studies 74 4.5.2 Genotoxicity Studies 75 4.5.3 Carcinogenicity Studies 76 4.5.4 Reproductive Toxicology Studies 76 4.6 Chemistry, Manufacturing and Control Development (CMC) 77 4.7 Quality by Design (QbD) 77 4.8 Quality of Biotech Products 78 4.8.1 Stability Studies 78 4.9 Good Laboratory Practice (GLP) 78 4.10 Chapter Review 80 4.11 Further Reading 83 5 Clinical Trials 85 5.1 Chapter Introduction 85 5.2 Clinical Trials 85 5.2.1 Phase I Trials 86 5.2.2 Phase II Trials 86 5.2.3 Phase III Trials 87 5.3 Clinical Trial Design 88 5.4 Good Clinical Practice 90 5.5 Clinical Trials in the EU 90 5.5.1 Sponsor 93 5.5.2 Investigator’s Brochure (IB) 93 5.5.3 Investigator 94 5.5.4 Trial Protocol 94 5.5.5 Investigational Medicinal Product Dossier (IMPD) 94 5.5.6 Informed Consent 94 5.5.7 Manufacture of Investigational Medicinal Product 95 5.5.8 Clinical Trial Authorisation 95 5.5.9 Independent Ethics Committee Opinion 96 5.5.10 Amendments to Clinical Trials 97 5.5.11 Case Report Forms (CRFs) 97 5.5.12 Adverse Event Reporting 97 5.5.13 Annual Safety Report 98 5.5.14 Monitoring of Trials 98 5.5.15 End of Trial 98 5.5.16 Trial Master File 98 5.6 Clinical Trials in the US 100 5.6.1 Investigational New Drug Application (IND) 100 5.6.2 Institutional Review Board (IRB) 103 5.6.3 Communication with the FDA 104 5.6.4 Labelling of Investigational Drugs 105 5.6.5 Registry of Clinical Trial Information 105 5.7 Chapter Review 105 5.8 Further Reading 106 6 Marketing Authorisation 109 6.1 Chapter Introduction 109 6.2 The Application Dossier 109 6.3 CTD 110 6.3.1 Module Structure 112 6.3.2 Module 3 – Quality 113 6.3.3 Drug Master Files 116 6.3.4 Module 4 – Non-clinical Study Reports 116 6.3.5 Module 5 – Clinical Study Reports 116 6.3.6 Module 2 – Summaries 118 6.3.7 Module I – Region Specific 120 6.3.8 Module 1 – EU 121 6.3.9 Module 1 – US 123 6.4 Submission and Review Process in the EU 127 6.4.1 Union Authorisation 128 6.4.2 Scientific Evaluation Process 129 6.4.3 Decision Making Process 130 6.4.4 National Authorisations 132 6.4.5 Decentralised Procedure 132 6.4.6 Mutual Recognition Procedure 134 6.4.7 Plasma Master Files and Vaccine Antigen Master Files 134 6.5 Submission and Review Process in the US 134 6.6 Chapter Review 138 6.7 Further Reading 138 7 Authorisation of Veterinary Medicines 139 7.1 Chapter Introduction 139 7.2 Overview of Development Process for Veterinary Medicines 139 7.2.1 Pre-clinical Studies 140 7.2.2 Clinical Trials 141 7.2.3 Good Clinical Practices 141 7.3 Authorisation of Clinical Trials in the EU 145 7.4 Authorisation of Clinical Trials in the US 146 7.5 Maximum Residue Limits (MRLs) 147 7.6 Authorisation of Veterinary Medicines in the EU 149 7.6.1 Applications to Establish MRLs 149 7.6.2 Review of Applications and Establishment of MRLs 152 7.6.3 Marketing Authorisations 156 7.6.4 Presentation of the Dossier 156 7.7 Approval of Veterinary Medicines in the US 158 7.7.1 New Animal Drug Application (NADA) 158 7.7.2 Approval of Veterinary Biological Products 163 7.8 Chapter Review 164 7.9 Further Reading 164 8 Variations to the Drug Authorisation Process 165 8.1 Chapter Introduction 165 8.2 Provisions in Support of Special Drug Applications 165 8.2.1 Orphan Drugs 165 8.2.2 Paediatric Applications 167 8.3 Accelerated Access to New Drug Therapies 170 8.3.1 EMA Accelerated Review and Conditional Marketing Routes 170 8.3.2 EU Compassionate Use 171 8.3.3 Expedited Pathways in the US 171 8.3.4 Expanded Access and Emergency Use Authorization (EUA) 174 8.4 Approval of New Drugs When Human Efficacy Studies Are Not Ethical or Feasible 175 8.5 Animal Drugs for Minor Use and Minor Species 176 8.5.1 Conditional Approval 176 8.5.2 Indexing 176 8.5.3 Designation 176 8.6 Special Provisions to Facilitate Access to Drugs for Animal Treatment in the EU 177 8.7 Changes to an Authorised Drug 177 8.8 EU System for Processing Changes 177 8.8.1 Extension Applications 178 8.8.2 Major Variation (Type II) 178 8.8.3 Minor Variation (Type IA or IB) 179 8.9 Processing Changes in the US 179 8.9.1 Manufacturing Change Supplements 180 8.9.2 Major Changes 180 8.9.3 Moderate Changes 180 8.9.4 Minor Changes 181 8.10 Authorisation of Generic Drugs 181 8.10.1 EU Regulations 181 8.10.2 US Regulations 182 8.11 Biosimilars 183 8.11.1 EU Regulations 184 8.11.2 US Regulations 185 8.12 Reference Drug Exclusivity 189 8.13 Other Authorisation Procedures 191 8.13.1 Well-Established Medical Use Products 191 8.13.2 Combination Products 191 8.13.3 Homeopathic Medicines 192 8.13.4 Traditional Herbal Medicines 192 8.13.5 US Regulation of OTC Drugs 193 8.14 Chapter Review 193 8.15 Further Reading 194 9 Medical Devices 195 9.1 Chapter Introduction 195 9.2 Regulatory Strategy for Medical Devices in the EU 195 9.2.1 Use of Standards to Establish Conformity 200 9.2.2 Classification of Devices 201 9.3 Regulatory Strategy for Medical Devices in the US 210 9.3.1 Classification of Devices 210 9.3.1.1 Class I 211 9.3.1.2 Class II 211 9.3.1.3 Class III 211 9.3.2 Classification of New Devices 212 9.4 Development of Devices 212 9.4.1 Design Controls 213 9.4.2 Design and Development Planning 214 9.4.3 Design Input 214 9.4.4 Design Output 216 9.4.5 Design Verification and Design Validation 216 9.4.6 Design Review 217 9.4.7 Risk Analysis 218 9.4.8 Design Changes 218 9.5 Chapter Review 218 9.6 Further Reading 219 10 Authorisation of Medical Devices 221 10.1 Chapter Introduction 221 10.2 Evaluation of Medical Devices in Europe 221 10.2.1 Clinical Evaluation 221 10.2.2 Clinical Investigations 222 10.2.3 Performance Evaluation of IVDs 225 10.2.4 Performance Studies of IVDs 225 10.3 Evaluation of Medical Devices in the US 226 10.3.1 Exempted Investigations 227 10.3.2 Abbreviated Requirement Investigations 227 10.3.3 IDE Investigations 227 10.3.4 Labelling of Devices for Investigational Use 229 10.4 Placing of Devices on the Market in the EU 230 10.4.1 Designation of Notified Bodies 230 10.4.2 Conformity Assessment Procedures 232 10.4.2.1 Conformity Assessment Based on a Quality Management System and Assessment of Technical Documentation 233 10.4.2.2 EU Type-Examination 235 10.4.2.3 Production Quality Assurance 235 10.4.2.4 EU Verification 235 10.4.2.5 EU (Self) Declaration of Conformity 236 10.4.3 Technical Documentation 236 10.4.4 Labelling Requirements 236 10.4.5 Registration of Economic Operators and Devices 238 10.5 Placing of Devices on the Market in the US 238 10.5.1 510(k) Pre-market Notification 239 10.5.2 Traditional 510(k) 239 10.5.3 Abbreviated 510(k) 239 10.5.4 Special 510(k) 239 10.5.5 De Novo 510(k) 240 10.5.6 Notification and Review Procedures 240 10.5.7 Pre-market Approval (PMA) 240 10.5.8 Changes to a PMA-Approved Device 241 10.5.9 Humanitarian Use Devices (HUDs) 243 10.5.10 Labelling of Devices 243 10.6 Chapter Review 243 10.7 Further Reading 244 11 Good Manufacturing Practice (GMP) 245 11.1 Chapter Introduction 245 11.2 Drug GMP Regulations and Guidance 245 11.3 Essential GMP Requirements 248 11.3.1 Quality Assurance System 248 11.3.2 Personnel 248 11.3.3 Premises and Equipment 249 11.3.4 Documentation 257 11.3.5 Production 257 11.3.6 Quality Control 258 11.3.7 Work Contracted Out 259 11.3.8 Complaints, Product Recall and Emergency Un-blinding 259 11.3.9 Self-inspection 259 11.4 Validation 260 11.4.1 Facilities and Equipment Validation 261 11.4.2 Process Validation 262 11.4.3 Computer Systems Validation 262 11.4.4 Methods Validation 265 11.4.5 Cleaning Validation 266 11.4.6 Validation of Sterilisation Procedures 267 11.4.7 Water Purification System Validation 268 11.5 GMP Requirements for Devices 268 11.6 Chapter Review 273 11.7 Further Reading 273 12 Oversight and Vigilance 275 12.1 Chapter Introduction 275 12.2 Registration of Manufacturers and Other Entities 275 12.3 Manufacturing Authorisation of Medicinal Products in the EU 275 12.3.1 Wholesale Distribution of Medicinal Products 276 12.3.2 Registration of Economic Operators for Medical Devices on the EU market 278 12.4 Registration of Producers of Drugs and Devices in the US 278 12.5 Additional Licensing Requirements 279 12.6 Inspections 279 12.6.1 Inspection Techniques 280 12.6.2 Audit Findings and Consequences 286 12.7 Market Vigilance and Oversight of Drugs 289 12.7.1 Pharmacovigilance in the EU 289 12.7.2 Pharmacovigilance Risk Assessment Committee (PRAC) and the EudraVigilance System 290 12.7.3 Pharmacovigilance and Marketing Authorisation Holders 293 12.7.4 Pharmacovigilance Inspections and Audits 294 12.7.5 Renewal of Marketing Authorisations 295 12.7.6 Pharmacovigilance and Reporting in the US 295 12.7.7 Periodic Reports 296 12.8 Advertising and Promotion 297 12.9 Market Vigilance and Oversight of Devices 298 12.9.1 Market Vigilance in the EU 298 12.9.2 Medical Device Vigilance in the US 299 12.9.3 Medical Device Reporting 299 12.9.4 Reports of Corrections and Removals 300 12.9.5 Post-market Surveillance 302 12.10 Chapter Review 303 12.11 Further Reading 303 Index 305

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Book SynopsisDer Taschenatlas der Biotechnologie und Gentechnik hat seit dem ersten Erscheinen 2001 bereits etliche Jahrgänge von Studenten und Schülern und interessierte Quereinsteiger in die Grundlagen diese wegweisenden Zukunftstechnologien eingeführt und sich als anschaulicher und unersetzlicher Begleiter etabliert. Biotechnologie und Gentechnik gelten als Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts. Sie sind Motor für die Erforschung und Entwicklung neuer Arzneimittel und Therapieformen, von Nutzpflanzen und Lebensmittel sowie von modernen Umwelttechnologien und innovativen industriellen Verfahren. Diese neue Auflage wurde grundlegend aktualisiert sowie um die Themen Tissue Engineering, Protein Design und Proteomics erweitert. Der neue Atlas wird damit weiterhin seiner Rolle als reichhaltige und aktuelle Quelle zu den spannendsten Themen innerhalb dieses wichtigen Forschungszweiges gerecht. aus einer Rezension der 1. Auflage: "... Der Atlas ist Studenten der Naturwissenschaften und der Medizin ebenso zu empfehlen wie allen, die einen Überblick über Produkte, Methoden, Anwendungen sowie wirtschaftliche und rechtliche Rahmenbedingungen der Bio- und Gentechnologie suchen." Chemie in unserer ZeitTrade Review"Das handliche Buch beeindruckt durch seine Datenfülle und die didaktisch überwiegend professionellen Illustrationen." Krankenhauspharmazie (04/2018) "Zu jedem Eintrag gehört eine allgemeine Einführung, die in den meisten Fällen sehr hilfreich zum Verständnis der nachfolgenden Ausführungen ist. Die Texte werden hervorragend ergänzt durch sehr anschauliche und gut ausgewählte Abbildungen. Natürlich kann das Buch viele Themen aufgrund des Umfangs des Gebietes und der begrenzten Kapazität nur anreißen. (...) Ein hervorragender Einstieg für alle, die sich für zukünftige Entwicklungen in den Bereichen Lebensmittelchemie, Lebensmitteltechnologie und Ernährungswissenschaften interessieren." DLR (07.03.2017) "Der Autor bietet mit seinem Buch einen sehr guten Überblick über verschiedenste Bereiche der zellulären und molekularen Biologie, von dem selbst erfahrene Biologen profitieren können. Jedes Thema bezieht sich dabei auf die wesentlichen Sachen, wobei der Leser bei jedem Thema einen super Überblick über das Thema bekommt. Ich empfehle das Buch ausnahmslos für alle Studenten der Biologie und der Medizin, sowie für alle an der Molekularbiologie interessierten Personen." Fachschaft Biowissenschaften LMU München (29.12.2016) "Das empfehlenswerte Kompendium und Nachschlagewerk ist für Studium und Praxis gedacht; Interessierten mit entsprechender Vorbildung kann das anspruchsvolle Taschenbuch einen aktuellen Einblick in die Thematik ermöglichen." ekz.Bibliotheksservice (12/2016) "Mit seinem ansprechenden Layout mit Farbabbildungen und erklärendem Text ist das Buch (...) die ideale Kombination aus schnellem visuellem Lernen gepaart mit detaillierter Textinformation." GIT Labor (11/2016) "Eigentlich gedacht als Begleiter für Studium und Prüfungsvorbereitung bietet das Buch (...) auch im Beruf Gelegenheit, sich einzelne Aspekte anzulesen, ohne sich durch große Lehrbücher kämpfen zu müssen." (Arzneimitteltherapie (10/2016) "Dieser Taschenatlas wendet sich in erster Linie an Studierende der Biologie, der Biochemie und der Bioverfahrenstechnik. Aufgrund der großen Vielfalt an Eintragungen und der einprägsamen Strukturierung ist dieser empfehlenswerten Neuauflage weite Verbreitung zu wünschen." Chemie in Labor und Biotechnik (16.09.2016) "Der Aufbau des Buches ist sehr übersichtlich. (...) Die einzelnen Themen bauen nicht aufeinander auf, sodass sich das Buch gut zum Nachschlagen eignet. Das ansprechende Design lädt aber auch zum Stöbern ein und man kann Einblicke in unterschiedlichsten Themen gewinnen." Fachschaft Medizin Münster (15.08.2016) "Das Buch ist (...) ein wertvolles, weil ausführliches Nachschlagewerk zu definierten Fragen rund um biotechnologische Anwendungen." Pharmakon (12.08.2016) "Der Taschenatlas ist der ideale Einstieg ins Thema und vielgenutztes Nachschlage- und Lernwerk für Informationen auf einen Blick. Dass an einer übersichtlicheren Struktur gearbeitet wurde, die den modernen Entwicklungen in der Biotechnologie und Gentechnik entspricht, macht das Werk schneller zugänglich und präziser." Lebensmittel Industrie (Juli 2016) "Die Einführung in die Biotechnologie von Rolf D. Schmid gehört zu den erfolgreichsten Werken dieser Art." LVT - Lebensmittel Industrie/LVT-Web.de (29.05.2016) "Der Taschenatlas ist für Studierende und Praktiker der Biologie, Biochemie, Pharmazie und Medizin, Technische Assistenten oder Ingenieure für Verfahrenstechnik der ideale Einstieg ins Thema und das viel genutzte Nachschlage- und Lehrwerk für Informationen auf einen Blick." CHEManager (25.05.2016) "Der Taschenatlas ist für alle der ideale Einstieg ins Thema und das viel genutzte Nachschlage- und Lehrwerk für das Studium, Prüfungsvorbereitungen und den Berufsalltag." Laborpraxis (Mail 2016) "Übersichtlich und anschaulich stellt dieser Taschenatlas in präzisen Texten und Grafiken den aktuellen Stand der Biotechnologie und Gentechnik dar." BioRegioN-Newsletter "Die knappen und präzisen Texte werden durch ausgezeichnet gestaltete, klare Farbtafeln veranschaulicht. Komplettiert wird das Buch durch ein sorgfältiges Sachverzeichnis und eine aktuelle, gut gegliederte Literaturübersicht samt einschlägigen Internetadressen, die einen Einstieg in vertieftes Studium ermöglicht. Was mir besonders gut gefallen hat, ist die Diskussion von Fragen der Ökoeffizienz, wo Prozesse unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit betrachtet werden." labmed "Handliches Nachschlagewerk, das für Schüler, Studenten und alle an der Biotechnologie interessierten konzipiert ist." transkript "Auch der neue Taschenatlas ist rundherum gelungen und absolut empfehlenswert!" Pharmazie in unserer Zeit "Neue Forschungsgebiete wie Proteomik und Metabolik waren Anlässe für eine Neuauflage dieses kompakten Nachschlagewerks. Zur roten und grünen ist die weiße Biotechnologie hinzugekommen, die sich als Fachbegriff für die Anwendung biotechnologischer Verfahren in den Umweltwissenschaften durchgesetzt hat. Das Buch des an der Universität Stuttgart lehrenden Autors überzeugt neben Aktualität durch viele Grafiken und ein schönes Layout." Die P.T.ATable of ContentsAbkürzungen U2 Einführung 1 Einleitung Frühe Entwicklungen 2 Biotechnologie heute 4 Mikrobiologie Viren 6 Bakteriophagen 8 Mikroorganismen 10 Bakterien 12 Hefen 14 Pilze 16 Algen 18 Einige biotechnologisch wichtige Bakterien 20 Mikroorganismen: Isolierung, Stammhaltung, Sicherheit 22 Stammverbesserung von Mikroorganismen 24 Biochemie Biochemie 26 Aminosäuren, Peptide, Proteine 28 Enzyme: Aufbau, Funktion, Kinetik 30 Zucker, Glykoside, Polysaccharide 32 Lipide, Membranen, Membran-Proteine 34 Stoffwechsel 36 Gentechnik DNA: Aufbau und Struktur 38 DNA: Funktion 40 RNA 42 Gentechnik: Allgemeine Arbeitsschritte 44 Präparation von DNA 46 Weitere Enzyme zur Bearbeitung von DNA 48 PCR: allgemeine Methode und praktische Anwendungen 50 PCR: Labormethoden 52 DNA: Synthese und Größenbestimmung 54 DNA: Sequenzierung 56 Einführung von DNA in lebende Zellen (Transformation) 58 Klonierung und Identifizierung von Genen 60 Genexpression 62 Abschalten von Genen 64 Epigenetik 66 Genbanken und Genkartierung 68 Genome von Prokaryoten 70 Genome von Eukaryoten 72 Metagenom 74 Zellbiologie Zellbiologie 76 Stammzellen 78 Blutzellen und Immunsystem 80 Antikörper 82 Reporter-Gruppen 84 Oberflächen-Fermentation 86 Mikroorganismen: Anzucht 88 Wachstumskinetik und Produktbildung 90 Zulauf-, kontinuierliche und Hochzelldichte-Fermentationen 92 Fermentationstechnik 94 Fermentationstechnik: Maßstabsvergrößerung 96 Kultivierung tierischer Zellen 98 Kultivierung tierischer Zellen im größeren Maßstab 100 Enzym- und Zellreaktoren 102 Aufarbeitung von Bioprodukten 104 Aufarbeitung von Bioprodukten: Chromatographie 106 Ökonomische Gesichtspunkte bei industriellen Verfahren 108 Alkoholische Getränke 110 Bier 112 Fermentierte Lebensmittel 114 Lebensmittel und Milchsäure-Gärung 116 Präbiotika und Probiotika 118 Backhefe und Futterhefen 120 Futterhefen aus Chemie-Rohstoffen, Einzelleröl 122 Aminosäuren 124 L-Glutaminsäure 126 d,L-Methionin, L-Lysin und L-Threonin 128 Aspartam™, L-Phenyl-alanin und L-Asparaginsäure 130 L- und D-Aminosäuren durch enzymatische Transformation 132 Vitamine 134 Nucleoside und Nucleotide 136 Industrieprodukte Bio-Ethanol 138 Butanol 140 Höhere Alkohole und Alkene 142 Essigsäure 144 Citronensäure 146 Milchsäure, 3-Hydroxy-Propionsäure 148 Gluconsäure und andere „grüne“ Zucker-Bausteine 150 Dicarbonsäuren 152 Biopolymere: Polyester 154 Biopolymere: Polyamide 156 Polysaccharide 158 Biotenside 160 Fettsäuren und Ester 162 Enzymtechnologie Biotransformation 164 Enzyme in der Technik 166 Angewandte Enzymkatalyse 168 Regio- und enantioselektive enzymatische Synthesen 170 Enzyme als Verarbeitungs- Hilfsmittel 172 Enzyme und Waschmittel 174 Enzyme zum Stärkeabbau 176 Enzymatische Stärkehydrolyse 178 Enzyme und Süßkraft 180 Enzyme zum Abbau von Cellulose und Polyosen 182 Enzymatische Verfahren bei der Zellstoff- und Papierherstellung 184 Pektinasen 186 Enzyme und Milchprodukte 188 Enzyme zur Bearbeitung von Backwaren und Fleisch. 190 Neue Enzyme für Lebensmittel und Tierfutter 192 Enzyme zur Leder- und Textilbehandlung 194 Neue Wege zu technischen Enzymen 196 Protein Design 198 Antibiotika Antibiotika: Vorkommen und Anwendungen 200 Antibiotika: Screening, Herstellung und Wirkungs mechanismus 202 Antibiotika-Resistenz 204 β-Lactam-Antibiotika: Struktur, Biosynthese und Wirkungsmechanismus 206 β-Lactam-Antibiotika: Herstellung 208 Aminosäure- und Peptid-Antibiotika 210 Glykopeptid-, Lipopeptid-, Polyether- und Nucleosid-Antibiotika 212 Aminoglykosid-Antibiotika 214 Tetracycline, Fluorochinolone, andere aromatische Antibiotika 216 Polyketid-Antibiotika 218 Neue Wege zu 220 Medikamente und Medizintechnik Insulin 222 Wachstumshormon und andere Hormone 224 Hämoglobin, Serumalbumin, Lactoferrin 226 Gerinnungsfaktoren 228 Antikoagulanzien und Thrombolytika 230 Enzym-Inhibitoren 232 Interferone 234 Interleukine 236 Erythropoietin und andere Wachstumsfaktoren 238 Andere therapeutische Proteine 240 Monoklonale Antikörper 242 Rekombinante Antikörper 244 Therapeutische Antikörper 246 Vakzine 248 Rekombinante Vakzine 250 Steroid-Biotransformationen 252 Enzyme für die Analytik 254 Enzym-Tests 256 Biosensoren 258 Immunanalytik 260 Glykobiologie 262 Landwirtschaft und Umwelt Tierzucht 264 Embryotransfer, geklonte Tiere 266 Genkartierung 268 Transgene Tiere 270 Züchtung, gene pharming und Xenotransplantation 272 Pflanzenzucht 274 Pflanzliche Zellkulturen: Oberflächen-Kulturen 276 Pflanzliche Zellkulturen: Suspensionskulturen 278 Transgene Pflanzen: Methoden 280 Transgene Pflanzen: Resistenz 282 Transgene Pflanzen: Wertstoffe 284 Aerobe Abwasserbehandlung 286 Anaerobe Abwasser- und Schlammbehandlung 288 Biologische Reinigung von Abluft 290 Biologische Reinigung von Böden 292 Mikrobielle Erzlaugung (Biolaugung) und Biokorrosion 294 Megatrends Human-Genom 296 Funktionsanalyse des Humangenoms 298 Pharmakogenomik, Nutrigenomics 300 DNA-Analytik 302 Gentherapie 304 Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) 306 Tissue Engineering 308 Wirkstoff-Screening 310 Hochdurchsatz-Sequenzierung 312 Proteomics 314 DNA- und Protein-Arrays 316 Metabolomics und Metabolic Engineering 318 Synthetische Biologie 320 Systembiologie 322 Bioinformatik: Sequenz- und Struktur-Datenbanken 324 Bioinformatik: Funktionsanalysen 326 C-Quellen 328 Bioraffinerien 330 Sicherheit und Ethik Sicherheit in der Gentechnik 332 Zulassung bio- und gentechnischer Produkte 334 Ethik und Akzeptanz 336 Patente in der Biotechnologie 338 Biotechnologie im internationalen Leistungsvergleich 340 Literatur 343 Sachverzeichnis 376 Bildquellen 405

