Katalytische Konversion von nachwachsenden Rohstoffen im Mikroreaktor (KonaRoM)

Neue Wege zur Herstellung von Feinchemikalien aus Kohlenhydraten

Kohlenhydrate sind als nachwachsende Rohstoffe im industriellen Ma├čstab in hochreiner Form verf├╝gbar. Ziel des Projekts KonaRoM ist es, neue chemische Methoden zu identifizieren, zu optimieren und im Pilotma├čstab zu realisieren, mit denen eine effiziente Umwandlung von Kohlenhydraten in wertvolle Feinchemikalien gelingt.

Traditionell nutzt die organische Synthesechemie wenig funktionalisierte Kohlenwasserstoffe aus Erd├Âl, Erdgas und Kohle als Rohstoffe. Durch Raffinierung werden Reinsubstanzen oder Fraktionen ├Ąhnlicher Substanzen erhalten, die durch die Einf├╝hrung funktioneller Gruppen, z.B. ├╝ber radikalische Chlorierung oder Oxidationsreaktionen, gro├čtechnisch in optimierten Verfahren in Chemiezwischenprodukte und Feinchemikalien umgewandelt werden.

Diese sind die Ausgangsmaterialien f├╝r viele Chemieprodukte, z.B. Farben, Emulgatoren oder medizinische Wirkstoffe. Zur selektiven Einf├╝hrung oder Umwandlung funktioneller Gruppen stehen aus der mehr als 100j├Ąhrigen Erfahrung der Synthesechemie viele Methoden zur Verf├╝gung. Die effiziente Gewinnung von hochwertigen Feinchemikalien aus nachwachsenden Rohstoffen ist hingegen eine erhebliche Herausforderung f├╝r die organische Synthese. Angesichts endlicher fossiler Rohstoffquellen, wird es notwendig, auch nachwachsende Rohstoffe f├╝r die chemische Synthese zu erschlie├čen.

Naturstoffe, wie Zucker oder Aminos├Ąuren, besitzen im Vergleich zu fossilen Kohlenwasserstoffen viele Funktionalit├Ąten. Ein weitgehender chemischer oder biotechnologischer Abbau der Komplexit├Ąt, z.B. durch ├ťberf├╝hrung des Zuckers in Bioethanol, ist bereits zur industriellen Anwendung entwickelt.

Bei diesen Transformationen geht allerdings die f├╝r viele Syntheseanwendungen wertvolle chirale Information der Naturstoffe verloren. Die selektive, nur teilweise Defunktionalisierung, durch die wertvolle Eigenschaften der Naturstoffe erhalten bleiben, ist hingegen nur wenig untersucht. Hier fehlen Reagenzien, Katalysatoren, aber auch Syntheseverfahren, die dies in effizienter Weise leisten k├Ânnen. Das hier vorgestellte Projekt soll dazu beitragen, diese L├╝cke zu schlie├čen.

Ziel des Vorhabens ist es, gut verf├╝gbare Kohlenhydrate in kontinuierlichen Prozessen in wertvolle Feinchemikalien zu ├╝berf├╝hren. Dabei soll gezielt ein Teil der funktionellen Gruppen und der chiralen Information des eingesetzten Naturstoffs erhalten bleiben. Zielprodukte sind chirale Alkohole, Alkene, Aromaten oder Heterocyclen. Dabei sollen drei Reaktionstypen genutzt werden: Die thermische und die thermisch-katalytische Umwandlung, sowie die gezielte Konversion durch Reagenzien. Entscheidend ist in allen F├Ąllen die exakte Kontrolle der zum Teil extremen Reaktionsbedingungen, was nur durch Mikroreaktionstechnik gelingen kann. Um Kohlenhydrate in einem kontinuierlichen Mikroreaktorprozess umzusetzen, werden sie in niedrig viskose Schmelzen durch Zusatz von Additiven ├╝berf├╝hrt oder als hoch konzentrierte w├Ąssrige L├Âsung eingesetzt. Die hohen Kohlenhydratkonzentrationen erm├Âglichen es, effiziente chemische Konversionen in f├╝r die Kohlenhydratchemie ganz neuen Prozessfenstern mit sehr hohen Raum/Zeit Ausbeuten zu erforschen und zu entwickeln.

Unsere Vision ist die Entwicklung einer kleinen Pilotanlage, die durch katalytische chemische De- und Umfunktionalisierung gut verf├╝gbare Kohlenhydrate in wertvolle Feinchemikalien f├╝r die organische Synthese umwandelt. Dazu sind einerseits geeignete chemische Prozesse zu optimieren, andererseits muss ein Mikroreaktorsystem entwickelt werden, in dem die kontrollierte Umwandlung gelingt.

Projektdurchf├╝hrung:
Prof. Dr. Burkhard K├Ânig (Projektleitung)
Prof. Dr. Oliver Reiser
Prof. Dr. Thomas Wirth (Kooperationspartner an der Universit├Ąt Cardiff, Gro├čbritannien)
Universit├Ąt Regensburg

Institut f├╝r Organische Chemie
Universit├Ątsstra├če 31
93053 Regensburg
Tel. 0941/943-4575
Fax 0941/943-1717
burkhard.koenig@chemie.uni-regensburg.de
www.chemie.uni-regensburg.de

Projektpartner:
Prof. Dr. Volker Hessel
Institut f├╝r Mikrotechnik Mainz

Carl-Zeiss-Stra├če 18-20
55129 Mainz
Tel. 06131/990-450
Fax 06131/990-205
hessel@imm-mainz.de
www.imm-mainz.de

Dr. Olaf Stange
Ehrfeld Mikrotechnik BTS GmbH

Mikroforum Ring 1
55234 Wendelsheim
Tel. 06734/919330
Fax 06734/919305
Olaf.stange@ehrfeld.com
www.ehrfeld.com

AZ 26920-31