TU Dortmund University
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Scaffold-diverse synthesis via Petasis–sequence reactions and the discovery of IRE1α modulators
No full textSmall molecules have long been central to pharmaceutical research, serving as therapeutic agents and effective tools for investigating biological functions. While structure-based and high-throughput screening approaches aid in drug discovery, the key challenge remains the limited exploration of chemical space, as most available small molecule libraries are dominated by flat, sp2-rich compounds. The growing number of potential therapeutic targets, driven by advances in genomics and proteomics, underscores the urgent need for novel chemistry strategies to generate diverse, structurally complex small molecules. The initial part of this thesis presents the synthesis of a diverse array of small molecules featuring polycyclic scaffolds with a high degree of sp3-hybridized carbon atoms and multiple stereogenic centers. This was achieved through three-component Petasis reaction (3C-PR) followed by intramolecular Diels–Alder reactions, as well as a sequential 3C-PR, ruthenium-catalyzed ring-closing metathesis (RCM), and intermolecular Diels–Alder reaction. Our synthetic efforts led to the formation of a collection of epoxyisoindoles and pyridazino[4,3-c]azepines in good yields, within 2-3 steps. The stereochemistry of the products was confirmed via single-crystal X-ray diffraction analysis. Our findings highlight the broad substrate scope and versatility of Petasis–sequence reactions in accessing previously unexplored polycyclic scaffolds with favorable predicted drug-like properties and potential biological relevance.
The subsequent chapter focuses on the dual kinase and endoribonuclease (RNase) enzyme IRE1α, a key regulator of the unfolded protein response (UPR) and RNA metabolism. Dysregulation of the IRE1α–XBP1 axis of UPR has been implicated in the pathogenesis of multiple diseases, making IRE1α an attractive therapeutic target. A screening of a structurally diverse in-house compound library is conducted to identify new small molecule modulators of IRE1α RNase. This led to the discovery of two distinct classes of modulators: indole-based allosteric inhibitors that bind to the ATP binding pocket to suppress RNase activity, and aminopyrimidine-based activators that enhance RNase function while inhibiting its kinase activity. These compounds were further structurally modified and optimized to generate analogues with improved potency. Notably, inhibitor 54 exhibited IC50 values of 16 nM (IRE1α) and 9 nM (p-IRE1α) while activator 91 demonstrated EC50 values of 480 nM (IRE1α) and 180 nM (p-IRE1α). Comprehensive biophysical assays, mechanistic studies, and cellular evaluations support the therapeutic potential of these small molecules as modulators of IRE1α activity.
Together, this work demonstrates the capability of Petasis–sequence reactions as efficient and complexity-generating strategies in constructing polycyclic bioactive small molecules and presents new molecular tools for exploring RNA-targeted therapeutic strategies, particularly through the modulation of IRE1α RNase activity
Flipped Classroom im Mathematikunterricht - Ergebnisse einer Fallstudie zum Methodeneinsatz am Beispiel linearer Gleichungssysteme
No full textIm Flipped Classroom werden Lernvideos zum selbstgesteuerten Lernen von Mathematik genutzt. Dabei ist gegenwärtig noch fraglich, ob jeder mathematische Inhalt im Flipped Classroom erfolgreich unterrichtet werden kann. Die vorgestellte Studie untersucht dies für den Fall des Lösens linearer Gleichungssysteme, für den in der Literatur dahingehend uneinheitliche Befunde vorliegen. Die Ergebnisse zeigen, dass dieser Inhalt auch beim erstmaligen Einsatz der Flipped-Classroom-Methode in einer Schulklasse erfolgreich vermittelt werden kann, wenn relevantes Vorwissen zuvor ausreichend gesichert ist
Der Stärkste, der Schwächste oder der Durchschnitt? Was erklärt den Gruppenerfolg bei Mathtrails?