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Book SynopsisDie zweite Auflage der "zuckersüßen Chemie" - auch sie bietet wieder eine Fülle von Informationen, Rezepten und chemischen Experimenten rund um Zucker. Dieses wichtige, aber wegen der komplexen chemischen Strukturen der Verbindungen bei Lernenden oft eher unbeliebte Gebiet, bereitet der sehr erfahrende Bestsellerautor Georg Schwedt ganz anschaulich auf. Geschichte und Geschichten sowie einfach durchführbare Experimente schlagen eine Brücke vom chemischen Verständnis bis zur Kulturgeschichte des Zuckers.Trade Review"Der Titel lässt sich sowohl für Lehrer gut nutzen, die ergänzende Materialien für den Unterricht benötigen, wie auch für Schüler, die das Thema Zucker als Referatsthema behandeln müssen. Übersichtliche Gliederung und gut einsetzbar." EKZ (KW 11, 2015)Table of ContentsVorwort zur 2. Auflage VII 1 Einführung 1 2 Vor dem Zucker süßte man mit Honig 3 2.1 Honig in der Bibel und in vorgeschichtlicher Zeit 3 2.2 Der Honig im Kochbuch des Römers Apicius (mit Rezepten) 7 2.3 Met, der Honigwein der Germanen 12 2.4 Das Honigangebot heute 16 2.5 Vom Nektar zum Honig 20 2.6 Die Inhaltsstoffe des Honigs (mit Experimenten) 21 3 Zucker – eine historische Warenkunde 29 3.1 Zucker im Materialien-Lexikon von 1721 34 3.2 Sala und Marggraf – die Wegbereiter des Rübenzuckers 45 3.3 Über die Beta-Rübe und Achard als Begründer der Rüben zucker - industrie 51 3.4 Zucker im Volks-Brockhaus von 1841 56 3.5 Aus der Warenkunde der Drogisten im 19. Jahrhundert 58 3.6 Zu Besuch im Zucker-Museum in Berlin 62 3.7 Das Zucker-Sortiment im Supermarkt (mit Experimenten) 66 4 Zucker aus der Fabrik 71 4.1 Ein Zuckerfabrik-Abwasserprozess in Wilhelm Raabes Erzählung »Pfisters Mühle« 71 4.2 Zuckertechnologie – gestern und heute (mit Experimenten) 77 4.3 Zuckerhandel im 21. Jahrhundert 88 4.4 Die Zuckerrüben-Kampagne 90 5 Zucker – Kohlenhydrate als Mono- und Disaccharide 93 5.1 Die ersten Zuckerchemiker (mit Experimenten) 93 5.2 Monosaccharide (mit Experimenten) 99 5.3 Di- und Oligosaccharide (mit Experimenten) 108 5.4 Gelierzucker – zum Gelieren oder Verdicken 113 5.5 Krankheiten durch Zucker – zur Physiologie der Kohlenhydrate 115 6 Aus Stärke wird Zucker, aus Zucker Alkohol 119 6.1 Stärkeverzuckerung (mit Experimenten) 119 6.2 Stärkesirupe (mit Experiment) 121 6.3 Andere Sirupe und Karamell, der gebrannte Zucker (mit Experimenten) 124 6.4 Vom Zucker zum Alkohol (mit Experiment) 129 7 Zuckeralkohole und synthetische Süßstoffe 133 7.1 Zuckeralkohole (mit Experimenten) 133 7.2 Süßstoffe und ihre Süßkraft (mit Experimenten) 137 8 Zuckerwaren – von A bis Z (mit Experiment und Rezepten) 147 9 Das Kohlenhydrat Cellulose – vom Papier bis zum Lebensmittel zusatzstoff (mit Experimenten) 153 Literatur 167 Anhang 169 Liste der Experimente 177 Liste der Rezepte 180 Register 181

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Book SynopsisKenntnisse der Auslegung und Simulation von Chemiereaktoren sind die Voraussetzung für den optimalen technischen und wirtschaftlichen Betrieb von chemischen Prozessen. In der neuen Auflage von "Chemiereaktoren" gibt Jens Hagen einen bewährten und verständlichen Einstieg in das komplexe Thema und vermittelt die Grundlagen der Reaktionstechnik. Alle erforderlichen Auslegungsgleichungen auf Basis der Stoff-, Wärme- und Impulsbilanz unter Berücksichtigung von Stöchiometrie und Kinetik der Reaktionen werden abgeleitet und erläutert. Jedes Kapitel enthält vollständig durchgerechnete Beispiele und Übungsaufgaben mit kommentierten Lösungen. Um einen Einstieg in die Modellierung und Simulation von Chemiereaktoren zu geben, nutzt Jens Hagen das Softwarepaket POLYMATH, das das Finden von numerischen Problemlösungen leicht nachvollziehbar und mit geringem Aufwand erlaubt. Zielgerichtet wird die Modellierung von Problemstellungen geübt und es werden verständliche Lösungswege aufgezeigt, um Probleme aus der Praxis zu lösen. In der zweiten Auflage wurde das Buch um die Lösung von Differenzialgleichungen zweiter Ordnung und von partiellen Differenzialgleichungen erweitert, um komplexere Fragestellungen des Stoff- und Wärmeaustauschs lösen zu können. Zusätzlich wurden viele neue Beispiele und Simulationen aufgenommen, die reale Probleme in der Reaktionstechnik widerspiegeln und eine Übertragung der Beispiele in die Praxis erleichtern.Trade Review"Ein großer Vorteil des Buches ist die praxisnahe Orientierung, die das Prinzip des "Learning by Doing" verfolgt." CHEManager (20.09.2017) "Der Autor bereitet nicht nur die Grundlagen der Reaktionstechnik auf, sondern erörtert auch alle erforderlichen Auslegungsgleichungen und Basis der Stoff-, Wärme- und Impulsbilanz unter Berücksichtigung der Stöchiometrie und Kinetik der Reaktionen." PROCESS (01.10.2017)Table of ContentsInhaltsverzeichnis Vorwort zur 2. Auflage IX Vorwort zur 1. Auflage XI Formelzeichen und Abkurzungen XIII 1 Einfuhrung 1 1.1 Die Aufgaben der Chemischen Reaktionstechnik 1 1.2 Wirtschaftliche Prozessführung 4 1.3 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 6 2 Chemiereaktoren im Uberblick 7 2.1 Betriebsweise und Grundtypen von Chemiereaktoren 7 2.2 Beurteilungsgrößen für Chemiereaktoren 11 2.3 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 17 Lösungen zu den Übungsaufgaben 17 3 Physikalisch-chemische Aspekte der Reaktionstechnik 19 3.1 Umsatz und Stöchiometrie 19 3.2 Das chemische Gleichgewicht 23 3.3 Reaktionskinetische Gleichungen 24 3.4 Aufstellen der Stoffbilanz 28 3.5 Aufstellen derWärmebilanz 30 3.6 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 31 Lösungen zu den Übungsaufgaben 32 4 Grundlagen der Reaktormodellierung und -simulation 33 4.1 Mathematische Modelle 33 4.2 Simulation 36 4.3 Numerische Differenziation 37 4.4 Lösung von partiellen Differenzialgleichungen 39 4.5 Lösung von Differenzialgleichungen 2. Ordnung 39 4.6 Lösung eines Systems von nichtlinearen Gleichungen 43 4.7 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 48 Lösungen zu den Übungsaufgaben 49 5 Ideale, isotherm betriebene Reaktoren 53 5.1 Der diskontinuierlich betriebene Rührkessel 53 5.2 Der kontinuierlich betriebene Rührkessel 68 5.2.1 Das Anfahrverhalten eines kontinuierlich betriebenen Rührkessels 69 5.3 Das Strömungsrohr 78 5.4 Reaktoren mit Kreislaufführung 89 5.4.1 Der Kreislauf- oder Schlaufenreaktor 89 5.4.2 Reaktor mit Trennstufe und Rückführung 96 5.5 Halbkontinuierlich betriebene Reaktoren 101 5.6 Reaktorkombinationen 109 5.6.1 Die Rührkesselkaskade 110 5.6.2 Reihenschaltung von Rührkessel und Strömungsrohr 119 5.6.3 Reihen- und Parallelschaltung von Strömungsrohren 121 5.7 Leistungsvergleich der Idealreaktoren 122 5.8 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 130 Lösungen zu den Übungsaufgaben 131 6 Messung und Auswertung kinetischer Daten fur den Reaktorbetrieb 145 6.1 Rückvermischungseffekt bei einfachen Reaktionen 145 6.2 Reaktordesign für komplexe Reaktionen 153 6.2.1 Parallelreaktionen 154 6.2.2 Folgereaktionen 156 6.2.3 Komplexe Serienreaktionen 159 6.2.4 Vergleichende Betrachtung von komplexen Reaktionen 161 6.3 Laborreaktoren für kinetische Untersuchungen 169 6.4 Analyse kinetischer Daten mittels Regression 182 6.5 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 193 Lösungen zu den Übungsaufgaben 194 7 Nichtideale Reaktoren und Reaktormodelle 201 7.1 Verweilzeitspektrum 201 7.2 Verweilzeitsummenfunktion und mittlere Verweilzeit 204 7.3 Experimentelle Ermittlung der Verweilzeitkurven 207 7.4 Verweilzeitverteilung und Umsatz in Realreaktoren 209 7.5 Modellbetrachtungen 215 7.5.1 Diffusions- und Kaskadenmodell 216 7.5.2 Zwei-Parameter-Modell: Rührreaktor mit Totzone und Kurzschlussströmung 226 7.5.3 Rührreaktormit Kurzschlussströmung und schlecht durchmischter Zone 230 7.6 Einfluss der Vermischung auf den Umsatz 234 7.6.1 Segregation 234 7.6.2 Zeitpunkt der Vermischung 239 7.7 Der laminar durchströmte Rohrreaktor 241 7.8 Isothermes Strömungsrohr mit axialer Dispersion 244 7.9 Simulation von Realreaktoren 248 7.10 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 253 Lösungen zu den Übungsaufgaben 254 8 Reaktorauslegung unter Berucksichtigung desWarmetransports 257 8.1 Lenkung des Temperaturverlaufs in Reaktoren 257 8.2 Wärmeumsatz in Reaktoren 259 8.3 Wärmetechnische Auslegung von Chemiereaktoren 262 8.3.1 Der diskontinuierlich betriebene Rührkessel 263 8.3.2 Das ideale Strömungsrohr 274 8.3.3 Der kontinuierlich betriebene Rührkessel 283 8.4 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 294 Lösungen zu den Übungsaufgaben 295 9 Der Einfluss des Stoffubergangs auf den Reaktorbetrieb 301 9.1 Fluid-Fluid-Reaktionen 301 9.2 Heterogen katalysierte Reaktionen 307 9.2.1 Filmdiffusion und chemische Reaktion 309 9.2.2 Porendiffusion und katalytische Reaktion 311 9.2.3 Stoff- undWärmeübergang in porösen Katalysatoren 316 9.2.4 Berechnung von Katalysereaktoren 330 9.2.5 Katalysatordesaktivierung 341 9.3 Druckverlust in Festbettreaktoren 346 9.4 Reaktionen zwischen Gas, Flüssigkeit und Feststoff 352 9.5 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 360 Lösungen zu den Übungsaufgaben 362 10 Technische Reaktionsfuhrung 369 10.1 Auswahlkriterien für Chemiereaktoren 369 10.2 Reaktoren für homogene Reaktionen 372 10.3 Reaktoren für heterogene Reaktionen 374 10.3.1 Fluid-Fluid-Reaktionen 374 10.3.2 Fluid-Feststoff-Reaktionen 379 10.3.3 Dreiphasenreaktionen 386 10.3.4 Spezielle Reaktoren 392 10.4 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 401 Lösungen zu den Übungsaufgaben 402 11 Scale-up von Chemiereaktoren 405 11.1 Problematik derMaßstabsübertragung 405 11.1.1 Selektivitätseinflüsse 408 11.2 Stofftransport bei Mehrphasenprozessen 412 11.3 Vermischung in Reaktoren 414 11.4 Simulation eines Scale-up-Prozesses 419 11.5 Literatur zu Beispielen, Übungen und weiterführende Literatur 425 Anhang A Kurzanleitung fur Polymath 427 Stichwortverzeichnis 431

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Book SynopsisPhysikalisch-Chemisches Praktikum Erfolgreich durchs Praktikum der Physikalischen Chemie! Das Buch bietet eine umfassende Sammlung nach einheitlichem Schema aufgebauter Versuchsbeschreibungen, die alle Teilgebiete der Physikalischen Chemie abdeckt – entsprechend der von der Deutschen Bunsen-Gesellschaft für Physikalische Chemie verabschiedeten und publizierten Mindestinhalte der Lehre in diesem Fach. In jedem der den klassischen Hauptarbeitsgebieten der Physikalischen Chemie gewidmeten Hauptkapitel finden sich zunächst einfache Versuche, die mit wenigen Mitteln bereits beim Verständnis wichtiger grundlegender Tatsachen helfen. Der Schwierigkeitsgrad und oft auch der apparativ-experimentelle Aufwand steigen dann, bis gegen Ende der Kapitel der typische Inhalt von Fortgeschrittenen-Praktika vorgestellt wird. Damit schlägt das vorliegende Buch die Brücke zwischen dem Grundlagenwissen aus Vorlesungen und Lehrbüchern und der Bedienungsanleitung eines Messgerätes oder den praktischen Vorgaben der Versuchsbetreuerinnen und -betreuer. Es ersetzt dabei weder das Lehrbuch noch die Bedienungsanleitung, es erklärt vielmehr, wie sich der experimentelle Aufbau und das praktische Vorgehen nachvollziehbar aus dem Lehrbuch- und Vorlesungswissen ergeben.Table of ContentsVorwort BEREICH THERMODYNAMIK System, Phase, Gleichgewicht, intensive und extensive Größen Temperatur, nullter Hauptsatz der Thermodynamik Wärmekapazität Zustandsgleichung idealer Gase und Mischungen erster Hauptsatz der Thermodynamik, Arbeit und Wärme Bildungsenthalpien und Heß'scher Satz, Carnot'scher Kreisprozess, zweiter Hauptsatz, Entropie Joule-Thomson-Effekt Mischphasen, partielle molare Größen, Gibbs-Duhem'sche Gleichung Gibbs'sche Fundamentalgleichung, das chemische Potenzial dritter Hauptsatz der Thermodynamik, das Nernst-Theorem Phasengleichgewichte, Gibbs'sche Phasenregel Dampfdruckerniedrigung, kolligative Eigenschaften, osmotischer Druck, Siedepunktserhöhung, Gefrierpunktserniedrigung, Einfluss von Fremdgasen Aktivitätskoeffizienten, Phasendiagramme das chemische Gleichgewicht, Gleichgewichtskonstanten Grenzflächengleichgewichte, Grenzflächenspannung, Adsorption, Benetzung BEREICH ELEKTROCHEMIE Phasengrenzen und geladene Teilchen Aufbau einer elektrochemischen Zelle Faraday-Gesetze Elektrolyte: starke und schwache Elektrolyte, Festelektrolyte, ionische Flüssigkeiten, Debye-Hückel- Theorie, Ladungstransport, Grenzleitfähigkeit Elektrochemische Zellen im Gleichgewicht, Nernst-Gleichung Elektrochemische Doppelschicht, Stabilität kolloidaler Dispersionen Elektrodenkinetik: Durchtrittsreaktionen und Diffusion Experimentelle Methoden: 3-Elektroden-Aufbau, potentiostatische und galvanostatische Verfahren, Cyclovoltammetrie Korrosion Grundlagen der elektrochemischen Energiespeicherung und -wandlung Elektrochemische Produktionsverfahren BEREICH ATOM UND MOLEKÜL-SPEKTROSKOPIE Verschiedene Spektralbereiche und Arten der Anregungen Materie im magnetischen (Zeeman-Effekt) und im elektrischen Feld (Stark-Effekt), Begriff der Polarisation (verschiedene Arten der Polarisation, Zusammenhang Brechungsindex und Suszeptibilität) Auswahlregeln und Übergangsdipolmoment Elektronische Spektroskopie (Lambert-Beer'sches Gesetz, Franck-Condon-Integrale, Franck-Condon- Prinzip, Fluoreszenz und Phosphoreszenz, Grundlagen des Lasers) Schwingungsspektroskopie (IR und Raman , Absorption vs. Streuung, Normalmodenkonzept, Ausschlussprinzip) Rotationsspektroskopie und Schwingungs-Rotations-Kopplung Magnetische Resonanzspektroskopie: NMR-Spektroskopie und ESR-Spektroskopie Röntgen-, Auger- und Photoelektronen-Spektroskopie Massenspektrometrie Strukturaufklärung mittels Röntgen und Neutronenbeugung BEREICH KINETIK Elementarreaktionen vs. Bruttogleichung, Molekularität vs. Reaktionsordnung, Reaktionsgeschwindigkeit Formale Kinetik: Differentielle und integrierte Geschwindigkeitsgesetzen für 0./1./2. und pseudo- Ordnung, graphische Auswertungen/Auftragungen Halbwertszeit und Geschwindigkeitskonstante für 0./1./2. Ordnung Folgereaktionen und Quasistationarität, Parallelreaktionen, Kettenreaktion Temperaturabhängigkeit chemischer Reaktionen (Arrhenius) Theoretische Kinetik: Ansatz und Ergebnis der Stoßtheorie (Stoßzahlen und mittlere freie Weglänge, Stoßquerschnitte), Theorie des Übergangszustandes (Eyring) Unimolekulare Reaktionen - Lindemann und Hinshelwood Kinetische Isotopeneffekte, kinetischer Salzeffekt bei Ionenreaktionen Katalyse - homogen vs. heterogen (Enzymkatalyse - Michaelis Menten) Transportphänomene und allg. Transportgleichung (Viskosität, Wärmeleitung. Diffusion, Fick'sche Gesetze, diffusionskontrollierte Reaktionen)

