Polar-lösliche Liganden und Mehrphasenströmungssysteme für die Hydroxycarbonylierung von erneuerbaren Alkenen

• Antragsteller: Dr. Thomas Seidensticker; Privatdozent Dr. Andreas Vorholt
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573488647

Das deutsch-singapurische Forschungsprojekt Carbonflow zu grundlegenden Fragestellungen im Bereich der nachhaltigen Katalyse, wobei im Mittelpunkt palladiumkatalysierte Carbonylierungen stehen. In diesen als besonders atomökonomisch und ressourcenschonend geltenden Reaktionen reagieren Alkene – etwa aus nachwachsenden Rohstoffen – atomökonomisch mit Kohlenmonoxid und einem Nukleophil zu wertvollen Carbonsäurederivaten. Während industriell etablierte Prozesse auf Alkoholen basieren (Alkoxycarbonylierung), ist die chemisch sehr ähnliche Umsetzung mit Wasser (Hydroxycarbonylierung) bislang wenig erforscht und technologisch nicht etabliert, was vor allem an der geringen Reaktionsgeschwindigkeit sowie an ungelösten Problemen bei Katalysatorlöslichkeit, Phasentrennung und Katalysatorstabilität in wässrigen Mehrphasensystemen liegt. Ziel des interdisziplinären Projekts ist es, ein tieferes mechanistisches Verständnis für diese Herausforderungen zu gewinnen. Hierzu sollen neue polar-lösliche Diphosphinliganden entwickelt und synthetisiert werden, die hohe Selektivität mit hoher Katalysatorstabilität vereinen. Diese neuartigen Liganden werden unter realistischen, kontinuierlichen Prozessbedingungen untersucht – ein Ansatz, der bislang für Hydroxycarbonylierungen nicht erforscht wurde. Um diesen Erkenntnisgewinn zu ermöglichen, bringt Carbonflow drei komplementäre Forschungsgruppen zusammen. Die Gruppe um Dr. James Nobbs (A*STAR, Singapur) synthetisiert und charakterisiert gezielt Liganden mit unterschiedlichen polaren Löslichkeits-Tags. Diese Liganden werden in der Arbeitsgruppe von Dr. Thomas Seidensticker (TU Dortmund) in mikrostrukturierten Durchflussreaktoren getestet, die eine präzise Kontrolle über Gas-Flüssig-Systeme erlauben und auch mit minimalen Katalysatormengen betrieben werden können. Eine Besonderheit liegt in der segmentierten Mehrphasenströmung in Kapillaren, die es ermöglicht, Stofftransportprozesse zu intensivieren und Rückvermischung zu vermeiden – zwei entscheidende Voraussetzungen für selektive Reaktionen mit gasförmigem CO. Ergänzt wird das Projekt durch die Expertise von Dr. Andreas Vorholt (MPI CEC, Mülheim), dessen Team modernste spektroskopische Methoden zur Echtzeitbeobachtung von Katalysatorverhalten entwickelt hat. Diese operando-Analysen erlauben erstmals Einblicke in Aktivitäts- und Deaktivierungsmechanismen unter realen Reaktionsbedingungen. Die Stärke des Projekts liegt in der engen Verzahnung von Ligandendesign, Reaktorentwicklung und spektroskopischer Analyse. Nur durch die interdisziplinäre und internationale Zusammenarbeit lassen sich die zentralen wissenschaftlichen Fragestellungen – etwa zur Beziehung zwischen Ligandenstruktur, Katalysatorstabilität und Selektivität – systematisch beantworten. So trägt Carbonflow wesentlich zum grundlegenden Verständnis nachhaltiger, mehrphasiger Katalyseprozesse bei und eröffnet langfristig neue Perspektiven für die stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Singapur
• Partnerorganisation: Agency for Science, Technology and Research (A*STAR)
• Kooperationspartner: Dr. James David Nobbs