No full textDie Studie untersucht den Erfolg von Kleingruppen bei Mathtrails basierend auf der Leistung des stärksten, des schwächsten oder dem Durchschnitt der Mitglieder. Daten von 83 Dreiergruppen Neuntklässler*innen zeigen, dass der Durchschnittswert am stärksten mit dem Erfolg korreliert. Homogene Gruppen lösen mehr Aufgaben und erzielen höhere Punkte, trotz geringerer Vorleistungen, da sie offenbar besser zusammenarbeiten und die Arbeit gerechter verteilt wahrnehmen. Heterogene Gruppen sind weniger effizient. Die Ergebnisse zeigen die Relevanz der Gruppenzusammensetzung für kooperatives Lernen
Word Problem Solving in Large Language Models
No full textMathematische Textaufgaben werden in der Forschung zu LLMs häufig als Leistungsindikator verwendet. In diesem Scoping Review fassen wir Forschung zum Lösen von Textaufgaben durch LLMs zusammen und situieren sie aus einer mathematikdidaktischen Perspektive. Die Ergebnisse zeigen auf, dass Textaufgaben zur Evaluation von LLMs häufig eine prototypische Struktur aufweisen, innermathematische Problemstellungen behandeln und damit nur einen Teilaspekt der mathematikdidaktischen Perspektive abdecken. In solchen Aufgaben erreichen LLMs inzwischen bessere Leistungen als Schülerinnen und Schüler
“Wer ist denn der Erste?" - Konzeptuelle Herausforderungen beim Ordinalzahlaspekt
No full textDieser Beitrag untersucht die konzeptuellen Herausforderungen beim Bestimmen von Ordinalzahlen. Theoretische Grundlagen werden ergänzt durch eine qualitative Analyse eines Interviews mit einem Vorklassenkind, das die Platzierung von Objekten unter wechselnden Bezugspunkten vornimmt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass unterschiedliche Kontexte und Zählrichtungen die Orientierung und Anwendung von Ordinalzahlen beeinflussen können. Diese Erkenntnisse sollen zur Entwicklung sprachintegrierter Lehr-Lern-Materialien im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts SEM beitragen
Argumentation und Partizipation im Kontext von mathematischen Neo-Sokratischen Gesprächen mit Primarschüler*innen
No full textNeo-Sokratische Gespräche zeigen Potential für das mathematische Argumentieren, sind aber im Grundschulkontext kaum erforscht. Die Studie untersucht, wie Primarschüler*innen in Neo-Sokratischen Gesprächen argumentieren und partizipieren. Die Analyse fokussiert den Zusammenhang zwischen Gesprächsimpulsen der Lehrperson und Argumentation, sowie Partizipation. Im DBR-Ansatz wurden acht Gespräche in einer 3. und 5. Klasse videografiert. Die Interaktions-, Argumentations- und Partizipationsanalyse dient der Auswertung. Erste Ergebnisse werden präsentiert
Urbane Produktion als Baustein der nutzungsgemischten Stadt der Zukunft
No full textProduktionsbetriebe im Globalen Norden sehen sich zunehmend mit Herausforderungen konfrontiert, die durch Globalisierung, Digitalisierung und den Strukturwandel in Städten geprägt sind. Während Offshoring durch geringere Kosten und Umweltauflagen im Ausland begünstigt wurde, geraten urbane Produktionsstandorte in Konkurrenz zu Wohnen und Dienstleistungen und unterliegen restriktiven Bauvorgaben. Dies führte zu einer räumlichen Entkopplung von Produktion und Konsum. In der aktuellen Debatte um nachhaltige Stadtentwicklung wird urbane Produktion jedoch wieder als wesentlicher Bestandteil einer zirkulär-resilienten Ökonomie verstanden. Leitbilder wie die Neue Leipzig-Charta betonen die produktive Stadt als eine zentrale Dimension nachhaltiger Transformation. Urbane Produktion umfasst dabei Industrie, Handwerk, Reparaturbetriebe, urbane Manufakturen und Landwirtschaft.
Die Arbeit fokussiert auf deutsche Großstädte und analysiert anhand eines Mixed-Methods-Ansatzes – statistische Verfahren, standardisierte Befragungen und Fallstudien – Möglichkeiten zur Identifizierung, Sicherung und Weiterentwicklung urbaner Produktion. Im Zentrum stehen städtebauliche, bauordnungsrechtliche und förderliche Instrumente, ergänzt durch die Erprobung von Reallaboren. Die statistische Analyse für Bochum, Gelsenkirchen und Herne zeigt: Von 3.605 Betrieben des materiellen Gewerbes liegen 2.967 in urbanen Lagen, wovon sich drei Gruppen urbaner Produktion ableiten lassen: (1) zentralgelegenes Ladenhandwerk, (2) zentral gelegene Industriebetriebe und Werkstatthandwerk sowie (3) räumlich verteiltes Baustellenhandwerk und Aufbereitungsanlagen. Die Standortanforderungen der Betriebe reichen von günstigen Flächen über Kundennähe bis hin zu guter logistischer Erreichbarkeit. Zentrale Herausforderungen bilden der globale Wettbewerbsdruck sowie industrielle Gentrifizierung, die durch Konkurrenz mit Wohnen oder höherwertigem Gewerbe verstärkt wird.