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Book SynopsisOrganische Chemie Endlich – die 6. Auflage des bewährten “Vollhardt/Schore” ist da! Neu und modern gestaltet vermittelt das Lehrbuch verständlich und übersichtlich das Wissen der organischen Chemie. Der komplette Text wurde überarbeitet, aktualisiert und erweitert. Im Mittelpunkt des seit Jahrzehnten erfolgreichen Lehrbuchs stehen das Verständnis von Reaktionen, Strukturen, Mechanismen und Synthesen – das Fundament der organischen Chemie. Neu: Lernziele am Anfang des Kapitels geben einen praktischen Leitfaden über den Lernstoff eines jeden Kapitels Neu: die Rubrik „Wirklich?“ nennt überraschende und ungewöhnliche Fakten Neu: „Wir fassen zusammen“ – eine hilfreiche und kurze Zusammenfassung am Ende eines jeden Teilkapitels Neu: zusätzliche erklärende Kommentare erläutern detailliert die ablaufenden Reaktionsmechanismen unterhaltsame Exkurse wie z.B. zu fluorierten Pharmazeutika oder gefälschten pflanzlichen Arzneistoffen unterstreichen die Rolle der organischen Chemie im Alltag jedes Kapitel wird in der Rubrik „Im Überblick“ in kompakter Form zusammengefasst klare Übersichten fassen die Hauptreaktionen der funktionellen Gruppe zusammen zahlreiche Verständnisübungen mit ausführlich ausgearbeiteten Lösungswegen helfen den Lernstoff zu vertiefen über 650 gelöste Aufgaben im dazugehörigen Arbeitsbuch unterstützen den Studierenden, den Stoff zu verstehen Der „Vollhardt/Schore“ ist der Schlüssel zum Erfolg – nicht nur für Studierende der Chemie, sondern auch für Studierende der Biochemie, Pharmazie, Biologie und Medizin.Trade Review"Das eigentlich schon sehr gute didaktische Konzept wird durch die Definition von Lernzielen am Anfang und der Zusammenfassung am Ende der Kapitel noch klarer. Außerdem verhilft die konsequente Verwendung von gebogenen Pfeilen zur Kennzeichnung der Elektronenbewegungen zu einem besseren Verständnis der Reaktionen." Prof. Dr. Dirk Kuckling, Universität Paderborn "Wir haben unsere Vorlesung OC1 als eine Experimentalchemievorlesung konzipiert und folgen schon seit zwei Jahrzehnten hierbei eng dem Vollhardt/Schore. Aus meiner Sicht ist der Vollhardt/Schore das didaktisch beste Lehrbuch für den Einstieg in die Organische Chemie. Warum? Jedes Kapitel wird durch die vorangegangenen stimmig vorbereitet. Hierbei wird eine perfekt abgestufte Entwicklung des Stoffes, auch mit Hinblick auf mechanistische Details, hin zu höherer Komplexität vollzogen. Nirgendwo ist ein Bruch in der Entwicklung bemerktbar, wie bei vielen anderen Lehrbüchern. Der Anfänger wird nicht überfordert, zugleich wird er aber gefordert. Zudem finde ich hier Balance zwischen Stoffwissen und mechanistischen Inhalten perfekt gelöst." Prof. Dr. Michael Schmittel, Universität Siegen "Dies ist eine sorgfältig überarbeitete Version des Lehrbuchklassikers. Die Stoffauswahl ist weiterhin sehr gut und der Umfang ist für die Grundausbildung angemessen.." Prof. Dr. Heiko Ihmels, Universität Siegen "Ein hervorragendes Lehrbuch für die Ausbildung von Chemikern im Bachelor- und Masterstudium.." Prof. Dr. Falk Richter, Hochschule Mittweida "methodisch und didaktisch vorbildlich aufgebaut" Praxis der Naturwissenschaften - Chemie in der Schule "ein Klassiker" Lebensmittelchemiker-Mitteilungen "Es macht einfach Spaß, 'mit' dem Buch zu arbeiten." ErnährungsUmschau / DLR - Deutsche Lebensmittelrundschau "...ist zu begrüßen, dass mit diesem Werk nicht nur ein hervorragendes Lehrbuch entstanden ist, sondern auch ein äußerst empfehlenswertes Nachschlagewerk... Hervorragend ist es gelungen, nicht nur ein einfaches Antwortbuch vorzulegen, sondern auch einen guten Leitfaden zum selbständigen Lösen zu bieten." Metall "...kann uneingeschränkt Studenten mit dem Hauptfach Chemie empfohlen werden, und es wird sie sicher durchs Vordiplom geleiten. Die Verständlichkeit, Leichtigkeit und Übersichtlichkeit, mit der der Lehrstoff im "Vollhardt" aufgearbeitet wurde, macht die behandelten Themen aber auch für Nebenfachstudenten oder interessierte Schüler zugänglich. Somit kann der "Vollhardt" einen Lernenden über Jahre hinweg in verschiedenen Ausbildungstufen begleiten, was dann den gerechtfertigten, aber trotzdem nicht niedrigen Preis auch leichter "vedaulich" macht." Wissenschaft-Online "Insgesamt ist dieses Lehrbuch sehr empfehlenswert für Studenten der Chemie, Pharmazie und ähnlichen Fachrichtungen."Sanacorp "In einzigartiger Manier präsentieren die Autoren leicht verständlich und gut nachvollziehbar Struktur, Eigenschaften und Reaktivitäten der bedeutendsten organischen Stoffgruppen sowie spektroskopischer Analysenmethoden." BioTec "...sorgfältig überarbeitet und korrigiert und unterstützt bei der gezielten Prüfungsvorbereitung." LaborPraxis "Dieses Buch wird Chemielehrern, Studierenden der Chemie und Schülern, die beabsichtigen Chemie zu studieren, wärmstens empfohlen...Gratulation an die Herausgeber und Übersetzer!" Praxis der Naturwissenschaften - Chemie in der Schule "Auf jeden Fall ein empfehlenswertes Buch..." Erstizeitung '06, FB Biologie / Chemie, Univ. Bremen "Ich bin vom Vollhard absolut begeistert. Er deckt den Vorlesungsstoff sehr gut ab und eignet sich ausgezeichnet zum Nacharbeiten der behandelten Kapitel. Des weiteren war er mir bei der Bearbeitung der Übungsaufgaben zu den Tutoraten ausgesprochen hilfreich. Sehr interessant finde ich die Exkurse. Weitere Pluspunkte gibt es auch bei der ausführlichen Beschriftung der besprochenen Stoffe, der verständlichen Darstellungen und auf jeden Fall für die Zusammenfassungen der wichtigen Konzepte am Ende der Kapitel. Auch die Verständnisübungen sind sehr hilfreich! Ich werde dieses Buch also unbedingt weiter empfehlen und weiß auch von verschiedenen Kommilitonen, dass sie sehr gerne mit dem Vollhard arbeiten." Kristin Lichtenfeld, Fachschaft Biologie Uni Freiburg "Für den ersten Einstieg in die organischen Stoffklassen ist der Vollhardt ein gutes Buch. Viele finden es zu wenig kompakt und dick, aber gerade deswegen ist es so lesbar. Auch dieses Buch werdet Ihr nach dem Vordiplom nur noch selten aufschlagen." Bücherliste Fachschaft Chemie Uni Heidelberg "In der aktuellen Auflage wird noch mehr auf die Studierenden eingegangen (?). Der Lesende wird mehr geführt und er erhält eine bessere Orientierung.? ChemieXtra (22.12.2020) "Sehr gut strukturiert, sehr übersichtlich." Prof. Sabine Laschat (30.10.2020) "Der Chemiestudent braucht ein Lehrbuch für jede Disziplin seines Fachs, das ihn durch sein Studium begleitet, in dem er sich auskennt. Der Vollhardt könnte so ein Begleiter sein." BIOspektrum (01.03.2021) "Ein wahrhaft umfassendes aktuelles Werk, didaktisch ausgereift und etabliert bei Studierenden und Unterrichtenden der Organischen Chemie." BIOspektrum (01.03.2021) ?Der "Vollhardt/Schore" gehört auch in seiner 6. Auflage zu den führenden und maßgeblichen Lehrbüchern für die Ausbildung im Fach Organische Chemie.? Prof. Dr. Heiko Ihmels, Universität Siegen (28.11.2021) Table of ContentsLeitfaden fur den Benutzer xi Uber die Autoren xvii Vorwort des Ubersetzungsherausgebers zur sechsten deutschen Auflage xix Aus Vorworten zu vorhergehenden Auflagen xxi Danksagung der Autoren xxv Kapitel 1 Struktur und Bindung organischer Molekule 1 1.1 Das Gebiet der organischen Chemie: Ein Uberblick 2 1.2 Coulomb-Krafte: Eine vereinfachte Betrachtung der Bindung 6 1.3 Ionische und kovalente Bindungen: Die Oktettregel 8 1.4 Elektronenpunktdarstellung von Bindungen: Lewis-Formeln 15 1.5 Resonanzformeln 20 1.6 Atomorbitale: Eine quantenmechanische eschreibung der Elektronenhulle um den Atomkern 27 1.7 Molekulorbitale und kovalente Bindung 34 1.8 Hybridorbitale: Bindungen in komplizierten Molekulen 37 1.9 Strukturen und Formeln organischer Molekule 44 Kapitel 2 Struktur und Reaktivitat 61 2.1 Kinetik und Thermodynamik einfacher chemischer Reaktionen 61 2.2 Gebogene Pfeile: Elektronenverschiebung zur Beschreibung chemischer Reaktionen 70 2.3 Sauren und Basen 74 2.4 Funktionelle Gruppen: Zentren der Reaktivitat 86 2.5 Unverzweigte und verzweigte Alkane 89 2.6 Die Nomenklatur der Alkane 91 2.7 Struktur und physikalische Eigenschaften der Alkane 98 2.8 Rotation um Einfachbindungen: Konformationen 102 2.9 Rotation in substituierten Ethanen 106 Kapitel 3 Die Reaktionen der Alkane 121 3.1 Die Starke der Bindungen in Alkanen: Radikale 122 3.2 Struktur von Alkylradikalen: Hyperkonjugation 126 3.3 Die Umwandlung von Erdol: Pyrolyse 128 3.4 Die Chlorierung von Methan: Der Radikalkettenmechanismus 131 3.5 Andere radikalische Halogenierungen von Methan 139 3.6 Schlussel zum Erfolg: Anwenden des „bekannten“ Mechanismus als Modell fur das „Unbekannte“ 142 3.7 Die Chlorierung hoherer Alkane: Relative Reaktivitat und Selektivitat 143 3.8 Die Selektivitat der radikalischen Halogenierung mit Fluor und Brom 147 3.9 Synthetische Bedeutung der radikalischen Halogenierung 149 3.10 Synthetische Chlorverbindungen und die stratospharische Ozonschicht 152 3.11 Verbrennung und die relativen Stabilitaten der Alkane 155 Kapitel 4 Cycloalkane 167 4.1 Namen und physikalische Eigenschaften der Cycloalkane 167 4.2 Ringspannung und die Struktur der Cycloalkane 171 4.3 Cyclohexan, ein spannungsfreies Cycloalkan 177 4.4 Substituierte Cyclohexane 183 4.5 Hohere Cycloalkane 189 4.6 Polycyclische Alkane 189 4.7 Carbocyclische Naturstoffe 192 Kapitel 5 Stereoisomere 211 5.1 Chirale Molekule 213 5.2 Optische Aktivitat 216 5.3 Absolute Konfiguration: Die R-S-Sequenzregeln 221 5.4 Fischer-Projektionen 226 5.5 Molekule mit mehreren Chiralitatszentren: Diastereomere 230 5.6 meso-Verbindungen 235 5.7 Stereochemie in chemischen Reaktionen 237 5.8 Racematspaltung: Trennung von Enantiomeren 247 Kapitel 6 Eigenschaften und Reaktionen der Halogenalkane 263 6.1 Physikalische Eigenschaften der Halogenalkane 263 6.2 Nucleophile Substitution 266 6.3 Reaktionsmechanismen mit polaren Gruppen: Verschieben von Elektronenpaaren 270 6.4 Eine genauere Betrachtung des Mechanismus der nucleophilen Substitution: Die Kinetik 272 6.5 Vorderseiten- oder Ruckseitenangriff? Die Stereochemie der SN2-Reaktion 276 6.6 Die Folgen der Inversion bei SN2-Reaktionen 279 6.7 Struktur und SN2-Reaktivitat: Die Abgangsgruppe 282 6.8 Struktur und SN2-Reaktivitat: Das Nucleophil 284 6.9 Schlussel zum Erfolg: Unter mehreren mechanistischenWegen wahlen 291 6.10 Struktur und SN2-Reaktivitat: Das Substrat 294 6.11 Die SN2-Reaktion im Uberblick 298 Kapitel 7 Weitere Reaktionen der Halogenalkane 307 7.1 Solvolyse tertiarer und sekundarer Halogenalkane 307 7.2 Unimolekulare nucleophile Substitution 308 7.3 Stereochemische Konsequenzen der SN1-Reaktion 312 7.4 Einflusse des Losungsmittels, der Abgangsgruppe und des Nucleophils auf die unimolekulare Substitution 314 7.5 Der Einfluss der Alkylgruppen auf die SN1-Reaktion: Die Stabilitat von Carbenium-Ionen 317 7.6 Unimolekulare Eliminierung: E1 321 7.7 Bimolekulare Eliminierung: E2 325 7.8 Konkurrenz zwischen Substitution und Eliminierung – die Struktur bestimmt die Reaktionsweise 330 7.9 Zusammenfassung der Reaktivitat von Halogenalkanen 333 Kapitel 8 Die Hydroxygruppe: Alkohole 347 8.1 Nomenklatur der Alkohole 347 8.2 Struktur und physikalische Eigenschaften der Alkohole 349 8.3 Alkohole als Sauren und Basen 352 8.4 Alkoholsynthese durch nucleophile Substitution 356 8.5 Synthese von Alkoholen: Die Oxidations-Reduktions-Beziehung zwischen Alkoholen und Carbonylverbindungen 357 8.6 Metallorganische Verbindungen: Reagenzien mit nucleophilen Kohlenstoffatomen in der Synthese von Alkoholen 366 8.7 Metallorganische Reagenzien in der Alkoholsynthese 370 8.8 Wege zum Ziel: Eine Einfuhrung in die Synthesestrategie 372 Kapitel 9 Weitere Reaktionen der Alkohole und die Chemie der Ether 399 9.1 Reaktionen von Alkoholen mit Basen: Die Darstellung von Alkoxiden 400 9.2 Reaktionen von Alkoholen mit starken Sauren: Alkyloxonium-Ionen in Substitutions- und Eliminierungsreaktionen von Alkoholen 401 9.3 Umlagerungen von Carbenium-Ionen 405 9.4 Bildung von Estern und Halogenalkanen aus Alkoholen 413 9.5 Nomenklatur und physikalische Eigenschaften der Ether 418 9.6 DieWilliamson-Ethersynthese 422 9.7 Ether aus Alkoholen und Mineralsauren 428 9.8 Reaktionen der Ether 430 9.9 Reaktionen von Oxacyclopropanen 434 9.10 Schwefel-Analoga der Alkohole und Ether 439 9.11 Physiologische Eigenschaften und Verwendungszwecke einiger Alkohole und Ether 444 Kapitel 10 NMR-Spektroskopie zur Strukturaufklarung 465 10.1 Physikalische Messmethoden und chemische Nachweise 465 10.2 Was ist Spektroskopie? 466 10.3 Protonen-Kernresonanz (1H-NMR) 469 10.4 Nutzung von NMR-Spektren zur Analyse der Konstitution von Molekulen: Die chemische Verschiebung von Protonen 474 10.5 Chemisch aquivalenteWasserstoffatome haben dieselbe chemische Verschiebung 481 10.6 Integration von NMR-Signalen 485 10.7 Spin-Spin-Kopplung: Der Einfluss nicht aquivalenter benachbarterWasserstoffatome 489 10.8 Kompliziertere Spin-Spin-Kopplungen 498 10.9 13C-NMR-Spektroskopie 505 Kapitel 11 Alkene: Infrarot-Spektroskopie und Massenspektrometrie 531 11.1 Die Nomenklatur der Alkene 532 11.2 Struktur und Bindung in Ethen: Die π-Bindung 538 11.3 Physikalische Eigenschaften der Alkene 541 11.4 NMR-Spektroskopie von Alkenen 542 11.5 Katalytische Hydrierung von Alkenen: Die relative Stabilitat von Doppelbindungen 549 11.6 Darstellung von Alkenen aus Halogenalkanen und Alkylsulfonaten: Anwendung bimolekularer Eliminierungen 552 11.7 Darstellung von Alkenen durch Dehydratisierung von Alkoholen 558 11.8 Infrarot-Spektroskopie 560 11.9 Bestimmung der molaren Masse organischer Verbindungen: Massenspektrometrie 565 11.10 Die Fragmentierungsmuster organischer Molekule 570 11.11 Der Grad der Ungesattigtheit: Eine weitere Hilfe zur Identifizierung von Verbindungen 575 Kapitel 12 Die Reaktionen der Alkene 593 12.1 Warum Additionsreaktionen stattfinden konnen: Thermodynamische Aspekte 593 12.2 Die katalytische Hydrierung 595 12.3 Der basische und nucleophile Charakter der π-Bindung: Elektrophile Addition von Halogenwasserstoffen 599 12.4 Alkoholsynthese durch electrophile Hydratisierung: Thermodynamische Reaktionskontrolle 605 12.5 Elektrophile Addition von Halogenen an Alkene 608 12.6 Die Verallgemeinerung der elektrophilen Addition 611 12.7 Oxymercurierung-Demercurierung: Eine spezielle elektrophile Addition 615 12.8 Hydroborierung-Oxidation: Eine stereospezifische Anti-Markovnikov-Hydratisierung 619 12.9 Diazomethan, Carbene und Cyclopropan-Synthesen 623 12.10 Synthese von Oxacyclopropanen (Epoxiden): Die Epoxidierung mit Peroxycarbonsauren 625 12.11 Vicinale syn-Dihydroxylierung mit Osmiumtetroxid 628 12.12 Oxidative Spaltung: Ozonolyse 629 12.13 Addition von Radikalen: Bildung von Anti-Markovnikov-Produkten 633 12.14 Dimerisierung, Oligomerisierung und Polymerisation von Alkenen 636 12.15 Synthese von Polymeren 638 12.16 Ethen: Ein wichtiger industrieller Rohstoff 641 12.17 Alkene in der Natur: Insekten-Pheromone 644 Kapitel 13 Alkine 663 13.1 Die Nomenklatur der Alkine 664 13.2 Eigenschaften und Bindung der Alkine 665 13.3 Spektroskopie der Alkine 669 13.4 Darstellung von Alkinen durch doppelte Eliminierung 674 13.5 Darstellung von Alkinen aus Alkinyl-Anionen 676 13.6 Reduktion der Alkine: Die relative Reaktivitat der beiden π-Bindungen 678 13.7 Elektrophile Additionsreaktionen der Alkine 682 13.8 Anti-Markovnikov-Additionen an Dreifachbindungen 687 13.9 Die Chemie der Alkenylhalogenide 688 13.10 Ethin als industrielles Ausgangsmaterial 690 13.11 Alkine in der Natur und in der Medizin 694 Kapitel 14 Delokalisierte π-Systeme und ihre Untersuchung durch UV-VIS-Spektroskopie 711 14.1 Uberlappung von drei benachbarten p-Orbitalen: Elektronendelokalisation im Allylsystem (2-Propenyl-System) 712 14.2 Radikalische Halogenierung in Allylstellung 715 14.3 Nucleophile Substitution an Allylhalogeniden: SN1 und SN2 717 14.4 Allylmetall-Reagenzien: Nutzliche C3-Nucleophile 720 14.5 Zwei benachbarte Doppelbindungen: Konjugierte Diene 721 14.6 Elektrophiler Angriff auf konjugierte Diene: Kinetische und thermodynamische Reaktionskontrolle 725 14.7 Delokalisation uber mehr als zwei π-Bindungen: Ausgedehnte Konjugation und Benzol 732 14.8 Eine besondere Reaktion konjugierter Diene: Die Diels-Alder-Cycloaddition 734 14.9 Elektrocyclische Reaktionen 746 14.10 Polymerisation konjugierter Diene: Kautschuk 752 14.11 Elektronenspektren: Spektroskopie im ultravioletten und im sichtbaren Bereich 756 Kapitel 15 Benzol und Aromatizitat 781 15.1 Die Benennung von Benzolderivaten 783 15.2 Struktur und Resonanzenergie von Benzol: Ein erster Blick auf die Aromatizitat 786 15.3 π-Molekulorbitale des Benzols 788 15.4 Die spektroskopischen Eigenschaften des Benzolringes 791 15.5 Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe 800 15.6 Andere cyclische Polyene: Die Huckel-Regel 803 15.7 Die Huckel-Regel und geladene Molekule 809 15.8 Synthese von Benzolderivaten: Elektrophile aromatische Substitution 812 15.9 Die Halogenierung von Benzol erfordert einen Katalysator 814 15.10 Nitrierung und Sulfonierung von Benzol 816 15.11 Die Friedel-Crafts-Alkylierung 820 15.12 Grenzen der Friedel-Crafts-Alkylierung 824 15.13 Friedel-Crafts-Acylierung 827 Kapitel 16 Elektrophiler Angriff auf Benzolderivate 845 16.1 Aktivierung und Desaktivierung des Benzolrings durch Substituenten 846 16.2 Dirigierender induktiver Effekt von Alkylgruppen 849 16.3 DirigierendeWirkung von Substituenten in Konjugation zum Benzolring 854 16.4 Elektrophiler Angriff auf disubstituierte Benzole 862 16.5 Synthesestrategien fur substituierte Benzole 866 16.6 Reaktivitat mehrkerniger benzoider Kohlenwasserstoffe 874 16.7 Mehrkernige aromatische Kohlenwasserstoffe und Krebs 877 Kapitel 17 Aldehyde und Ketone 895 17.1 Nomenklatur der Aldehyde und Ketone 896 17.2 Die Struktur der Carbonylgruppe 899 17.3 Spektroskopische Eigenschaften von Aldehyden und Ketonen 900 17.4 Die Darstellung von Aldehyden und Ketonen 907 17.5 Die Reaktivitat der Carbonylgruppe: Additionsmechanismen 909 17.6 Die Addition vonWasser zu Hydraten 912 17.7 Die Addition von Alkoholen unter Bildung von Halbacetalen und Acetalen 915 17.8 Acetale als Schutzgruppen 918 17.9 Nucleophile Addition von Ammoniak und seinen Derivaten 923 17.10 Desoxygenierung der Carbonylgruppe 930 17.11 Die Addition von Cyanwasserstoff zu Cyanhydrinen 932 17.12 Addition von Phosphor-Yliden: DieWittig-Reaktion 933 17.13 Oxidation mit Peroxycarbonsauren: Die Baeyer-Villiger-Oxidation 937 17.14 Oxidative chemische Nachweise fur Aldehyde 938 Kapitel 18 Enole, Enolate und die Aldolkondensation 957 18.1 Die Aciditat von Aldehyden und Ketonen: Enolat-Ionen 958 18.2 Keto-Enol-Gleichgewichte 962 18.3 Halogenierung von Aldehyden und Ketonen 967 18.4 Die Alkylierung von Aldehyden und Ketonen 969 18.5 Angriff von Enolaten auf Carbonylgruppen: Aldolkondensation 972 18.6 Die gekreuzte Aldolkondensation 977 18.7 Konkurrierende Reaktionsweisen und die intramolekulare Aldolkondensation 980 18.8 Eigenschaften α,β-ungesattigter Aldehyde und Ketone 983 18.9 Konjugierte Additionen an α,β-ungesattigte Aldehyde und Ketone 987 18.10 1,2- und 1,4-Additionen metallorganischer Reagenzien 990 18.11 Konjugierte Additionen von Enolat-Ionen: Die Michael-Addition und die Robinson-Anellierung 993 Kapitel 19 Carbonsauren 1015 19.1 Die Nomenklatur der Carbonsauren 1015 19.2 Struktur und physikalische Eigenschaften der Carbonsauren 1018 19.3 Spektroskopie und Massenspektrometrie von Carbonsauren 1019 19.4 Aciditat und Basizitat von Carbonsauren 1024 19.5 Die Synthese von Carbonsauren in der Industrie 1027 19.6 Methoden zur Bildung der Carboxygruppe 1028 19.7 Substitution am Carboxy-Kohlenstoffatom: Der Additions-Eliminierungs-Mechanismus 1032 19.8 Carbonsaurederivate: Acylhalogenide und Anhydride 1036 19.9 Carbonsaurederivate: Ester 1040 19.10 Carbonsaurederivate: Amide 1045 19.11 Reduktion von Carbonsauren mit Lithiumaluminiumhydrid 1047 19.12 Bromierung in Nachbarstellung zur Carboxygruppe: Die Hell-Volhard-Zelinsky-Reaktion 1048 19.13 Die biologische Aktivitat von Carbonsauren 1051 Kapitel 20 Carbonsaurederivate 1079 20.1 Relative Reaktivitaten, Strukturen und Spektren der Carbonsaurederivate 1079 20.2 Die Chemie der Acylhalogenide 1085 20.3 Die Chemie der Carbonsaureanhydride 1089 20.4 Die Chemie der Ester 1092 20.5 Ester in der Natur:Wachse, Fette, Ole und Lipide 1100 20.6 Amide: Die am wenigsten reaktiven Carbonsaurederivate 1103 20.7 Amidate und ihre Halogenierung: Die Hofmann-Umlagerung 1109 20.8 Eine besondere Klasse von Carbonsaurederivaten: Nitrile 1112 Kapitel 21 Amine und ihre Derivate 1135 21.1 Nomenklatur der Amine 1135 21.2 Strukturelle und physikalische Eigenschaften der Amine 1139 21.3 Spektroskopie der Aminogruppe 1142 21.4 Aciditat und Basizitat von Aminen 1146 21.5 Synthese von Aminen durch Alkylierung 1150 21.6 Synthese von Aminen durch reductive Aminierung 1154 21.7 Synthese von Aminen aus Carbonsaureamiden 1158 21.8 Reaktionen quartarer Ammonium-Salze: Hofmann-Eliminierung 1158 21.9 Mannich-Reaktion: Die Alkylierung von Enolen durch Iminium-Ionen 1160 21.10 Nitrosierung von Aminen 1163 Kapitel 22 Chemie der Substituenten am Benzolring 1187 22.1 Reaktivitat des Phenylmethyl-(Benzyl-)Kohlenstoffatoms: Resonanzstabilisierung der Benzylgruppe 1187 22.2 Oxidationen und Reduktionen substituierter Benzole 1193 22.3 Namen und Eigenschaften der Phenole 1198 22.4 Darstellung von Phenolen: Nucleophile aromatische Substitution 1202 22.5 Die Alkoholchemie der Phenole 1214 22.6 Elektrophile Substitution an Phenolen 1217 22.7 Eine elektrocyclische Reaktion des Benzolringes: Die Claisen-Umlagerung 1222 22.8 Oxidation von Phenolen: Benzochinone 1225 22.9 Oxidations-Reduktions-Prozesse in der Natur 1228 22.10 Arendiazonium-Salze 1233 22.11 Elektrophile Substitution durch Arendiazonium-Salze: Azokupplung 1237 Kapitel 23 Esterenolate und die Claisen-Kondensation 1257 23.1 β-Dicarbonylverbindungen: Claisen-Kondensationen 1258 23.2 β-Dicarbonylverbindungen als Zwischenstufen in der Synthese 1268 23.3 Reaktionen von β-Dicarbonyl-Anionen: Die Michael-Addition 1274 23.4 Acyl-Anion-Aquivalente: Synthese von α-Hydroxyketonen 1277 Kapitel 24 Kohlenhydrate 1297 24.1 Die Namen und Formeln der Kohlenhydrate 1297 24.2 Konformationen und cyclische Formen von Zuckern 1302 24.3 Anomere einfacher Zucker:Mutarotation der Glucose 1308 24.4 Polyfunktionelle Chemie der Zucker: Oxidation zu Carbonsauren 1310 24.5 Oxidative Spaltung von Zuckern 1312 24.6 Reduktion von Monosacchariden zu Alditolen 1314 24.7 Kondensationsreaktionen von Carbonylgruppen mit Aminderivaten 1315 24.8 Bildung von Estern und Ethern: Glycoside 1316 24.9 Schrittweiser Auf- und Abbau von Zuckern 1320 24.10 Relative Konfiguration der Aldosen: Eine Ubung zur Strukturbestimmung 1324 24.11 Komplexe Zucker in der Natur: Disaccharide 1327 24.12 Polysaccharide und andere Zucker in der Natur 1332 Kapitel 25 Heterocyclen 1353 25.1 Die Nomenklatur der Heterocyclen 1356 25.2 Nicht aromatische Heterocyclen 1358 25.3 Strukturen und Eigenschaften aromatischer Heterocyclopentadiene 1362 25.4 Reaktionen der aromatischen Heterocyclopentadiene 1367 25.5 Struktur und Darstellung von Pyridin einem Azabenzol 1372 25.6 Reaktionen des Pyridins 1378 25.7 Chinolin und Isochinolin: Die Benzopyridine 1381 25.8 Alkaloide: Physiologisch wirksame Heterocyclen in der Natur 1385 Kapitel 26 Aminosauren, Peptide und Proteine 1405 26.1 Konstitutionen und Eigenschaften der Aminosauren 1406 26.2 Synthese von Aminosauren: Eine Kombination aus Amin- und Carbonsaurechemie 1413 26.3 Synthese enantiomerenreiner Aminosauren 1416 26.4 Peptide und Proteine: Oligomere und Polymere von Aminosauren 1419 26.5 Bestimmung der Primarstruktur von Polypeptiden: Sequenzanalyse 1428 26.6 Synthese von Polypeptiden: Eine Herausforderung fur die Schutzgruppenchemie 1435 26.7 Die Merrifield-Festphasen-Peptid-Synthese 1439 26.8 Polypeptide in der Natur: Sauerstofftransport durch die Proteine Myoglobin und Hamoglobin 1441 26.9 Die Biosynthese der Proteine: Nucleinsauren 1443 26.10 Protein-Synthese uber die RNA 1450 26.11 DNA-Sequenzierung und -Synthese: Ecksteine der Gentechnologie 1452 Glossar 1479 Losungen zu den Ubungen 1489 Stichwortverzeichnis 1577

