Od 1958 roku K. Paluch kierowała zespołem, prowadzącym badania reakcji związków organicznych z dwutlenkiem chloru i chlorynami. Zespół (początkowo 3 osoby, a później – 5 osób) opublikował wyniki tych prac w cyklu 35 publikacji naukowych. Były podstawą przyznania pięciu stopni doktorskich i jednej habilitacji. Własną, wykonaną w Szczecinie pracę doktorską, Karolina Paluch obroniła w Politechnice Wrocławskiej w 1961 roku, uzyskując stopień doktora nauk technicznych. Jest współautorką podręcznika „Technologia chloru i związków chloru” (1963). Habilitację w dziedzinie nauk chemicznych nadała jej Rada Wydziału Chemicznego Politechniki Śląskiej w Gliwicach w 1969 roku. Tytuł profesora nadzwyczajnego otrzymała w 1974 roku od Rady Państwa.
W 1962 roku nastąpiła zmiana organizacyjnej struktury Katedry Chemii Organicznej. Wyodrębniono dwa zakłady: Zakład Chemii Organicznej (kierownik: Karolina Paluch) i Zakład Syntezy Organicznej, którego kierownictwo objął dr hab. inż. Andrzej Fabrycy (do 1962 – pracownik Politechniki Śląskiej). W czasie kolejnej reorganizacji (1970) Zakład Chemii Organicznej włączono w strukturę nowo powstałego Instytutu Chemii Podstawowej. W 1980 roku, po odejściu prof. Karoliny Paluch na emeryturę, kierownikiem Zakładu został jej uczeń i współpracownik, doc. dr inż.