Zur Bewältigung dieser Herausforderungen bietet ein Mix aus formellen und informellen Planungsinstrumenten, baulichen Lösungen und förderlichen Maßnahmen Potenzial. Dazu zählen u. a. Stadtentwicklungskonzepte, differenzierte Bauleitplanung, kommunale Genehmigungskonferenzen, Handwerkerhöfe oder Reallabore. Weiterhin besteht Forschungsbedarf zu den sozial-ökologischen und sozio-ökonomischen Effekten urbaner Produktion, um ihre Rolle in der nachhaltigen Stadttransformation fundiert zu bestimmen
Praxisnaher MINT-Unterricht: Erste Ergebnisse einer qualitativen Fallstudie zur Integration von realen Problemstellungen aus Unternehmen im Unterricht
No full textDer Beitrag beschreibt erste Ergebnisse einer qualitativen Fallstudie zum Projekt „MINTco@NRW“, das reale Problemstellungen aus Unternehmen in den MINT-Unterricht einbindet. Ziel ist es, praxisnahe Lernumgebungen zu schaffen und Problemlösekompetenzen zu fördern. Die Fallstudie untersucht die Umsetzung an Schulen und identifiziert Chancen wie praxisbezogenes, fächerübergreifendes Lernen sowie Herausforderungen durch curriculare Vorgaben und den Bedarf an zusätzlicher Unterstützung. Die Ergebnisse bieten Ansätze zur Weiterentwicklung solcher Projekte
Eindimensionale Modellierung von Spaltströmungen in Schraubenvakuumpumpen
No full textObwohl nur wenige Menschen direkte Berührungspunkte mit Vakuumpumpen haben, sind technische Vakua eine Voraussetzung für die Herstellung vieler Produkte des täglichen Lebens. Sowohl zur Leistungssteigerung als auch zur Verbesserung der Energieeffizienz werden Vakuumpumpen kontinuierlich von Industrie und Forschung weiterentwickelt. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Modellierung der internen Spaltverbindungen als wichtigstem Verlustmechanismus. Ursächlich für Spaltströmungen sind hauptsächlich zwei Mechanismen: Zum einen induziert ein Druckunterschied in benachbarten Arbeitskammern eine Strömung (Poiseuille-Strömung), zum anderen bewirkt die Schleppwirkung der Rotoren einen Transport von Gas durch die Spalte (Couette-Strömung).
Zur Modellierung der Spaltströmungen wird eine eindimensionale Theorie vorgestellt, die beide treibenden Effekte berücksichtigt und kompressible Gase beliebiger Verdünnung einbezieht. Basierend auf der kinetischen Gastheorie wird die Strömung durch eine eindimensionale Differentialgleichung der Mach-Zahl beschrieben, ohne die einschränkende Annahme eines Kontinuums. Unter Vorgabe der Drücke, Temperaturen und der Gaszusammensetzung in den angrenzenden Arbeitskammern, sowie der Spaltgeometrie und der Rotorbewegung, kann durch Lösen der Differentialgleichung der Spaltmassenstrom bestimmt werden. Unbekannte Teile der Differentialgleichung, die beispielsweise Reibung und die Form des Strömungsprofils berücksichtigen, müssen modelliert werden, um das Problem zu schließen.
Für die Reibung im Spalt werden Modelle abgeleitet, die verdünnte, laminare und turbulente Strömungen berücksichtigen. Es wird gezeigt, dass die erhöhte Reibung in einer beschleunigten Strömung gut über die Jeffery-Hamel-Lösung für einen schlanken Kanal mit Düsenkontur approximiert werden kann. Diese Lösung eignet sich auch zur Näherung der Reibung bei laminarer, kompressibler Strömung. Die Lösung für einen Diffusor zeigt eine reduzierte Reibung und bietet zudem ein Ablösekriterium für das Spaltmodell.
Die Differentialgleichung wird unter der Annahme einer vollständig ausgebildeten Strömung mit konstanter Totaltemperatur für verschiedene Spaltgeometrien von Schraubenvakuumpumpen gelöst. Zusätzlich werden Geometrien von Schraubenkompressoren betrachtet. Die Validierung der eindimensionalen Theorie erfolgt anhand verschiedener Messwerte aus der Literatur, und es wird
eine ausgezeichnete Abbildungsgüte für den gesamten Bereich der Gasverdünnung festgestellt, obwohl das Modell bei großen Reynolds-Zahlen und kurzen Spalten Schwächen zeigt. Verbesserungen könnten durch die Modellierung des Einlaufs des Geschwindigkeitsprofils und des Übergangs zwischen laminarer und turbulenter Strömung erreicht werden.
Abschließend wird die Lösung des Graetz-Problems für verdünnte Couette-Poiseuille-Strömungen und ein Modell für den Einlauf des Geschwindigkeitsprofils in laminaren Strömungen vorgestellt.
Als ergänzendes Werkzeug zur Modellierung von Schraubenvakuumpumpen wird ein Verfahren zur Implementierung von Temperatursprung- und Geschwindigkeitsschlupfrandbedingungen in Ansys-CFX präsentiert und validiert