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Book SynopsisEndlich - die 6. Auflage des bewährten "Vollhardt/Schore" ist da! Neu und modern gestaltet vermittelt das Lehrbuch zusammen mit dem Arbeitsbuch als Deluxe Version verständlich und übersichtlich das Wissen der organischen Chemie. Der komplette Text wurde überarbeitet, aktualisiert und erweitert. Im Mittelpunkt des seit Jahrzehnten erfolgreichen Lehrbuchs stehen das Verständnis von Reaktionen, Strukturen, Mechanismen und Synthesen - das Fundament der organischen Chemie. Neu: Lernziele am Anfang des Kapitels geben einen praktischen Leitfaden über den Lernstoff eines jeden Kapitels Neu: die Rubrik "Wirklich?" nennt überraschende und ungewöhnliche Fakten Neu: "Wir fassen zusammen" - eine hilfreiche und kurze Zusammenfassung am Ende eines jeden Teilkapitels Neu: zusätzliche erklärende Kommentare erläutern detailliert die ablaufenden Reaktionsmechanismen -Zahlreiche Exkurse zu fluorinierten Pharmazeutika, gefälschten pflanzlichen Arzneistoffen u.a. unterstreichen die Rolle der organischen Chemie im Alltag -"Im Überblick" am Ende jedes Kapitels fasst die wichtigsten Inhalte in kompakter Form zusammen -Einseitige Übersichten fassen die Hauptreaktionen der funktionellen Gruppe zusammen -zahlreiche Verständnisübungen mit ausführlich ausgearbeiteten Lösungswegen helfen den Lernstoff zu vertiefen -über 650 gelöste Aufgaben im Lehrbuch helfen, den Stoff zu vertiefen -das dazugehörige Arbeitsbuch bietet zusätzlich die Lösungen aller Übungen -Lehrbuch und Arbeitsbuch auch als preislich attraktives Set in der Deluxe-Edition erhältlich Der "Vollhardt/Schore" ist der Schlüssel zum Erfolg - nicht nur für Chemiestudenten, sondern auch für Biochemiker, Pharmazeuten, Biologen und Mediziner. Trade Review"Dies ist eine sorgfältig überarbeitete Version des Lehrbuchklassikers. Die Stoffauswahl ist weiterhin sehr gut und der Umfang ist für die Grundausbildung angemessen.." Prof. Dr. Heiko Ihmels, Universität Siegen "Ein hervorragendes Lehrbuch für die Ausbildung von Chemikern im Bachelor- und Masterstudium.." Prof. Dr. Falk Richter, Hochschule Mittweida "methodisch und didaktisch vorbildlich aufgebaut" Praxis der Naturwissenschaften - Chemie in der Schule "ein Klassiker" Lebensmittelchemiker-Mitteilungen "Es macht einfach Spaß, 'mit' dem Buch zu arbeiten." ErnährungsUmschau / DLR - Deutsche Lebensmittelrundschau "...ist zu begrüßen, dass mit diesem Werk nicht nur ein hervorragendes Lehrbuch entstanden ist, sondern auch ein äußerst empfehlenswertes Nachschlagewerk... Hervorragend ist es gelungen, nicht nur ein einfaches Antwortbuch vorzulegen, sondern auch einen guten Leitfaden zum selbständigen Lösen zu bieten." Metall "...kann uneingeschränkt Studenten mit dem Hauptfach Chemie empfohlen werden, und es wird sie sicher durchs Vordiplom geleiten. Die Verständlichkeit, Leichtigkeit und Übersichtlichkeit, mit der der Lehrstoff im "Vollhardt" aufgearbeitet wurde, macht die behandelten Themen aber auch für Nebenfachstudenten oder interessierte Schüler zugänglich. Somit kann der "Vollhardt" einen Lernenden über Jahre hinweg in verschiedenen Ausbildungstufen begleiten, was dann den gerechtfertigten, aber trotzdem nicht niedrigen Preis auch leichter "vedaulich" macht." Wissenschaft-Online "Insgesamt ist dieses Lehrbuch sehr empfehlenswert für Studenten der Chemie, Pharmazie und ähnlichen Fachrichtungen."Sanacorp "In einzigartiger Manier präsentieren die Autoren leicht verständlich und gut nachvollziehbar Struktur, Eigenschaften und Reaktivitäten der bedeutendsten organischen Stoffgruppen sowie spektroskopischer Analysenmethoden." BioTec "...sorgfältig überarbeitet und korrigiert und unterstützt bei der gezielten Prüfungsvorbereitung." LaborPraxis "Dieses Buch wird Chemielehrern, Studierenden der Chemie und Schülern, die beabsichtigen Chemie zu studieren, wärmstens empfohlen...Gratulation an die Herausgeber und Übersetzer!" Praxis der Naturwissenschaften - Chemie in der Schule "Auf jeden Fall ein empfehlenswertes Buch..." Erstizeitung '06, FB Biologie / Chemie, Univ. Bremen "Ich bin vom Vollhard absolut begeistert. Er deckt den Vorlesungsstoff sehr gut ab und eignet sich ausgezeichnet zum Nacharbeiten der behandelten Kapitel. Des weiteren war er mir bei der Bearbeitung der Übungsaufgaben zu den Tutoraten ausgesprochen hilfreich. Sehr interessant finde ich die Exkurse. Weitere Pluspunkte gibt es auch bei der ausführlichen Beschriftung der besprochenen Stoffe, der verständlichen Darstellungen und auf jeden Fall für die Zusammenfassungen der wichtigen Konzepte am Ende der Kapitel. Auch die Verständnisübungen sind sehr hilfreich! Ich werde dieses Buch also unbedingt weiter empfehlen und weiß auch von verschiedenen Kommilitonen, dass sie sehr gerne mit dem Vollhard arbeiten." Kristin Lichtenfeld, Fachschaft Biologie Uni Freiburg "Für den ersten Einstieg in die organischen Stoffklassen ist der Vollhardt ein gutes Buch. Viele finden es zu wenig kompakt und dick, aber gerade deswegen ist es so lesbar. Auch dieses Buch werdet Ihr nach dem Vordiplom nur noch selten aufschlagen." Bücherliste Fachschaft Chemie Uni Heidelberg Table of ContentsLeitfaden für den Benutzer Vorwort des Übersetzungsherausgebers zur sechsten deutschen Auflage Aus Vorworten des Übersetzungsherausgebers zu vorhergehenden Auflagen Danksagung der Autoren Struktur und Bindung organischer Moleküle Struktur und Reaktivität: Säuren und Basen, polare und unpolare Moleküle Die Reaktionen der Alkane Cycloalkane Stereoisomere Eigenschaften und Reaktionen der Halogenalkane Weitere Reaktionen der Halogenalkane Die Hydroxygruppe: Alkohole Weitere Reaktionen der Alkohole und die Chemie der Ether NMR-Spektroskopie zur Strukturaufklärung Alkene; Infrarot-Spektroskopie und Massenspektrometrie Die Reaktionen der Alkene Alkine Delokalisierte Pi-Systeme und ihre Untersuchung durch UV-VIS-Spektroskopie Benzol und Aromatizität Elektrophiler Angriff auf Benzolderivate Aldehyde und Ketone: Die Carbonylgruppe Enole, Enolate und die Aldolkondensation Carbonsäuren Carbonsäurederivate Amine und ihre Derivate Chemie der Substituenten am Benzolring Esterenolate und die Claisen-Kondensation Kohlenhydrate Heterocyclen Aminosäuren, Peptide und Proteine Lösungen zu den Übungen

