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Projekt
Optimierung von Oxidationsreaktionen mit Katalysatoren häufig vorkommender Metalle für die Synthese von Aminosäuren
Antragstellerin
Professorin Dr. Nora Kulak
Fachliche Zuordnung
Technische Chemie
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501735683
Obwohl Oxidationsreaktionen unverzichtbar für die Funktionalisierung organischer Moleküle sind, gibt es aufgrund von Sicherheitsbedenken und der Entstehung problematischer Abfälle eine überraschend geringe Anzahl solcher Reaktionen, die tatsächlich in der Industrie angewendet werden. Oxidationsmittel werden normalerweise in überstöchiometrischen Mengen und unter sehr harschen Bedingungen eingesetzt (z. B. das chromhaltige Jones-Reagenz). Katalytische Oxidationsreaktionen sind daher laut der Deutschen Gesellschaft für Katalyse (GeCatS) Schlüsseltechnologien in der chemischen Industrie und weisen ein großes Optimierungspotential auf. Im Rahmen der Forschungsgruppe „Mehrstufige katalytische Produktionssysteme für die Feinchemie durch integriertes Design von Molekülen, Materialien und Prozessen (IMPD4Cat)“ werden wir katalytische Oxidationsreaktionen als Syntheseschritt bei der Herstellung von Aminosäuren optimieren. Die katalytische Oxidation stellt dabei einen komplementären Ansatz neben der homogenen Katalyse mit Edelmetallen für die Synthese der Vorstufen (SP1) und der Biokatalyse (SP3) im letzten Schritt zu den Aminosäuren dar. Im Fokus dieses Teilprojektes, SP2, steht die Optimierung der Oxidation von alpha-Hydroxyketonen (Produkte der homogenen Katalyse ausgehend von Styrol und 1-Octen) zu alpha-Ketosäuren (Edukte für die Biokatalyse). Vor dem oben beschriebenen Hintergrund für Oxidationsreaktionen sind „grünere“ oder „nachhaltigere“ Oxidationsmittel von größter Bedeutung. Einem ganzheitlichen Ansatz folgend werden im Rahmen des Teilprojekts nicht nur die Art des Oxidationsmittels, sondern auch mehrere andere Faktoren durch Screening optimiert: Atomeffizienz des Oxidationsmittels, Wasser als Lösungsmittel, geringer Energieverbrauch, neutraler pH-Wert, ungiftige Reagenzien, Metall nur in katalytischen Mengen, kein Abfall und Katalysatorrecycling. Ein wichtiger Aspekt dabei ist, dass die Katalysatoren auf Metallen basieren sollen, die auf der Erde häufig vorkommen, und nicht auf Edelmetallen, sowie ihren einfachen Salzen, und nicht auf anspruchsvollen Komplexen mit (potentiell oxidierbaren) Liganden. Einer ersten Screeningphase folgen ein Scale-up zur Herstellung der gewünschten alpha-Ketosäuren sowie Untersuchungen zur Kinetik (Zusammenarbeit mit SP5) und möglichen Reaktionsmechanismen. Darüber hinaus beinhaltet die Optimierung Membrantechnologien zur Aufreinigung und zum Katalysatorrecycling (Zusammenarbeit mit SP4) sowie computergestütze Ansätze (Zusammenarbeit mit SP6).
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
