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Katalytische Verfahren zur Valorisierung von Carbonsäurederivaten

  • Die übergeordnete Zielsetzung dieser Arbeit bestand in der Entwicklung katalytischer Verfahren, um damit neue Nutzungsmöglichkeiten für Carbonsäuren und deren Derivate in der chemischen Wertschöpfungskette zu schaffen. Reiner Biodiesel ist mit modernen Motoren aufgrund seines ungünstigen Siedeverhaltens nur eingeschränkt kompatibel. Im ersten Projekt wurde daher ein Verfahren entwickelt, einen Biokraftstoff mit einem Siedeverhalten von kommerziellem Diesel herzustellen. Dazu wurde eine lösungsmittelfreie isomerisierende Ethenolyse von Pflanzenölestern entwickelt, mit der Produktgemische aus Olefinen, Mono- und Diestern mit genau definierten physikalischen Eigenschaften erzeugt werden können. Die Reaktion von Pflanzenölestern mit Alkenen verläuft mit minimalem Energiebedarf, maximaler Atomeffizienz, ohne Lösungsmittel und praktisch abfallfrei und folgt somit den Prinzipien grüner Chemie. Es werden unterschiedliche industrielle Pflanzenölmethylester, sowie verschiedene kurzkettige Olefine toleriert. Mit diesem Verfahren wurde aus Rapsölmethylester (RME) und Ethen ein Biokraftstoff hergestellt, der alle spezifizierten Grenzwerte hinsichtlich des Siedeverhaltens von Dieselkraftstoffen erfüllt. Mit Hilfe einer numerischen Simulationsmethode wurde ein Zusammenhang zwischen den katalytischen Parametern der isomerisierenden Metathese und der chemischen Zusammensetzung des Produktgemischs hergestellt. Damit wurden die Zielvorgaben für die anschließende systematische Reaktionsoptimierung errechnet. Im zweiten Teilprojekt wurde ein neuer Zugang zu in ortho-Position nitrierten aromatischen Carbonsäurederivaten entwickelt. Die einzigartig effektive dirigierende Gruppe ermöglicht die ortho-selektive Nitrierung von substituierten aromatischen Carbonsäuren bei nur 50 °C. Der präformierte Kupferkomplex Cu(NO3)(PPh3)2 vermittelt zusammen mit dem Oxidationsmittel NMO selektiv die Mononitrierung in guten Ausbeuten. Das System toleriert eine große Breite funktioneller Gruppen, sowie fünf- und sechsgliedrige Heteroaromaten. Im Gegensatz zu klassischen Verfahren mit stickstoffhaltigen dirigierenden Gruppen, die im Produkt verbleiben, gelang es uns, eine schnelle Methode zur mikrowellenunterstützten Verseifung zu entwickeln. Dadurch ist es möglich, nach der Nitrierung in situ eine Protodecarboxylierung des aktivierten Amids durchzuführen und den Nitroaromaten zu erhalten. Alternativ kann durch Verseifung das Carboxylat dargestellt werden, welches als Anker für anschließende decarboxylierende Kupplungsreaktionen fungieren kann.

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Metadaten
Author:Kai Pfister
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-45138
Subtitle (Multiple languages):Nachhaltiger Zugang zu Dieselersatzkraftstoff aus Fettsäuremethylestern und Regiospezifische CN-Bindungsknüpfung an aromatischen Carbonsäuren
Advisor:Lukas J. Gooßen
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:Multiple languages
Publication Date:2016/12/13
Date of first Publication:2016/12/13
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2016/12/07
Date of the Publication (Server):2016/12/15
Tag:Biodiesel; Fettsäuremethylester; Isomerisierung; Metathese; Nitrierung; homogene Katalyse
GND-Keyword:Biodiesel; Fettsäuremethylester; Isomerisierung; Metathese; Nitrierung; homogene Katalyse
Number of page:XIII, 248
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Chemie
DDC-Cassification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie
Licence (German):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vom 30.07.2015