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Book SynopsisDie zweite Auflage dieses beliebten Einsteiger-Buches vermittelt das unverzichtbare chemische Grundwissen für 'Chemie-Nebenfächler'. Die Studenten können sowohl Studenten der Lebenswissenschaften (Medizin, Biologie) als auch technischer Fachrichtungen (z.B. Maschinenbau, Umwelttechnik...) sein. Mit dem didaktischen Ansatz, zuerst Problemstellung - dann Antwort, fördert das Buch die aktive Auseinandersetzung mit dem Stoff. Kompakt und auf den Punkt gebracht sind alle Hauptthemen der anorganischen und organischen Chemie äußerst verständlich erklärt und abgedeckt. Dabei unterstützen besondere Textelemente Ihren Lernerfolg: * Für inhaltliche Orientierung sorgen optisch hervorgehobene Schlüsselthemen am Kapitelanfang. * Das Wichtigste wird kurz und prägnant in Definitionen und Merksätzen zusammengefasst. * Beispiele helfen beim Anwenden des Lernstoffs. * Wissenstest und Prüfungsvorbereitung: Aufgaben mit Lösungen helfen ungemein beim eigenständigen Überprüfen des Gelernten.Table of ContentsVorwort zur zweiten Auflage xiii 1 Aufbau der Materie, Atombau und Periodensystem 1 1.1 Aufbau der Materie 1 1.1.1 Reinstoffe 1 1.1.2 Mischungen 1 1.1.3 Elemente und Verbindungen 2 1.2 Atombau 3 1.2.1 Der Atomkern 3 1.2.2 Die Elektronenhülle 7 1.3 Das Periodensystem der Elemente (PSE) 14 1.3.1 Ionisierungsenergie 16 1.3.2 Elektronenaffinität 17 1.3.3 Metalle und Nichtmetalle 18 1.3.4 Elektronegativität 19 1.4 Radioaktivität 19 1.4.1 Natürliche Radioaktivität 19 1.4.2 Die Halbwertszeit 20 1.4.3 Zerfallsreihen 21 1.4.4 Kernumwandlungen 21 1.4.5 Kernspaltung 21 1.4.6 Künstliche Nuklide 22 2 Reaktionsgleichungen und Stöchiometrie 27 2.1 Die Reaktionsgleichung 27 2.2 Umgesetzte Mengen und Massen 29 2.3 Die Stoffmenge Mol 30 2.4 Reaktionstypen in der Chemie 33 2.5 Konzentrationsangaben 33 2.5.1 Molare Lösungen 33 2.5.2 Prozentangaben 34 2.5.3 Kleine Konzentrationen 36 2.6 Die Aktivität 37 2.7 Rechenbeispiele 37 2.8 Mischungsrechnen 38 3 Bindungsarten 43 3.1 Die Ionenbindung 43 3.1.1 Kationenbildung 46 3.1.2 Anionenbildung 47 3.1.3 Salzbildung 47 3.1.4 Kristallwasser 49 3.1.5 Die molare Masse eines Salzes 50 3.1.6 Saure Salze 50 3.1.7 Kristallformen 51 3.2 Die Metallbindung 51 3.3 Die Elektronenpaarbindung 52 3.3.1 Lewis-Formeln 53 3.4 Mehrfachbindungen 54 3.4.1 Polare und unpolare Elektronenpaarbindungen 57 3.4.2 Die räumliche Anordnung von Molekülen 58 3.4.3 Anionenkomplexe 59 3.5 Komplexbindung 61 3.6 Bindungskräfte zwischen Molekülen 64 3.6.1 Ion-Dipol 64 3.6.2 Dipol-Dipol 64 3.6.3 Sonderfall Wasserstoffbrückenbindung 64 3.6.4 Induzierte Dipole und Van-der-Waals-Kräfte 65 3.6.5 Hydrophobe Bindungen 66 4 Kinetik und Thermodynamik 71 4.1 Chemische Kinetik 71 4.1.1 Die Reaktionsgeschwindigkeit 71 4.1.2 Die Stoßtheorie 73 4.1.3 Das chemische Gleichgewicht 74 4.1.4 Das Massenwirkungsgesetz 76 4.1.5 Das Prinzip des kleinsten Zwangs 78 4.1.6 Folgereaktionen 79 4.1.7 Die Reaktionsordnung 80 4.1.8 Molekularität einer Reaktion 81 4.2 Thermodynamik 82 4.2.1 Systeme 82 4.2.2 Energieformen 83 4.2.3 Energieinhalt 84 4.2.4 Energiedifferenzen 86 4.2.5 Die Enthalpie 87 4.2.6 Enthalpieberechnungen 89 4.2.7 Die innere Energie U 91 4.2.8 Die Entropie 92 4.2.9 Die Gibbs-Energie 94 4.3 Verbindungen zwischen Kinetik und Thermodynamik 96 4.3.1 Starten einer Reaktion 96 4.3.2 Katalysatoren 98 4.3.3 Die Gibbs-Energie und das chemische Gleichgewicht 98 5 Zustandsformen der Materie 105 5.1 Die Aggregatzustände 105 5.2 Phasenübergänge 107 5.3 Lösungen 108 5.3.1 Echte und kolloidale Lösungen 108 5.3.2 Löslichkeit 108 5.3.3 Allgemeine Regeln zur Löslichkeit 109 5.3.4 Das Löslichkeitsprodukt 110 5.3.5 Elektrolyte 111 5.3.6 Kolligative Eigenschaften 112 5.3.7 Die Oberflächenspannung 114 6 Säuren und Basen 117 6.1 Die Theorien von Arrhenius und Brönsted 117 6.2 Die Stärke von Säuren und Basen 119 6.2.1 Starke Säuren 120 6.2.2 Schwache Säuren 121 6.2.3 Die Reaktion des Anions einer schwachen Säure 121 6.2.4 Die Wertigkeit von Säuren und Basen 122 6.2.5 Der pkS-Wert 123 6.2.6 Starke und schwache Elektrolyte 124 6.2.7 Starke und schwache Basen 125 6.2.8 Die Säuredefinition nach Lewis 125 6.2.9 Ampholyte 126 6.3 Die Neutralisationsreaktion 127 6.4 Der pH-Wert 127 6.4.1 Die Dissoziation des Wassers 128 6.4.2 Die mathematische Herleitung 128 6.4.3 Reaktionen von Salzen in Wasser 130 6.4.4 pH-Wert-Berechnungen 132 6.5 Puffer 134 6.5.1 Bestandteile von Puffern 135 6.5.2 pH-Wert-Berechnungen und Pufferlösungen 135 7 Redoxreaktionen 141 7.1 Die Reaktion von Metallen mit Sauerstoff 141 7.2 Verbrennung von Kohlenstoffverbindungen 142 7.3 Die Elektronenverteilung in Verbindungen 144 7.4 Oxidationszahlen 145 7.5 Häufig vorkommende Typen von Redoxreaktionen 146 7.5.1 Verbrennung 146 7.5.2 Rosten 147 7.5.3 Änderung der Sauerstoffanzahl im Molekül 147 7.5.4 Reaktionen von Metallen untereinander 148 7.5.5 Andere Redoxreaktionen ohne Beteiligung von Sauerstoff 148 7.6 Elementare Vorgänge bei Redoxreaktionen 149 7.7 Oxidations- und Reduktionsmittel 149 7.8 Das Aufstellen von Redoxgleichungen 150 7.8.1 Teilgleichungen 150 7.8.2 Basisches oder saures Milieu? 151 7.8.3 Die Bilanz 151 7.9 Disproportionierung und Komproportionierung 153 7.10 Die Spannungsreihe der Metalle 153 7.11 Elektrochemie 158 7.11.1 Elektrolyse 158 7.11.2 Galvanische Elemente 159 8 Angewandte anorganische Chemie 163 8.1 Anorganische Analytik 163 8.1.1 Identitätsprüfungen 163 8.1.2 Gehaltsbestimmungen 164 8.2 Großtechnische Prozesse 164 8.2.1 Roheisengewinnung und Stahlproduktion 164 8.2.2 Schwefelsäureherstellung 165 8.2.3 Salpetersäureherstellung 165 8.2.4 Salzsäureherstellung 166 8.2.5 Die Chlor-Alkali-Elektrolyse 166 8.2.6 Ammoniaksynthese 166 8.2.7 Sodaherstellung 166 9 Sonderstellung des Kohlenstoffs 167 9.1 Die Stellung des Kohlenstoffs im PSE 167 9.2 Die Bildung von Hybridorbitalen 168 9.3 Kohlenwasserstoffe 171 9.4 Die Vielfalt organischer Verbindungen: funktionelle Gruppen 171 9.5 Nomenklatur organischer Verbindungen 174 10 Kohlenwasserstoffe 179 10.1 Alkane 179 10.2 Verzweigte Alkane 179 10.2.1 Isomerie 182 10.3 Alkene 182 10.3.1 Polyene 183 10.4 Alkine 184 10.5 Aliphaten 184 10.6 Cyclische Kohlenwasserstoffe 185 10.7 Physikalische Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe 186 10.8 Chemische Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe 186 10.8.1 Alkane 187 10.8.2 Alkene 187 10.9 Aromatische Verbindungen 188 10.10 Erdöl und Kohle 190 10.11 Reaktionen der Aromaten 192 10.12 Halogenierte Kohlenwasserstoffe 193 11 Alkohole 197 11.1 Einwertige Alkohole 197 11.2 Mehrwertige Alkohole 199 11.3 Primäre, sekundäre und tertiäre Hydroxylgruppen 200 11.4 Reaktionen von Alkoholen 201 11.4.1 Etherbildung 201 11.4.2 Eigenschaften von Ethern 203 11.4.3 Organische Ester (niemals Esther!) 203 11.4.4 Nomenklatur der Ester 204 11.4.5 Anorganische Ester 204 11.4.6 Die Oxidation von Alkoholen 204 11.5 Phenole 206 11.5.1 Die saure Reaktion 207 11.5.2 Die Oxidation von Phenolen 207 11.5.3 Ether und Ester mit Phenolen 208 12 Aldehyde und Ketone 211 12.1 Die Carbonylgruppe 211 12.2 Nomenklatur der Aldehyde 212 12.3 Nomenklatur der Ketone 212 12.4 Reaktionen der Carbonylgruppe 213 12.4.1 Anlagerung vonWasser 215 12.4.2 Halbe und volle Acetale 215 12.4.3 Polymerisationen 216 12.4.4 Keto-Enol-Tautomerie 216 12.4.5 Die Aldolkondensation als C-Ketten-Verlängerung 217 12.4.6 Addition von Aminen 218 12.4.7 Reduzierende Eigenschaften/Oxidation 218 13 Amine 221 13.1 Die Aminogruppe 221 13.2 Primäre, sekundäre und tertiäre Amine 222 13.3 Die Basizität der Amine 223 13.4 Quartäre Amine 224 13.5 Aromatische Amine 225 13.6 Reaktionen mit salpetriger Säure/Nitrit 225 13.7 Weitere stickstoffhaltige Verbindungen 225 13.7.1 Ethylendiamin 225 13.7.2 Nitroverbindungen 225 14 Carbonsäuren 229 14.1 Die Carboxylgruppe 229 14.2 Die homologe Reihe der Carbonsäuren 231 14.3 Physikalische Eigenschaften 232 14.4 Die Säurestärke 232 14.5 Substituierte Carbonsäuren 233 14.5.1 Hydroxycarbonsäuren 234 14.5.2 Mehrwertige Carbonsäuren 235 14.5.3 Halogenierte Carbonsäuren 235 14.5.4 Ungesättigte Carbonsäuren 236 14.5.5 Aminocarbonsäuren 236 14.5.6 Aromatische Carbonsäuren 237 14.6 Derivate der Carboxylgruppe 237 14.6.1 Säurehalogenide 238 14.6.2 Säureanhydride 238 14.6.3 Säureamide 239 14.7 Typische Reaktionen von Carbonsäuren 240 14.7.1 Die Reaktion mit Wasser 240 14.7.2 Esterbildung und Verseifung 240 14.7.3 Inter- und intramolekulare Verbindungen 241 14.7.4 Schwefelhaltige Verbindungen 242 15 Reaktionstypen in der organischen Chemie 245 15.1 Grundsätzliches 245 15.1.1 Induktivität 245 15.1.2 Mesomerie 246 15.1.3 Elektrophile und nucleophile Teilchen 246 15.1.4 Radikale 247 15.1.5 Übergangszustände und Zwischenstufen 247 15.1.6 Reaktionstypen 248 15.2 Additionen 249 15.2.1 Elektrophile Addition 249 15.2.2 Verwandte Reaktionen 250 15.2.3 Nucleophile Addition 250 15.3 Substitutionen 251 15.3.1 Elektrophile Substitution 252 15.3.2 Die elektrophile Zweitsubstitution 253 15.3.3 Radikalische Substitution 254 15.4 Eliminierung 254 15.5 Umlagerung 255 15.6 Redoxreaktionen 255 16 Isomerie 261 16.1 Konformationsisomerie 261 16.2 Strukturisomerie 262 16.2.1 Ketten- oder Skelettisomerie 262 16.2.2 Stellungsisomerie 263 16.2.3 Tautomerie 263 16.2.4 Funktionsisomerie 263 16.2.5 Bindungs- oder Valenzisomere 264 16.2.6 Isomerie bei Cycloalkanen 264 16.3 Stereoisomerie 265 16.3.1 cis-trans- und E-Z-Isomerie 265 16.3.2 Spiegelbildisomerie 266 16.4 Optische Aktivität 271 17 Kunststoffe 275 17.1 Einteilung nach Materialeigenschaften 275 17.2 Halbsynthetische Kunststoffe 275 17.3 Vollsynthetische Kunststoffe 276 17.3.1 Polymerisation 276 17.3.2 Polykondensation 276 17.3.3 Weitere Kunststoffe 277 17.4 Silicone 277 18 Naturstoffe 279 18.1 Fette, Öle, Seifen, Wachse 279 18.1.1 Fette und Öle 279 18.1.2 Seifen 282 18.1.3 Wachse 283 18.2 Aminosäuren und Eiweiße 283 18.2.1 Aminosäuren 283 18.2.2 Eiweiße 285 18.3 Kohlenhydrate 287 18.3.1 Aldosen 287 18.4 Nucleinsäuren 295 18.4.1 Die DNA 295 18.4.2 Die RNA 298 19 Richtig gelöst 301 Literatur 355 Stichwortverzeichnis 357

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Book SynopsisChemie ist überall, man muss nur danach suchen! Mit erstaunlich einfachen Experimenten lassen sich viele faszinierende Beobachtungen über die chemische Zusammensetzung unserer Welt machen. Die Untersuchungsobjekte liegen buchstäblich auf der Straße. Von der Münze in der Hosentasche bis zur Blume am Wegesrand, vom Mineralwasser im Glas bis zum Duschgel im Badezimmer, von der Büroklammer in der Schublade bis zur eigenen Schuhsohle - alles kann und darf auf seine chemischen Bestandteile hin untersucht werden. Die beschriebenen Musterexperimente lassen dabei viel Raum für eigene Versuche und Entdeckungen. Ganz nebenbei erfährt der Leser auch noch allerlei Wissenswertes über die Herkunft und Herstellung zahlreicher Waren und Produkte, mit denen wir tagtäglich zu tun haben. Für die beschriebenen mehr als 150 Versuche und Versuchsreihen ist nur eine minimale Startausrüstung erforderlich, die in jedem mittelgroßen Chemiekasten enthalten ist. Die weiteren Reagenzien und Indikatoren werden nach den im Buch enthaltenen Vorschriften selbst hergestellt. Ein echtes Mitmach-Buch und eine Fundgrube für alle, die gerne experimentieren.Trade Review"Empfohlen für interessierte Laien, Biologie- und Chemielehrer." Beate Hörnig ,EKZ "Schwedt gelingt eine umfassende Zusammenstellung von Experimenten, die zeigen wieviel Chemie in unserem Alltag steckt, ohne dass wir uns dessen bewusst sind." spektrum.de "Ein echtes Mitmach-Buch und eine Fundgrube für alle, die gerne experimentieren." METALL ?Erklärtes ? und erreichtes ? Ziel des Buches ist es, nicht nur Experimente nach Anleitung durchzuführen, sondern zu eigenen Erkenntnissen zu gelangen.? Radio UNiCC, 07.10.2020Table of ContentsVorwort vii 1 Das Konzept: Versuchsreihen zur Chemie im Alltag – als Hobby und für den Beruf 1 2 Aus der Geschichte – Vomchemischen Probierkabinett zum Experimentierkasten 3 3 Für Hobbychemiker – Beispiele aus der qualitativen Analyse 9 3.1 Säuren oder Basen 9 3.2 Klassische Reagenzien aus heutiger Sicht 21 3.3 Von der Reinheit der Reagenzien 41 3.4 Eine chemische Entdeckungsreise mit nur vier Reagenzien 52 4 Für Gesundheitsbewusste – Heilwässer, Salze und pflanzliche Drogen (Phytopharmaka) aus Drogerie und Apotheke 61 4.1 Heilwässer 61 4.2 Salze/Badesalze 68 4.3 Phytopharmaka 80 4.4 Gesundheitstees 95 5 Für Mineraliensammler – Nachweis chemischer Elemente in ausgewählten Mineralen 101 5.1 Minerale der Alkali- und Erdalkalimetalle 105 5.2 Apatit und Fluorit 114 5.3 Eisenminerale 116 5.4 Cobalt- und Nickelminerale 124 5.5 Kupferminerale 128 5.6 Bleiminerale 130 5.7 Schwefel als Mineral 133 5.8 Vulkangesteine 137 6 Für Ökonomen –Alltagsprodukte mit Geschichte 145 6.1 Chemie der Alltagsmetalle 146 6.2 Lederchemie 170 6.3 Seifenchemie – von der Schmier- und Kernseife bis zur Flüssigseife 185 6.4 Papierchemie 194 6.5 Zur Chemie der Kohle 207 7 Für Genießer – Obst und Gemüse, Bier und Wein 225 7.1 Weinchemie für Genieser – Von der Traube zum edlen Tropfen 225 7.2 Zur Biochemie des Bieres 240 7.3 Obst und Gemuse – für eine gesunde Ernährung 250 8 Für Entdecker –Experimente auf botanischen Exkursionen 301 8.1 Übersicht zu den Farbstoffen im Pflanzenreich 306 8.2 Die Ausstattung für Experimente beim Botanisieren 306 Anhang Liste der Experimente 313 Literaturverzeichnis 319 Stichwortverzeichnis 325

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Book SynopsisWas man über Giftstoffe, deren Wirkung und Bewertung wissen muss: Zwei erfahrene Toxikologen erklären allgemeinverständlich, wann ein Stoff zum Schadstoff wird. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den allgemeinen Grundlagen einer toxikologischen Untersuchung und Bewertung von Schadstoffen, sowie den daraus abgeleiteten Handlungsempfehlungen. Anhand bekannter Beispiele aus den letzten Jahren, u. a. des Unkrautvernichters Glyphosat oder des Insektizids Fipronil, die beide in Nahrungsmitteln nachgewiesen wurden, wird erläutert, wie konkrete Gesundheitsgefährdungen anhand toxikologischer Daten und Verfahren ermittelt und welche Maßnahmen zum Schutz der Gesundheit daraus abgeleitet werden. Die Anwendung der toxikologischen Verfahren für die Bewertung von Gesundheitsrisiken wird anhand von Beispielen aus dem Alltag anschaulich dargestellt, von Lebensmitteln über Kosmetika bis hin zu Arzneimitteln und Alltagsprodukten. Ein kompakter, aber fundierter Einstieg in ein wichtiges und oft kontrovers diskutiertes Thema - für alle, die Toxine und deren Wirkungen auf Mensch und Umwelt verstehen wollen.Trade ReviewDifferenzierte[r], aber gut verständliche[r] Einstieg [?] in ein oft kontrovers diskutiertes Thema. Pharmazeutische Zeitung (12.05.2022) Insgesamt ist es den Autoren gut gelungen, die Toxikologie auf knapp 300 Seiten einzudampfen. Biospektrum (12.09.2022) Dem gelungenen Ziel der beiden Autoren, durch Allgemeinverständlichkeit kompakter Ausführungen das toxikologische Grundverständnis einer Schadstoff-Bewertung auch einem interessierten Nichtfachmann zu vermitteln, bleibt zu wünschen, dass diese Neuauflage eine hohe Aufmerksamkeit erfährt und in einer breiten Leserschaft an der Universität, in Behörden und der Industrie die verdiente Beachtung finden wird. Prof. Dr. Ines Golly LMU (01.09.2022)Table of ContentsVorwort V Teil A Allgemeiner Teil 1 1 Toxische Wirkungen (gefährliche Stoffeigenschaften) 5 2 Aufnahme, Verteilung, Ausscheidung und mögliche Umformungen im Stoffwechsel 11 3 Dosis und Dosis-Wirkungs-Beziehung 13 4 Konzentrationen in Luft, Wasser oder Nahrungsmitteln 15 5 Äußere und innere Exposition 17 6 Empfindlichkeit der exponierten Personen 19 7 Bestimmung des Risikos 25 8 Bewertung von Gemischen (Kombinationswirkungen) 27 9 Festsetzung von Grenzwerten und Ableitung von Vorsorgemaßnahmen 29 10 Praktische Bedeutung der Grenzwerte 33 11 Die Bedeutung standardisierter Testverfahren 35 12 Voraussetzungen zur Aufrechterhaltung der Körperfunktionen 37 13 Biotransformation von Fremdstoffen 43 Teil B Organe und Organsysteme 53 14 Magen-Darm-Trakt 55 15 Respirationstrakt (obere Atemwege und Lunge) 63 16 Haut 71 17 Leber 79 18 Niere und ableitende Harnwege 87 19 Zentrales und peripheres Nervensystem 95 20 Reproduktionsorgane 103 21 Blut und Knochenmark 107 22 Das Immunsystem 117 23 Herz und Kreislauf 123 24 Endokrines System 133 Teil C Spezieller Teil 139 25 Wo finden sich fundierte Bewertungen und Risikoabschätzungen 141 26 Trotz gefährlicher Stoffeigenschaften geduldete Substanzen 143 27 Kontrovers diskutierte Expositionen 169 28 Akute Intoxikationen bei hoher Exposition 181 29 Langzeitbelastungen bei niedriger Exposition: an einzelnen Beispielen dargestellte Vorgehensweise bei der gesundheitlichen Bewertung 185 30 Sind Alternativen besser? 249 Abkürzungen, die in der Toxikologie verwendet werden (Auswahl) 251 Glossar wichtiger toxikologischer Begriffe 259 Weiterführende Literatur 269 Stichwortverzeichnis 271

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Book SynopsisSupramolecular Catalysis Provides a timely and detailed overview of the expanding field of supramolecular catalysis The subdiscpline of supramolecular catalysis has expanded in recent years, benefiting from the development of homogeneous catalysis and supramolecular chemistry. Supramolecular catalysis allows chemists to design custom-tailored metal and organic catalysts by devising non-covalent interactions between the various components of the reaction. Edited by two world-renowned researchers, Supramolecular Catalysis: New Directions and Developments summarizes the most significant developments in the dynamic, interdisciplinary field. Contributions from an international panel of more than forty experts address a broad range of topics covering both organic and metal catalysts, including emergent catalysis by self-replicating molecules, switchable catalysis using allosteric effects, supramolecular helical catalysts, and transition metal catalysis in confined spaces. This authoritative and up-to-date volume: Covers ligand-ligand interactions, assembled multi-component catalysts, ligand-substrate interactions, and supramolecular organocatalysis and non-classical interactions Presents recent work on supramolecular catalysis in water, supramolecular allosteric catalysis, and catalysis promoted by discrete cages, capsules, and other confined environments Highlights current research trends and discusses the future of supramolecular catalysis Includes full references and numerous figures, tables, and color illustrations Supramolecular Catalysis: New Directions and Developments is essential reading for catalytic chemists, complex chemists, biochemists, polymer chemists, spectroscopists, and chemists working with organometallics.Table of ContentsPreface xix Supramolecular Catalysis: An Introduction xxi Part I Ligand–Ligand Interactions 1 1 Supramolecular Construction of Bidentate Ligands Through Self-assembly by Hydrogen Bonding 3 Felix Bauer and Bernhard Breit 1.1 Introduction 3 1.2 Formation of Bidentate Ligands Through Self-assembly via Hydrogen Bonding and Application in Hydroformylation 5 1.3 Asymmetric Hydrogenation 13 1.4 Other Catalytic Applications 17 1.5 Concluding Remarks 21 References 22 2 Self-Assembled Bidentate Ligands in Transition Metal Catalysis; From Fundamental Invention to Commercial Application 27 Alexander M. Kluwer, Xavier Caumes, and Joost N. H. Reek 2.1 Introduction 27 2.2 Metal–Ligand Interactions, the SUPRAphos Library 28 2.3 Supramolecular Bidentate Ligands Based on Hydrogen Bonds, a Toolbox for Evolutionary Catalyst Design 30 2.4 Formation of Supramolecular Pincer-Type Complexes 34 2.5 From a Supramolecular Bidentate Ligand to a Catalyst with Substrate Pre-organization 36 2.6 Outlook 37 References 38 Part II Self-assembled Nanostructures and Multi-component Assemblies 41 3 Assembled Ionic Molecular Catalysts and Ligands 43 Kohsuke Ohmatsu, Daisuke Uraguchi, and Takashi Ooi 3.1 Introduction 43 3.2 Concept of Ion-Paired Chiral Ligand 44 3.4 Conclusion 51 References 51 4 Self-amplification of Enantioselectivity in Asymmetric Catalysis by Supramolecular Recognition and Stereodynamics 55 Oliver Trapp 4.1 Introduction 55 4.2 Design of an Enantioselective Self-amplifying Catalyst Based on Noncovalent Product–Catalyst Interactions 57 4.3 The Stereodynamics of the Ligand Core 57 4.4 Design of Product–Catalyst Adducts and Catalyst Synthesis 59 4.5 Noncovalent Interaction Studies via NMR Spectroscopy 61 4.6 Self-amplifying Hydrogenation of 3,5-DNB-ΔAla-OEt 63 4.7 Concluding Remarks 64 Acknowledgments 64 References 64 5 Interlocked Molecules in Enantioselective Catalysis 69 Carel Kwamen and Jochen Niemeyer 5.1 Introduction 69 5.2 Rotaxanes in Enantioselective Catalysis 70 5.3 Catenanes in Enantioselective Catalysis 75 5.4 Molecular Knots in Enantioselective Catalysis 77 5.5 Conclusion 78 References 78 6 Catalytic Supramolecular Gels 81 Beatriu Escuder 6.1 Introduction 81 6.2 Catalytic LMWGs 82 6.3 LMWGs in Organocatalysis 82 6.4 LMWGs in Metallocatalysis 86 6.5 Multicomponent Supramolecular Materials Involving Catalytic LMWGs 87 6.6 Concluding Remarks 89 Acknowledgments 90 References 90 7 Supramolecular Helical Catalysts 93 Laurent Bouteiller and Matthieu Raynal 7.1 Introduction 93 7.2 Concept: Induction of Chirality to Metal Centers Connected to Supramolecular Helices 94 7.3 Amplification of Chirality in Two-Component Supramolecular Helical Catalysts 97 7.4 Amplification of Chirality in Three-Component Helical Catalysts 98 7.5 Switchable Asymmetric Catalysis by Reversible Assembly of Helical Catalysts 100 7.6 Dual Stereocontrol of an Asymmetric Reaction by Switchable Helical Catalysts 101 7.7 Concluding Remarks 103 Acknowledgments 104 References 104 8 Self-Assembled Multi-Component Supramolecular Catalysts for Asymmetric Reactions 107 Guanghui Ouyang, Jian Jiang, and Minghua Liu References 114 Part III Ligand–Substrate Interactions 117 9 Harnessing Ligand–Substrate Non-covalent Interactions for Control of Site-Selectivity in Transition Metal-Catalyzed C–H Activation and Cross-Coupling 119 Robert J. Phipps 9.1 Introduction 119 9.2 C–H Borylation 120 9.3 Cross-Coupling 126 9.4 Concluding Remarks 128 Acknowledgments 129 References 129 10 Supramolecular Interactions in Distal C–H Activation of (Hetero)arenes 133 Jyoti P. Biswas and Debabrata Maiti 10.1 Introduction 133 10.2 Distal C–H Activation of Arenes 133 10.3 Distal C–H Activation of Heterocycles 137 10.4 Conclusion 141 Acknowledgments 141 References 141 11 Transition-Metal-Catalyzed, Site- and Enantioselective Oxygen and Nitrogen Transfer Enabled by Lactam Hydrogen Bonds 145 Finn Burg and Thorsten Bach 11.1 Chiral Lactams as Hydrogen Bonding Sites for Enantioselective Catalysis 145 11.2 Enantioselective Addition to Olefins 147 11.3 Enantioselective C(sp 3)–H Functionalization 150 11.4 Enantioselective Oxidation of Sulfur Centers 156 11.5 Concluding Remarks 157 Acknowledgments 158 References 158 12 Supramolecular Substrate Orientation as Strategy to Control Selectivity in Transition Metal Catalysis 161 Joost N.H. Reek and Bas de Bruin 12.1 Introduction 161 12.2 Asymmetric Hydrogenation 161 12.3 Substrate Orientation in Hydroformylation Catalysis 164 12.4 Substrate Orientation in C—H Borylation 168 12.5 Second Coordination Sphere Control in Enantioselective Cobalt-catalyzed Carbene and Nitrene Transfer Reactions 170 References 174 13 Phosphine Ligands with Acylguanidinium Groups as Substrate-directing Unit 179 Felix Bauer and Bernhard Breit 13.1 Introduction 179 13.2 Hydroformylation of Alkenoic and Alkynoic Acids 179 13.3 Aldehyde Reduction and Tandem Hydroformylation–Hydrogenation 188 13.4 Concluding Remarks 197 References 198 14 Chemical Reactions Controlled By Remote Zn···N Interactions Between Substrates and Catalysts 201 Jonathan Trouvé and Rafael Gramage-Doria 14.1 Introduction 201 14.2 Organic Reactions 202 14.3 Transition Metal Catalysis 204 14.4 Conclusion 207 Acknowledgments 207 References 207 Part IV Catalysis Promoted by Discrete Cages, Capsules, and other Confined Environments 211 15 Artificial Enzymes Created Through Molecular Imprinting of Cross-Linked Micelles 213 Yan Zhao 15.1 Introduction 213 15.2 Surface-Cross-Linked Micelles (SCMs) 213 15.3 Molecularly Imprinted Nanoparticles (MINPs) via Double Cross-Linking of Micelles 215 15.4 MINP-Based Artificial Esterase 217 15.5 MINP-Based Artificial Glycosidase 219 15.6 MINP-Based Artificial Enzymes for Asymmetric Catalysis and Tandem Catalysis 223 15.7 Concluding Remarks 225 Acknowledgments 226 References 226 16 Bioinspired Catalysis Using Innately Polarized Pd 2 L 4 Coordination Cages 229 Paul J. Lusby 16.1 Introduction 229 16.2 A Coordination-Cage Host–Guest Method Based on Polar Interactions 229 16.3 From Guest Binding to Catalysis; an Artificial “Diels–Alderase” 231 16.4 Base-Free Michael Addition Catalysis 235 16.5 Turning Cage-Catalysis Inside Out 238 16.6 Concluding Remarks 239 Acknowledgments 239 References 239 17 Supramolecular Catalysis with a Cubic Coordination Cage: Contributions from Cavity and External-Surface Binding 241 ChristopherG.P.TaylorandMichaelD.Ward 17.1 Introduction: The Host Cage and Its Structure 241 17.2 Binding of Organic Guests in the Central Cavity in Water 242 17.3 Surface Binding of Anions 244 17.4 The Paradigm: Catalysis of the Kemp Elimination 245 17.5 Effects of Anion Accumulation Around the Surface: Autocatalysis 247 17.6 Catalysis with Noncavity-Bound Guests: Phosphate Ester Hydrolysis and an Aldol Condensation 249 17.7 Conclusion 251 Acknowledgments 252 References 252 18 Transition Metal Catalysis in Confined Spaces 255 Joost N.H. Reek and Sonja Pullen 18.1 Introduction 255 18.2 Template Ligand Strategies for Encapsulation of Transition Metal Catalysts 255 18.3 Catalyst Encapsulation Strategies for Solar Fuel-Related Reactions 258 18.4 Concluding Remarks and Outlook 268 References 268 19 Catalysis by Metal–Organic Cages: A Computational Perspective 271 Giuseppe Sciortino, Gantulga Norjmaa, Jean Didier Maréchal, and Gregori Ujaque 19.1 Introduction 271 19.2 Looking for a Robust Computational Framework to Study MOCs 272 19.3 Applications of Modeling to Confined Catalysis 274 19.4 Future Directions 281 References 281 20 N-heterocyclic Carbene (NHC)-Capped Cyclodextrins for Cavity-Controlled Catalysis 287 Sylvain Roland and Matthieu Sollogoub 20.1 Introduction: NHC-Capped Cyclodextrin Metal Complexes 287 20.2 Orientation of Cyclization Reactions – Five vs. Six-Membered Cycle 289 20.3 Control of Regioselectivity 291 20.4 Control of Enantioselectivity by the CD Chiral Cavity 293 20.5 Substrate Selectivity 296 20.6 Protection of Metal Centers and Promotion of Reactive Species 297 20.7 Concluding Remarks 299 Acknowledgments 299 References 299 21 Supramolecular Catalysis by Metallohosts Based on Glycoluril 303 Jeroen P.J. Bruekers, Johannes A.A.W. Elemans, and Roeland J.M. Nolte 21.1 Introduction 303 21.2 Rhodium-Based Catalytic Baskets 304 21.3 Copper-Based Catalytic Baskets 306 21.4 Porphyrin Cage Catalysts 307 21.4.1 Epoxidation of Low-Molecular-Weight Alkenes 307 21.4.2 Epoxidation of Polymeric Alkenes 311 21.4.3 Carbenoid Transfer Reactions with α-Diazoesters 315 21.5 Outlook 316 Acknowledgments 317 References 317 22 Catalysis Inside the Hexameric Resorcinarene Capsule: Toward Addressing Current Challenges in Synthetic Organic Chemistry 321 Leonidas-Dimitrios Syntrivanis and Konrad Tiefenbacher 22.1 Introduction 321 22.2 Background 321 22.3 Application to Terpene Cyclization 323 22.4 Elucidating the Prerequisites for Catalytic Activity Inside the Resorcinarene Capsule 328 22.5 Further Applications of Capsule I as Catalyst 329 22.6 Concluding Remarks 330 Acknowledgments 331 References 331 23 Supramolecular Organocatalysis Within the Nanospace of Resorcinarene Capsule 335 Carmine Gaeta, Carmen Talotta, Margherita De Rosa, Annunziata Soriente, Antonio Rescifina, and Placido Neri 23.1 Introduction 335 23.2 The Hexameric Resorcinarene Capsule 337 23.3 The Hexameric Capsule as H-bonding Organocatalyst 338 23.4 The Hexameric Capsule as Brønsted Acid Organocatalyst 339 23.5 Iminium Catalysis with a Coencapsulated Cocatalyst 341 23.6 Halogen-bond (XB) Catalysis with a Coencapsulated Cocatalyst 343 23.7 Concluding Remarks 343 Acknowledgment 344 References 344 24 Resorcin[4]arene Hexamer: From Nanocontainer to Nanocatalyst 347 Giorgio Strukul, Fabrizio Fabris, and Alessandro Scarso 24.1 Introduction 347 24.2 Resorcinarene Capsule as Nanoreactor 348 24.3 Resorcin[4]arene Capsule as Nanocatalyst 352 24.4 Concluding Remarks 357 Acknowledgments 358 References 358 Part V Supramolecular Organocatalysis and Non-classical Interactions 361 25 The Aryl-Pyrrolidine-tert-Leucine Motif as a New Privileged Chiral Scaffold: The Role of Noncovalent Stabilizing Interactions 363 Daniel A. Strassfeld and Eric N. Jacobsen 25.1 Introduction 363 25.2 Foundational Studies 364 25.3 Development of the Aryl-Pyrrolidino-tert-Leucine Catalyst Motif 366 25.4 Scope of Enantioselective Reactions and Mechanisms Promoted Effectively by Aryl-Pyrrolidine-tert-Leucine HBD Catalysts 368 25.5 Mechanisms of Enantioinduction by Aryl-Pyrrolidinetert-Leucino-H-Bond-Donor Catalysts: Case Studies 374 25.6 Concluding Remarks 380 Acknowledgments 381 References 382 26 Chiral Triazole Foldamers in Enantioselective Anion-Binding Catalysis 387 Alica C. Keuper and Olga García Mancheño 26.1 Introduction 387 26.2 Triazoles as Anion Receptors 387 26.3 Design of Foldamer Triazoles as Hydrogen Bond Donors for Anion-Binding Catalysis 388 26.4 Anion-Binding-Catalyzed Enantioselective Reissert-Type Reaction with Silylketene Acetals 389 26.5 Reaction with Different Nucleophiles 391 26.6 Nucleophilic Dearomatization of Pyrylium Derivatives 392 26.7 Folding and Cooperative Multi-Recognition Mechanism 393 26.8 Design of Catalytic Transformations Based on Anion-Template Strategies 394 26.9 Concluding Remarks 395 Acknowledgments 396 References 396 27 Supramolecular Catalysis via Organic Solids: Templates to Mechanochemistry to Cascades 401 Shweta P. Yelgaonkar and Leonard R. MacGillivray 27.1 Template Approach for [2+2] Photocycloadditions 401 27.2 State of Mechanochemistry 402 27.3 Organic Catalysis and Mechanochemistry 403 27.4 Cascade Reactions and Mechanochemistry 407 27.5 Concluding Remarks 409 Acknowledgments 409 References 409 28 Exploration of Halogen Bonding for the Catalysis of Organic Reactions 413 Revannath L. Sutar and Stefan M. Huber 28.1 Introduction 413 28.2 Halide Abstraction Reactions 415 28.3 Activation of Organic Functional Groups 418 28.4 Activation of a Metal–Halogen Bond 421 28.5 Conclusion 421 References 422 29 Chalcogen-Bonding Catalysis 427 Wei Wang and Yao Wang 29.1 Introduction 427 29.2 Challenges in Chalcogen-Bonding Catalysis 428 29.3 Discovery of Efficient Chalcogen-Bonding Catalysts 428 29.4 Chalcogen–Chalcogen Bonding Catalysis 431 29.5 Dual Chalcogen–Chalcogen Bonding Catalysis 433 29.6 Conclusion Remarks 436 Acknowledgments 437 References 437 30 Asymmetric Supramolecular Organocatalysis: The Fourth Pillar of Catalysis 441 Kengadarane Anebouselvy, Kodambahalli S. Shruthi, and Dhevalapally B. Ramachary 30.1 Introduction 441 30.2 Asymmetric Michael Additions 442 30.3 Concluding Remarks 448 Acknowledgments 448 References 448 Part VI Supramolecular Catalysis in Water 451 31 Metal Catalysis in Micellar Media 453 Giorgio Strukul, Fabrizio Fabris, and Alessandro Scarso 31.1 Introduction 453 31.2 Oxidation Reactions 454 31.3 C—C and C—X Bond Forming Reactions 457 31.4 Metal Nanoparticles in Micellar Media 461 31.5 Catalyst Surfactant Interactions 463 Acknowledgments 465 References 465 32 Surfactant Assemblies as Nanoreactors for Organic Transformations 467 Margery Cortes-Clerget, Joseph R.A. Kincaid, Nnamdi Akporji, and Bruce H. Lipshutz 32.1 Introduction 467 32.2 Micellar Catalysis: Concepts 468 32.3 Ligand Design 471 32.4 The “Nano-to-Nano” Effect 475 32.5 Reservoir Effect 476 32.6 Access to Opportunities for Telescoping Sequences 478 32.7 Industrial Applications 481 32.8 Conclusions 483 References 484 33 Compartmentalized Polymers for Catalysis in Aqueous Media 489 Fabian Eisenreich and Anja R.A. Palmans 33.1 Introduction 489 33.2 Folding a Polymer Chain in Water into a Compact Structure 491 33.3 Polymer-Supported Ru(II) Catalysis in Water 495 33.4 Polymer-Supported Cu(I) and Pd(II) Catalysis in Water 496 33.5 Polymer-Supported Organocatalysis in Water 498 33.6 Polymer-Supported Photocatalysis in Water 500 33.7 Outlook and Conclusions 501 Acknowledgments 502 References 502 34 Phosphines Modified by Cyclodextrins for Supramolecular Catalysis in Water 507 Sébastien Tilloy and Eric Monflier 34.1 Introduction 507 34.2 Synthesis and Properties of CD-Phosphine 1 (CD-P-1) 508 34.3 Synthesis and Properties of CD-Phosphine 2 (CD-P-2) 510 34.4 Synthesis and Properties of CD-Phosphine 3 (CD-P-3) 512 34.5 Synthesis and Properties of CD-Phosphine 4 (CD-P-4) 513 34.6 Concluding Remarks 514 References 515 35 Water-Soluble Yoctoliter Reaction Flasks 519 Yahya A. Ismaiel and Bruce C. Gibb 35.1 Introduction 519 35.2 Deep-Cavity Cavitands 520 35.3 The Thermodynamic and Kinetic Features of the Capsular Complexes 520 35.4 Assembly State of OA 1 and TEMOA 2 and Guest Packing Motifs Within 521 35.5 Photochemistry 523 35.6 Thermal Reactions 528 35.7 Summary and Conclusions 533 Acknowledgments 533 References 533 36 Chemical Catalyst-Promoted Regioselective Histone Acylation 537 Yuki Yamanashi and Motomu Kanai 36.1 Introduction 537 36.2 Chemical Catalyst-Mediated Synthetic Epigenetics 537 36.3 Supramolecular Catalyst Strategy for Protein Modification 538 36.4 Supramolecular Catalyst Strategy for Histone Acetylation In Vitro 538 36.5 Catalyst-Promoted Selective Acylation Targeting Proteins in Living Cells 540 36.6 Chemical Catalyst-Promoted Regioselective Histone Acylation in Living Cells 543 36.7 Concluding Remarks 544 References 544 37 Protein–Substrate Supramolecular Interactions for the Shape-Selective Hydroformylation of Long-Chain α-Olefins 547 Peter J. Deuss and Amanda G. Jarvis 37.1 Introduction 547 37.2 Design of Protein Templates for Shape-Selective ArMs 551 37.3 Introduction of a Metal–Ligand Environment into SCP-2L 552 37.4 SCP-2L as a Catalytic Scaffold 553 37.5 Phosphine Modification of Proteins 554 37.6 Application in Biphasic Hydroformylation 555 37.7 Structural Studies on the Rhodium Hydroformylases 557 37.8 Concluding Remarks 558 Acknowledgments 558 References 559 38 Supramolecular Assembly of DNA- and Protein-Based Artificial Metalloenzymes 561 Gerard Roelfes 38.1 Introduction 561 38.2 DNA-Based Artificial Metalloenzymes 562 38.3 Protein-Based Artificial Metalloenzymes 564 38.4 Synergistic Catalysis with Artificial Metalloenzymes 567 38.5 In Vivo Assembly and Application of LmrR-Based Artificial Metalloenzymes 568 38.6 Conclusions 569 References 569 Part VII Supramolecular Allosteric Catalysts and Replicators 573 39 Switchable Catalysis Using Allosteric Effects 575 Michael Schmittel 39.1 Introduction 575 39.2 Allosteric Regulation at Zinc Porphyrin Stations by Catalyst Release 576 39.3 Allosteric Regulation of Catalysis at Copper(I) Sites 580 39.4 Dynamic Allosteric Regulation of Catalysis 583 39.5 The Future: From Allosteric Regulation of Catalysis in a Network to Smart and Autonomous Mixtures 585 39.6 Concluding Remarks 586 Acknowledgments 586 References 587 40 Supramolecularly Regulated Enantioselective Catalysts 591 Anton Vidal-Ferran 40.1 Introduction 591 40.2 Seminal Work 592 40.3 Supramolecular Regulation of a Preformed Enantioselective Catalyst 593 40.4 Supramolecular Regulation of a Prochiral Ligand or Catalyst 597 40.5 Concluding Remarks 600 Acknowledgments 601 References 601 41 Emergent Catalysis by Self-Replicating Molecules 605 Kai Liu, Jim Ottelé, and Sijbren Otto 41.1 Introduction 605 41.2 Implementation of Organocatalysis in Self-Replicating Systems 607 41.3 The Implementation of Photocatalysis in Self-Replicating Systems 610 41.4 Conclusions and Outlook 612 References 612 Index 615

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Book SynopsisVom Eiswürfelkran zum selbst gemachten Christbaumschmuck: mehr als 50 originelle Versuche zu den Grundlagen der Chemie mit Bildanleitung und kindgerechter Erklärung wecken auf spielerische Weise das Interesse an der Natur und an der Wissenschaft.Trade ReviewDNA-Extraktion aus Tomaten, wachsende Kristalle, Bau eines Handspektroskopes und Analyse künstlicher Lichtquellen, Deko-Anhänger aus recyceltem Polyethylen, Kartoffelbatterien, Rakete mit Backpulver antrieb - Beispiele aus 54 zumeist unkompliziert und überwiegend gefahrlos durchzuführenden Experimenten aus 12 thematischen Abschnitten, u.a. Gase, Wasser, Kristalle, Kunststoffe, Bestandteile von Lebensmitteln. "Ideal für das gemeinsame Experimentieren mit Kindern der Altersstufen 8 bis 12". Wichtig ist "gemeinsam", die erläuternden Texte sind sehr ausführlich und sehr gut verständlich, allerdings schon Schulbuch-Niveau (u.a. Reaktions- und Strukturformeln). Chemisches Grundverständnis/Grundkenntnisse ratsam. Vor Gefahren wird gewarnt; bei einem bestimmten Experiment wird auf eventuell entstehendes Chlorgas hingewiesen - "Wenn ihr ein Labor habt, arbeitet am Abzug, sonst am besten im Freien". Das Buch vermittelt über Spielereien hinaus auch für "Nur-Leser*innen" bereits ein gediegenes Grundwissen zu Chemie im Alltag. Gerne empfohlen auch neben Georg Schwedt (ID-A 25/22, ID-A 48/19, IDG 41/15). (2 S) Rolf Becker-Friedrich, ekz-Publikation ID bzw. IN 2023/20Table of ContentsVorwort ix So Experimentiert Ihr Sicher xi 1 Feuer, Plasma und die chemische Reaktion 1 1.1 Wo Moleküle zerbrechen 2 1.1.1 Experiment: Kerzenflammen werfen Schatten! 2 1.2 Aus Stoffen entstehen neue Stoffe 3 1.2.1 Paraffin verbrennt: die chemische Reaktion in der Kerzenflamme 3 1.2.2 Experimente: Die chemische Reaktion wird „sichtbar“ 4 1.3 Was die Reaktion am Laufen hält 5 1.3.1 Warum sind Flammen heiß? – Was ist eigentlich Wärme? 5 1.3.2 Wie heiß muss Paraffin werden, damit es brennt? 6 1.3.3 Ein Metallsieb als Feuersperre 7 2 Licht und Materie 9 2.1 Warum Stoffe farbig sind 10 2.1.1 Wie unsere Augen Farben sehen 10 2.1.2 Was Stoffe mit Licht anstellen 11 2.2 Was Licht uns über Stoffe verrät 12 2.2.1 Wir können Licht zerlegen 12 2.2.2 Was das Licht über seine Quelle preisgibt 14 2.3 Farbstoffe in der Natur entdecken 16 2.3.1 Papierchromatografie von Blattfarbstoffen 16 2.4 Mysteriöse Lichterscheinungen 19 2.4.1 Ein Stoff – verschiedene Farben? 19 2.4.2 Licht aus dem Dunklen: Fluoreszenz 20 2.4.3 Glow-in-the-dark-Effekte: Phosphoreszenz 21 3 Mit der Kraft des Lichtes: Photochemie 23 3.1 Dank Chemie können wir sehen 24 3.1.1 Viele Sehzellen ergeben ein Bild 24 3.2 Moleküle gebaut mit Lichtenergie 25 3.2.1 Photosynthese 26 3.3 Chemie für Nostalgiker: Fotografie 28 3.3.1 Wie man mit Chemie Fotos macht 28 3.3.2 Euer eigenes Fotolabor 29 3.4 Unerwünschte Fotochemie 30 3.4.1 Licht zerstört Moleküle 30 3.4.2 Sonnencreme schützt unsere Haut 31 4 Gase: flüchtig und voluminös 33 4.1 Inertgas für die Sicherheit 34 4.2 Gase brauchen Platz, viel Platz 35 4.2.1 Woher das Gas im Airbag kommt 35 4.2.2 Gase als Raketentreibstoff 35 4.3 Sprengstoffe: Viel Gas in kurzer Zeit 38 4.3.1 Welche Stoffe haben Sprengkraft? 38 4.3.2 Explosiv und spektakulär: Vulkanausbruch daheim 38 4.4 Beweglichkeit macht gefährlich 39 5 Wasser – ein ganz besonderer Stoff 41 5.1 Woraus bestehen Wassermoleküle? 42 5.1.1 Analyse: Wie ihr einen Stoff auseinandernehmt 42 5.2 Warum ist Wasser nass? 45 5.2.1 Das Geheimnis des krummen Wasserstrahls 45 5.2.2 Wenn Atome Tauziehen machen 46 5.2.3 Wie stark Moleküle zusammenhalten 47 5.3 Was passiert, wenn Wasser fest wird 47 5.3.1 Experiment im Winter: Schnee mikroskopieren 48 5.3.2 Wie Salze die Entstehung von Eis verhindern 49 5.3.3 Kann es belebtes Wasser geben? 52 5.4 Echt merkwürdig: die Dichteanomalie des Wassers 53 5.4.1 Warum können Eiswürfel schwimmen? 53 5.4.2 Schlittschuhlaufen – Druck machts möglich 55 6 Kristalle – die Chemie der Schönheit 57 6.1 Mineralien und Würze: Ionenkristalle 58 6.1.1 Wie Ionenkristalle entstehen 58 6.1.2 Wasser im Gitter: Können Kristalle nass sein? 60 6.2 Kristalle aus Molekülen 62 6.2.1 Das Rätsel um den Eiswürfelkran 63 6.3 Diamant: ein Riesenmolekülkristall und der härteste Naturstoff der Welt 64 7 Elektronen auf Wanderschaft: Redox-Reaktionen 65 7.1 Wie Ionen entstehen und vergehen 66 7.1.1 Von Hochhäusern und vollen Etagen 66 7.1.2 Oxidation, Reduktion, Redox-Chemie 67 7.1.3 Aus Salzen lassen sich Metalle gewinnen 68 7.2 Redox-Reaktionen dank Elektrizität 71 7.2.1 Redox-Reaktionen im Stromkreis 71 7.3 Wirklich lästige Chemie: Korrosion 74 7.3.1 Unedle Metalle korrodieren an Luft und Wasser. 74 7.3.2 Redox-Reaktionen mit Edelmetall 76 7.4 Das Wandern ist der Ionen Lust: Stofftransport dank Redox-Potentialen 78 7.5 Wie eine Batterie funktioniert 80 8 Gar nicht so komplex: Koordinationsverbindungen 83 8.1 Wie Unlösliches löslich wird 84 8.1.1 Nachweis von Kupfer mit bunten Komplexen 85 8.1.2 Komplex-Verbindungen als Haushaltshelfer 87 8.2 Wie man Schwermetalle loswird 88 8.3 Ein Platz für nützliche Metallionen 89 9 Reaktionen leicht gemacht: Katalysatoren 91 9.1 Kfz-Katalysator: mit Edelmetall gegen Abgase 92 9.1.1 Wie giftige Abgase entstehen 92 9.1.2 Was ein Katalysator mit den Abgasen tut 92 9.2 Enzyme – Katalysatoren in der Natur 94 9.2.1 Enzyme verdauen Nahrung 94 9.2.2 Enzyme beseitigen Giftstoffe 96 9.2.3 Medikamente blockieren Enzyme 97 9.3 Wie Reaktionen wirtschaftlich werden 98 10 Tenside – Moleküle mit Superwaschkraft 101 10.1 Seife –eines der ältesten Chemieprodukte der Welt 102 10.2 Die Superkräfte der Tenside 105 10.2.1 Mischbar oder nicht mischbar, das ist hier die Frage 105 10.2.2 Januskopf-Moleküle 105 10.3 Was haben Seifenblasen mit Körperzellen gemeinsam? 106 10.3.1 Wie Seifenblasen aufgebaut sind 107 10.3.2 Und der Aufbau der Hülle von Körperzellen 108 10.4 Tenside und die Oberflächenspannung 109 10.5 Tenside in der Umwelt 110 11 Unsere Nahrung: Makromoleküle 113 11.1 Struktur und Ordnung: Stärke und Zellulose 114 11.1.1 Aufgeräumt: Stärke als Nährstofflager 114 11.1.2 Wie wir Makromoleküle verwerten: Verdauung 115 11.2 Nukleinsäuren: Moleküle als Datenspeicher 117 11.3 Proteine: vielfältige Helferlein 118 12 Natur nachgeahmt: Kunststoffe 121 12.1 Kunststoffe: Designermaterialien aus Makromolekülen 122 12.1.1 Ein Musterbeispiel für Thermoplaste: Polyethylen 122 12.2 Festigkeit durch Vernetzung – Warum selbstgemachter Slime nur im Labor gut gelingt 125 12.3 Wunscheigenschaften durch Additive 126 12.4 Wunderpolymere als Wasserspeicher 129 A Anhang 133 A.1 Chemikalienverzeichnis 133 A.1 Lebensmittel und Lebensmittelbestandteile 134 A.1. 2 Alltagschemikalien 135 A.1. 3 Besondere Chemikalien 137 A. 2 Wortlaut der H- und P-Sätze des EU-GHS-Systems 140 A.2. 1 H-Sätze 140 A. 2 P-Sätze 141 Bildquellen 143 Literatur 145 Stichwortverzeichnis 147

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Book Synopsis

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Book SynopsisA concise and authoritative introduction to scanning electron microscopy in the biological sciences In A Practical Guide to Scanning Electron Microscopy distinguished electron microscopist Gerhard Wanner delivers a practical handbook for biological scientists working with microbial, plant, and animal cells and tissues, enabling them to successfully apply scanning electron microscopy (SEM) to their object of study. The book begins with an introduction to the principles of electron microscopy and the operation of electron microscopes before moving on to describe the preparation and mounting of specimens. It also explores the process of recoding images and their subsequent analysis, along with a wide range of advanced microscopy techniques, including cryo-SEM, FIB-SEM tomography, and stereo-SEM. Scanning Electron Microscopy in the Biosciences contains hundreds of carefully selected microscopic images, as well as hands-on, step-by-step guidance required to perform a successful TEM experiment. Readers will also find: Thorough introductions to optics, electron microscopy, electrons, and the components of electron microscopes In-depth examinations of the preparation of biological specimens and specimen mounting for scanning electron microscopy A comparison of different SEM modes and their strengths and weaknesses An introduction to novel techniques such as correlative light and electron microscopy (CLEM), array tomography, and cryo-scanning electron microscopy Perfect for cell biologists and microbiologists, A Practical Guide to Scanning Electron Microscopy in the Biosciences also belongs in the libraries of neurobiologists and biophysicists.Table of ContentsIntroduction Optics Electron Microscopy The Electrons Components of the Electron Microscope Preparation of Biological Specimens Specimen Mounting for SEM Microscopy Resolution Analytics X-Rays FIB/SEM Serial Block Face SEM Array Tomography Cryo-SEM VP-SEM Stereo-SEM

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Book SynopsisDynamics and Transport in Macromolecular Networks Comprehensive knowledge on concepts and experimental advancement, as well as state-of-the-art computational tools and techniques for simulation and theory Dynamics and Transport in Macromolecular Networks: Theory, Modeling, and Experiments provides a unique introduction to the currently emerging, highly interdisciplinary field of those transport processes that exhibit various dynamic patterns and even anomalous behaviors of dynamics, investigating concepts and experimental advancement, as well as state-of-the-art computational tools and techniques for the simulation of macromolecular networks and the transport behavior in them. The detailed text begins with discussions on the structural organization of various macromolecular networks, then moves on to review and consolidate the latest research advances and state-of-the-art tools and techniques for the experimental and theoretical studies of the transport in macromolecular networks. In so doing, the text extracts and emphasizes common principles and research advancement from many different disciplines while providing up-to-date coverage of this new field of research. Written by highly experienced and internationally renowned specialists in various disciplines, such as polymer, soft matter, chemistry, biophysics, and more, Dynamics and Transport in Macromolecular Networks covers sample topics such as: Modeling (visco)elasticity macromolecular and biomacromolecular networks, covering statistical and elastic models and permanent biomacromolecular networks Focus on controlled degradation in modeling reactive hydrogels, covering mesoscale modeling of reactive polymer networks and modeling crosslinking due to hydrosilylation reaction Dynamic bonds in associating polymer networks, covering segmental and chain dynamics and phase-separated aggregate dynamics Direct observation of polymer reptation in entangled solutions and junction fluctuations in crosslinked networks, covering tube width fluctuations and dynamic fluctuations of crosslinks A much-needed overview of developments and scientific findings in the transport behaviors in macromolecular networks, Dynamics and Transport in Macromolecular Networks is a highly valuable resource for chemists, physicists, and other scientists and engineers working in fields related to macromolecular network systems, both theoretically and experimentally.Table of ContentsPreface xi 1 Modeling (Visco)elasticity of Macromolecular and Biomacromolecular Networks 1 Fanlong Meng 1.1 Permanent Macromolecular Networks 2 1.1.1 Mechanic Properties of a Single Polymer Chain 2 1.1.2 Statistical Models 3 1.1.3 Phenomenological Models 6 1.2 Permanent Biomacromolecular Networks 7 1.2.1 Elastic Models 8 1.2.2 Nonlinear Elasticity, Stability, and Normal Stress 9 1.3 Transient Macromolecular/Biomacromolecular Networks 12 1.3.1 Theoretical Framework 13 1.3.2 Applications 14 1.4 Outlooks 19 References 19 2 Modeling Reactive Hydrogels: Focus on Controlled Degradation 25 Vaibhav Palkar and Olga Kuksenok 2.1 Introduction 25 2.2 Mesoscale Modeling of Reactive Polymer Networks 26 2.2.1 Introducing Dissipative Particle Dynamics Approach for Reactive Polymer Networks 26 2.2.2 Addressing Unphysical Crossing of Polymer Bonds in DPD Along with Reactions 28 2.2.3 Modeling Cross-linking Due to Hydrosilylation Reaction 29 2.2.4 Mesoscale Modeling of Degradation and Erosion 32 2.3 Continuum Modeling of Reactive Hydrogels 39 2.3.1 Modeling Chemo- and Photo-Responsive Reactive Hydrogels 39 2.3.2 Continuum Modeling of Degradation of Polymer Network 40 2.4 Conclusions 42 Acknowledgments 43 References 43 3 Dynamic Bonds in Associating Polymer Networks 53 Jiayao Chen, Xiao Zhao, and Peng-Fei Cao 3.1 Introduction of Dynamic Bonds 53 3.1.1 Dynamic Covalent Bonds 53 3.1.2 Dynamic Noncovalent Bonds 55 3.2 Physical Insight of Dynamic Bonds 57 3.2.1 Segmental and Chain Dynamics 57 3.2.2 Phase-Separated Aggregate Dynamics 60 3.3 Properties and Applications 65 3.3.1 Gas Separation 66 3.3.2 Adhesives and Additives 70 3.3.3 3D Printing 73 3.3.4 Polymer Electrolytes 74 3.4 Conclusion 78 References 78 4 Direct Observation of Polymer Reptation in Entangled Solutions and Junction Fluctuations in Cross-linked Networks 83 Fengxiang Zhou and Lingxiang Jiang 4.1 Introduction 83 4.2 Reptation in Entangled Solutions 84 4.2.1 Direct Confirmation of the Reptation Model 86 4.2.2 Tube Width Fluctuations 88 4.2.3 Dependence of Tube Width on Chain Position 89 4.2.4 Tube Width under Shear 89 4.2.5 Interactions Between Reptating Polymer Chains 90 4.3 Dynamic Fluctuations of Cross-links 92 4.3.1 Dynamics Probed by Neutron Scattering 93 4.3.2 Dynamics Probed by Direct Imaging 94 4.4 Conclusion 98 Acknowledgments 98 Conflict of Interest 98 References 98 5 Recent Progress of Hydrogels in Fabrication of Meniscus Scaffolds 101 Chuanchuan Fan, Ziyang Xu, and Wenguang Liu 5.1 Introduction 101 5.2 Microstructure and Mechanical Properties of Meniscus 102 5.2.1 Meniscus Anatomy, Biochemical Content, and Cells 102 5.2.2 Biomechanical Properties of the Meniscus 104 5.3 Biomaterial Requirements for Constructing Meniscal Scaffolds 105 5.4 Hydrogel-Based Meniscus Scaffolds 106 5.4.1 Providing Matrix for Cell Growth and Biomacromolecules Delivery 106 5.4.1.1 Injectable Hydrogel-Based Meniscus Tissue-Engineering Scaffolds 107 5.4.1.2 High Strength and Biodegradable Hydrogel-Based Meniscus Scaffolds 109 5.4.1.3 3D-Printed Polymer/Hydrogel Composite Tissue-Engineering Scaffolds 109 5.4.2 Providing Load-Bearing Capability 114 5.4.2.1 Polyvinyl Alcohol (PVA) Hydrogel-Based Meniscus Scaffolds 115 5.4.2.2 Poly(N-acryloyl glycinamide) (PNAGA) Hydrogel-Based Meniscus Scaffolds 117 5.4.2.3 Poly(N-acryloylsemicarbazide) (PNASC) Hydrogel-Based Meniscus Scaffold 119 5.4.2.4 Other Systems 120 5.5 Mimicking Microstructure: The Key to Constructing the Next-Generation Meniscus Scaffolds 122 5.6 Conclusion 123 References 124 6 Strong, Tough, and Fast-Recovery Hydrogels 133 BinXueandYiCao 6.1 Current Progress on Strong and Tough Hydrogels 133 6.2 Polymer-Supramolecular Double-Network Hydrogels 136 6.3 Hybrid Networks with Peptide-Metal Complexes 137 6.4 Hydrogels Cross-Linked with Hierarchically Assembled Peptide Structures 139 6.5 Outlook 140 References 141 7 Diffusio-Mechanical Theory of Polymer Network Swelling 149 Zhaoyu Ding, Peihan Lyu, and Xingkun Man 7.1 Introduction 149 7.2 Swelling Model 153 7.2.1 General Theoretical Framework 156 7.2.1.1 Spherical Gel 156 7.2.1.2 Cylindrical Gel 157 7.2.1.3 Disk-Shaped Gel 157 7.2.2 Diffusio-Mechanical Model for Small Deformation 158 7.2.2.1 Spherical Gel 158 7.2.2.2 Cylindrical Gel 162 7.2.2.3 Disk-Shaped Gel 164 7.3 Results 166 7.4 Perspective 169 7.5 Conclusion 171 Acknowledgments 172 References 172 8 Theoretical and Computational Perspective on Hopping Diffusion of Nanoparticles in Cross-linked Polymer Networks 175 Ting Ge 8.1 Introduction 175 8.2 2010s’ Theories of Nanoparticle Hopping Diffusion 176 8.2.1 Scaling Theory by Cai, Paniukov, and Rubinstein 176 8.2.1.1 Confinement by Network as Attachment to Virtual Chains 177 8.2.1.2 Hopping Diffusion as Successive Individual Hopping Events 178 8.2.1.3 Beyond Homogeneous, Entanglement-Free, and Dry Cross-linked Networks 180 8.2.2 Microscopic Theory by Dell and Schweizer 182 8.3 Recent Computational and Theoretical Work 183 8.3.1 Evaluating Cai–Paniukov–Rubinstein and Dell–Schweizer Theories by Simulations 183 8.3.2 Exploring New Aspects of Cross-linked Networks – Stiffness and Geometry 185 8.4 Open Questions and Future Research Directions 189 8.4.1 Network Strands with Nonlinear Architectures 189 8.4.2 Sticky and Polymer-Tethered Nanoparticles 191 8.4.3 Nanoparticles with Anisotropic Shape 191 8.4.4 Active Nanoparticles – Nonequilibrium Effects 192 8.5 Concluding Remarks 193 Acknowledgments 193 References 194 9 Molecular Dynamics Simulations of the Network Strand Dynamics and Nanoparticle Diffusion in Elastomers 199 Yulong Chen and Jun Liu 9.1 Introduction 199 9.2 Structures and Dynamics of Model Elastomer Networks 200 9.2.1 Randomly Cross-linked Elastomer Networks 200 9.2.1.1 Network Models and Simulation Methodology 201 9.2.1.2 Network Topology 202 9.2.1.3 Effect of Cross-link Density on Network Dynamics 204 9.2.1.4 Effect of Cross-link Distribution on Network Dynamics 206 9.2.1.5 Effect of Temperature on Network Dynamics 208 9.2.2 End-linked Elastomer Networks 210 9.2.2.1 Network Models and Simulation Methodology 210 9.2.2.2 Network Topology 211 9.2.2.3 Network Dynamics 212 9.3 Diffusion Dynamics of Nanoparticles in Elastomers: Melts and Networks 214 9.3.1 Diffusion of Nanoparticles in Elastomer Melts 215 9.3.1.1 Models and Simulation Methodology 215 9.3.1.2 Size Effect on Nanoparticle Diffusion 216 9.3.1.3 Effect of Surface Grating on Nanoparticle Diffusion 218 9.3.1.4 Nanoparticle Diffusion in Bottlebrush Elastomers 223 9.3.2 Diffusion of Nanoparticles in Elastomer Networks 227 9.3.2.1 Models and Simulation Methodology 227 9.3.2.2 Size Effect on Nanoparticle Diffusion 228 9.3.2.3 Nanoparticle Diffusion in Attractive Networks 232 9.4 Conclusions 236 Acknowledgments 238 References 239 10 Experimental and Theoretical Studies of Transport of Nanoparticles in Mucosal Tissues 245 Falin Tian and Xinghua Shi 10.1 Introduction 245 10.2 Enhancing Diffusivity of Deformable Particles to Overcome Mucus Barriers Via Adjusting Their Rigidity 248 10.2.1 The Preparation of the Hybrid NPs with Various Rigidities 249 10.2.2 The Diffusivity of Hybrid NPs with Different Rigidity in Mucus 250 10.2.3 The Interaction Between NPs with Different Rigidity and Mucus Network 252 10.2.4 The Theoretical Model to Describe the Diffusion Behavior of Deformable Nanoparticles in Adhesion Network 255 10.2.4.1 Shape Distribution of NPs 256 10.2.4.2 Diffusion Model 258 10.2.5 Summary 260 10.3 The Effect of the Shape on the Diffusivity of NPs in Mucus 261 10.3.1 The Diffusion Behaviors of NPs with Various Shapes in Mucus 261 10.3.2 The Diffusion Mechanisms of NPs with Different Shape in Biological Hydrogels 263 10.3.3 Theoretical Model of Diffusion of Rod-Like Nanoparticles in Polymer Networks 265 10.3.3.1 Nonadhesive Diffusion Model 265 10.3.3.2 Adhesive Diffusion Model 268 10.3.4 The Effect of the Surface Polyethylene Glycols (PEGs) Distribution on the Diffusivity of Rod-Like NPs 269 10.3.5 Summary 272 10.4 Conclusion and Outlook 272 References 274 11 Physical Attributes of Nanoparticle Transport in Macromolecular Networks: Flexibility, Topology, and Entropy 281 Xiaobin Dai, Xuanyu Zhang, Lijuan Gao, Yuming Wang, and Li-Tang Yan 11.1 Introduction 281 11.2 Effects of the Chain Flexibility of Strands 282 11.2.1 Dynamical Heterogeneity of a Semiflexible Network 283 11.2.2 Nonmonotonic Feature 284 11.2.3 Validation by MC Simulations and Experimental Data 287 11.3 Effects of Network Topology 288 11.3.1 Analytical Model for Free Energy Landscape 289 11.3.2 Network Topology and Free Energy Landscape 289 11.3.3 Topology-Dictated Scaling Regimes of Free Energy Change 291 11.3.4 Topology-Mediated Dynamical Regimes 294 11.4 Summary and Outlook 295 Acknowledgments 296 References 296 Index 299

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Book SynopsisMicro-Mesoporous Metallosilicates Up-to-date and in-depth text bridging the technology gap between fundamental research and industry-scale applications of porous materials for catalysis Micro-Mesoporous Metallosilicates: Synthesis, Characterization, and Catalytic Applications comprehensively introduces the chemistry and catalytic technologies of metallosilicates, an important family of microporous crystalline zeolite and heteroatom-containing mesoporous materials, with a primary focus on design synthesis, characterization, theoretical studies, and catalytic applications of titanosilicates, tin-silicates, germanosilicates and Ti-mesosilica, and more. The text covers recent advances in the synthesis of titanosilicates, including hydrothermal synthesis, dry-gel conversion, fluoride-assisted synthesis, and post-synthesis methods, along with the synthesis of metallosilicates with two-dimensional lamellar structures and their structural modifications as well as applications in selective oxi

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Book SynopsisAtomically Precise Metal Clusters Thorough discussion on how surface modification and self-assembly play roles in the atomically precise formation and property tailoring of molecular clusters Atomically Precise Metal Clusters: Surface Engineering and Hierarchical Assembly summarizes and discusses the surface modification, assembly, and property tailoring of a wide variety of nanoclusters, including the well-explored metal clusters, addressing the structureproperty relationships throughout. The atomic-level control in synthesis, new types of structures, and physical/chemical properties of nanoclusters are illustrated in various chapters. The controlled modification and assembly of metal nanoclusters is expected to have a major impact on future nanoscience research and other areas, with distinctive metal cluster-based function materials with precise structures uncovering exciting opportunities in both fundamental research and practical applications. Writ

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Book SynopsisEinführung in die Chromatographie Leicht verständliche Einführung in die wichtigste aller Trenntechniken mit Grundlagenwissen für Studium, Ausbildung und Beruf. Dieses Lehrbuch für die akademische und nicht-akademische Ausbildung beschreibt die Grundlagen und Anwendungsgebiete aller heute in der Laboranalytik gebräuchlichen chromatographischen Trennverfahren, von der Dünnschichtchromatographie über die Flüssig-, Ionen- und Gaschromatographie bis hin zur Chromatographie mit überkritischen Phasen. Dabei wird der gesamte Trennvorgang von der Probenvorbereitung bis zur Auswertung der Ergebnisse beschrieben. Zahlreiche farbige Schemazeichnungen und Beispiele aus der Laborpraxis illustrieren die Trennprinzipien und den Aufbau der dafür verwendeten Apparaturen. Mit ihrer klaren Sprache und der Beschränkung auf das Wesentliche ist diese Einführung für Studierende der Chemie, Pharmazie und der Biowissenschaften sowie für Laborant*innen und Technische Assistent*innen gleichermaßen geeignet.Table of ContentsVorwort xi 1 Einführung 1 1.1 Entwicklungen von den klassischen zu den instrumentellen Trennmethoden 1 1.1.1 Vorläufer chromatographischer Trennmethoden 2 1.1.2 Adsorptionschromatographie von Pflanzenfarbstoffen durch M. Tswett 3 1.1.3 Verteilungschromatographie in Säulen 5 1.1.4 Papierchromatographie 5 1.1.5 Von der Dünnschicht- zur Planarchromatographie 6 1.1.6 Vom Ionenaustausch zur Ionenchromatographie 7 1.1.7 Gelchromatographie 8 1.1.8 Affinitätschromatographie 8 1.1.9 Gaschromatographie 8 1.1.10 Hochleistungs-Flüssigchromatographie (HPLC) 10 1.2 Systematik und Definitionen 11 2 Theoretische Grundlagen 15 2.1 Allgemeine Theorien und Kenngrößen 15 2.1.1 Kinetische Theorie 15 2.1.2 Theoretisches Trennstufenmodell 19 2.1.2.1 Diffusionseffekte–Vergleich offenes und gepacktes Rohr 23 2.1.3 Die van-Deemter-Gleichung: H=f(u) 25 2.1.4 Spezielle chromatographische Kenngrößen 27 2.2 Trennmechanismen–Prinzipien und Übersicht 31 2.2.1 Adsorption 31 2.2.2 Ionenaustausch und Ionenausschluss 33 2.2.3 Flüssig-flüssig-Verteilung 34 2.2.4 Reversed-phase-Mechanismen 39 2.2.5 Gelpermeation 40 2.2.6 Bioaffinität und Enantiomeren-Trennprinzipien 41 3 Methoden und Verfahren zur Probenvorbereitung 45 3.1 Einführung 45 3.2 Filtration 46 3.3 Extraktion 46 3.3.1 Extraktion fester Proben 47 3.3.1.1 Soxhlet-Extraktion 47 3.3.1.2 Verfahren mit verstärkter Lösemittelextraktion 47 3.3.1.3 Mikrowellen- und ultraschallunterstützte Extraktionen 48 3.3.1.4 Verwendung superkritischer Flüssigkeiten (supercritical fluid extraction, SFE) 49 3.3.1.5 Extraktion mit überhitztem Wasser 51 3.3.2 Extraktion flüssiger Proben 51 3.3.2.1 Festphasenextraktionen (solid phase extraction, SPE) 52 3.3.2.2 Festphasen-Mikroextraktionen (solid phase microextraction, SPME) 53 3.3.2.3 Extraktion mit Rührfisch (stir-bar extraction) 57 3.3.2.4 Membranextraktion 57 3.3.2.5 Purge-and-trap-Verfahren 57 3.3.3 Extraktion gasförmiger Proben 59 3.3.3.1 Trapping aus gasförmigen Proben 59 3.3.3.2 Headspace-Analyse 59 3.4 Verfahren für schwierig aufzubereitende feste Proben 60 3.5 Direkte Kombination von Probenpräparation und Trennung 60 3.5.1 Injektionen großer Volumina in der GC 60 3.6 Methoden zur Erhöhung der Selektivität 61 3.6.1 Affinitätsmethoden 61 3.6.2 Molecular imprinting polymers (MIP) 61 3.6.3 Medien mit begrenztem Zugang 61 3.7 Probenvorbereitung mit Derivatisierung 62 3.7.1 Derivatisierung zur Erhöhung der Flüchtigkeit und Trennbarkeit 62 3.7.2 Derivatisierung zur Verbesserung der Detektierbarkeit 62 4 Planar- oder Dünnschichtchromatographie 65 4.1 Spezielle Parameter 65 4.2 Stationäre Phasen 70 4.2.1 Kieselgel 70 4.2.2 Aluminiumoxid 70 4.2.3 Magnesiumsilicat 71 4.2.4 Polyamide 71 4.2.5 Aktivität 71 4.2.6 Cellulose 72 4.3 Fließmittel 72 4.4 Verfahren und Techniken zur Durchführung 75 4.4.1 Charakteristika von Dünnschichtplatten 76 4.4.2 Probenaufgabe 77 4.4.3 Entwicklung der Trennung 79 4.4.4 Detektion 81 4.5 Anwendungen – instrumentelle Entwicklungen 88 5 Flüssigchromatographie in Säulen (LC – HPLC) 91 5.1 Gerätetechnik für die Normal- und Mitteldruck-Chromatographie 91 5.2 Hochleistungs-Flüssigchromatographie (HPLC) 94 5.2.1 Pumpen 94 5.2.2 Gradientensysteme 97 5.2.3 Probenaufgabesysteme 99 5.2.4 Säulen 100 5.2.5 Stationäre Phasen 101 5.2.5.1 Kieselgel 101 5.2.5.2 Chemisch modifzierte Kieselgele 105 5.2.5.3 Styrol-Divinylbenzen 108 5.2.6 Mobile Phasen 108 5.2.7 Detektoren 112 5.2.7.1 RI-Detektor 115 5.2.7.2 UV/Vis-Spektralphotometer 116 5.2.7.3 Fluoreszenzdetektor 117 5.2.7.4 Lichtstreudetektoren 118 5.2.7.5 Elektrochemische (amperometrische) Detektoren 119 5.2.7.6 Kopplungstechniken zur Detektion 120 5.3 Ausschluss- bzw. Gelpermeationschromatographie 121 5.3.1 Gelmaterialien 122 5.3.1.1 Hydrophile Gele 123 5.3.1.2 Organophile Gele 123 5.3.1.3 Anorganische Gele 124 5.3.2 Anwendungen 124 5.4 Affinitäts- bzw. Bioaffinitätschromatographie 128 5.4.1 Trennprinzipien und -materialien 128 5.4.2 Anwendungen 130 5.4.2.1 Adsorption und Elution von Makromolekülen 131 5.4.2.2 Immobilisierte Metallchelat-Affinitätschromatographie 132 5.4.2.3 Fließbettchromatographie 132 6 Ionenchromatographie 135 6.1 Einführung 135 6.2 Gerätetechnik 136 6.2.1 Suppressortechnik 136 6.2.2 Ionenchromatographie ohne Suppression (Einsäulen-Technik) 139 6.2.3 Detektoren 139 6.3 Ionenaustausch-Chromatographie 139 6.3.1 Stationäre Phasen 139 6.3.1.1 Anionenaustauscher auf Basis organischer Polymere 140 6.3.1.2 Polymethacrylat- und Polyvinylharze 141 6.3.1.3 Latex-Anionenaustauscher 142 6.3.1.4 Anionenaustauscher auf Kieselgelbasis 144 6.3.1.5 Kronenether-Phasen 145 6.3.2 Elutionsmittel für spezielle Trennungen 146 6.3.2.1 Ionenaustausch-Chromatographie anorganischer Anionen 148 6.3.2.2 Systempeaks 149 6.3.2.3 Ionenaustausch-Chromatographie organischer Anionen 150 6.3.2.4 Kohlenhydrate 151 6.3.2.5 Kationenaustausch-Chromatographie 152 6.3.2.6 Trennung von Alkali- und Erdalkaliionen sowie aliphatischen Aminen 153 6.3.2.7 Trennung von Übergangs- und Schwermetallionen 154 6.3.3 Detektoren 155 6.3.3.1 Bestimmung mit Leitfähigkeitsdetektion 155 6.3.3.2 Bestimmung mit spektralphotometrischer Detektion 156 6.4 Ionenausschluss-Chromatographie 157 6.4.1 Suppressorsysteme 158 6.4.2 Analyse anorganischer Säuren 159 6.4.3 Analyse organischer Säuren 160 6.4.4 Analyse von Alkoholen und Aldehyden 160 6.4.5 Analyse von Aminosäuren 160 6.5 Ionenpaar-Chromatographie (MPIC) 162 6.5.1 Experimentelle retentionsbestimmende Parameter 164 6.5.2 Analyse oberflächeninaktiver Ionen 166 6.5.3 Analyse oberflächenaktiver Ionen 167 6.5.4 Anwendung der „ion-suppression-Technik“ 168 7 Gaschromatographie 171 7.1 Einführung 171 7.1.1 Systematisierung der Gaschromatographie 172 7.2 Spezielle gaschromatographische Parameter 172 7.2.1 Retentionsindexsystem 174 7.2.2 Rohrschneider/McReynolds-Konstanten für Trennflüssigkeiten 176 7.3 Gerätetechnik 177 7.3.1 Probenaufgabesysteme 178 7.3.2 Pyrolyse-Gaschromatographie 182 7.3.3 Headspace-Analyse 182 7.3.4 Trägergase 184 7.3.5 Trennsäulen 186 7.3.5.1 Gepackte Säulen in der Gas-flüssig-Chromatographie (GLC) 186 7.3.5.2 Kapillarsäulen in der Gas-flüssig-Chromatographie (GLC) 188 7.3.5.3 Stationäre Phasen in der Gas-flüssig-Chromatographie (GLC) 189 7.3.5.4 Stationäre Phasen in der Gas-fest-Chromatographie (GSC) 192 7.3.5.5 Temperaturprogrammierte Trennungen 194 7.3.6 Detektoren 195 7.3.6.1 Charakteristische Größen eines Detektors 196 7.3.6.2 Wärmeleitfähigkeitsdetektor 198 7.3.6.3 Flammenionisationsdetektor (flame ionization detector, FID) 200 7.3.6.4 Elektroneneinfangdetektor (electron capture detector, ECD) 201 7.3.6.5 Flammenphotometrischer Detektor (flame photometric detector, Fpd) 203 7.3.6.6 Phosphor-Stickstoff-Detektor (phosphorous-nitrogen-detector, Pnd) 205 7.3.6.7 Atomemissionsdetektor (atomic emission detector, AED) 208 7.3.6.8 Massenselektiver Detektor (mass selective detector, MSD) 209 7.3.6.9 Quantitative Analysen 210 8 Chromatographie mit überkritischen Phasen 213 8.1 Einführung 213 8.2 Überkritische Fluide 213 8.2.1 Physikalisch-chemische Eigenschaften überkritischer Fluide 215 8.3 Gerätetechnik 218 8.3.1 Mobile Phasen 219 8.3.2 Gradiententechnik 220 8.3.3 Trennsäulen 220 8.3.4 Injektorsysteme 222 8.3.5 Restriktoren 223 8.3.6 Detektoren 224 8.4 Anwendungen 224 Index 227

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Book SynopsisChemometrics Explore chemometrics from basic statistics to the latest artificial intelligence and neural network developments in this new edition Chemometrics is an area of study combining chemistry and mathematics. It governs the interpretation of data generated by chemical analysis, and its growth as a subfield promises to streamline and revolutionize analytical chemistry. Chemometrics has long been the leading introductory textbook in this subject. Beginning with an introduction to the statistical-mathematical evaluation of chemical measurements, it leads readers through modern chemometric approaches in a pedagogically sound and highly readable style. Now fully updated to reflect the latest research and applications of this exciting discipline, it provides essential tools for a new generation of analytical chemists. Readers of the fourth edition of Chemometrics will also find: New or expanded treatment of subjects such as deep learning, ANNOVA simultaneous component analysis, instrumental data output, and more Detailed discussion of approaches to signal processing, design and optimization of experiments, pattern recognition and classification, and many other areas Balance of theoretical and practical knowledge to enable rapid application of key techniques Chemometrics is ideal for advanced students in chemistry, analytical chemistry, pharmaceutical chemistry, biochemistry, or related subjects, and as a useful reference for practicing researchers and laboratory professionals.Table of ContentsPreface vii List of Abbreviations xi 1 What is Chemometrics? 1 1.1 The Computer-Based Laboratory 3 1.2 Statistics and Data Interpretation 11 1.3 Computer-Based Information Systems/Artificial Intelligence 12 General Reading 13 Questions and Problems 13 2 Basic Statistics 15 2.1 Descriptive Statistics 16 2.2 Statistical Tests 28 2.3 Analysis of Variance 45 General Reading 56 Questions and Problems 57 3 Signal Processing and Time Series Analysis 61 3.1 Signal Processing 62 3.2 Time Series Analysis 91 General Reading 99 Questions and Problems 100 4 Optimization and Experimental Design 101 4.1 Systematic Optimization 102 4.2 Objective Functions and Factors 103 4.3 Experimental Design and Response Surface Methods 111 4.4 Sequential Optimization: Simplex Method 135 General Reading 142 Questions and Problems 142 5 Pattern Recognition and Classification 145 5.1 Preprocessing of Data 147 5.2 Unsupervised Methods 151 5.3 Supervised Methods 198 General Reading 226 Questions and Problems 227 6 Modeling 231 6.1 Univariate Linear Regression 232 6.2 Multiple Linear Regression 249 6.3 Nonlinear Methods 281 General Reading 293 Questions and Problems 293 7 Analytical Databases 295 7.1 Representation of Analytical Information 296 7.2 Library Search 309 7.3 Simulation of Spectra 316 General Reading 318 Questions and Problems 318 8 Knowledge Processing and Soft Computing 321 8.1 Artificial Intelligence and Expert Systems 321 8.2 Neural Networks 330 8.3 Fuzzy Theory 352 8.4 Genetic Algorithms and Other Global Search Strategies 365 General Reading 375 Questions and Problems 377 9 Quality Assurance and Good Laboratory Practice 379 9.1 Validation and Quality Control 380 9.2 Accreditation and Good Laboratory Practice 384 General Reading 386 Questions and Problems 386 Appendix 387 Index 403

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Book SynopsisDer ideale Begleiter für die Prüfungsvorbereitung im Fach Organische Chemie Für alle Studierenden der Chemie, Biochemie, Pharmazie und anderer Naturwissenschaften an Universitäten und Fachhochschulen gehören Vorlesungen der Organischen Chemie zu den Pflichtveranstaltungen und zum Prüfungsstoff. Dieser kompakte Prüfungstrainer basiert auf der umfangreichen Lehrerfahrung des Autors und präsentiert die Grundlagen der organischen Chemie in 86 kurzen, in sich geschlossenen Lerneinheiten, auf ein bis max. zwei Doppelseiten (Zweiseitenansicht). Eine Auswahl an Verständnisfragen am Ende jedes Kapitels und Antworten im Anhang ermöglichen eine effektive Selbstkontrolle und ideale Prüfungsvorbereitung. Ob für Studierende der Chemie, Biochemie, Pharmazie, Biologie hier werden alle wesentlichen Themen kurz und verständlich erklärt: von Atomorbitalen über Hybridorbitale zu den Molekülorbitalen kovalenter Bindungen grundlegende Definitionen und Konzepte, wie Konst

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