Synthesis of cyclic acetals utilizing homogeneous and immobilized transition metal catalysts

  • Synthese von zyklischen Acetalen unter Verwendung von homogenen und immobilisierten Übergangsmetallkatalysatoren

Wiesenthal, Jan; Klankermayer, Jürgen (Thesis advisor); Leitner, Walter (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2023)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2023

Kurzfassung

Der Übergang zur Treibhausgasneutralität stellt eine zentrale Herausforderung für die chemische Industrie dar. Neben effizienteren Prozessen und einer Energieerzeugung mit geringeren CO2-Emissionen gewinnt die Nutzung erneuerbarer Ressourcen zunehmend an Bedeutung. In dieser Arbeit wurden maßgeschneiderte Katalysatoren verwendet, um verschiedene cyclische Acetale aus Biomasse, CO2 und Wasserstoff zu synthetisieren. Die vielseitigen Acetalprodukte können als erneuerbare Monomere, Lösungsmittel, Zwischenprodukte und Kraftstoffe verwendet werden. Im ersten Teil wurde ein homogener Ruthenium-Katalysator in Kombination mit einer Lewis Säure als katalytisches System für die Synthese von Acetalen aus biogenen Rohstoffen verwendet. Die Substrate wurden direkt aus einem Fermentationsprozess gewonnen und mit CO2 oder Ameisensäure zu 4,5-Diethyl-1,3-Dioxolan und 4,5-Dipropyl-1,3-Dioxolan umgewandelt. Nach der Herstellung der Acetale in größerem Maßstab wurden erste Verbrennungseigenschaften bestimmt, um ihre Machbarkeit als Bio-Hybridkraftstoffe zu bewerten. In einem nächsten Schritt wurde das 3d-Metall Kobalt als katalytisches Metall getestet. Kobalt war in der Lage, die Synthese von zyklischen Acetalen zu katalysieren, und durch Anpassung des triphos-Liganden wurden vielversprechende Ergebnisse erzielt. Im Einzelnen konnte durch die Substitution der Phenylreste am Phosphor durch 3,5-Dimethylphenyl eine Steigerung der Aktivität beobachtet werden. Für die zukünftige Anwendung des Katalysatorsystems in kontinuierlichen Prozessen ist die Immobilisierung der molekularen Katalysatoren ein Schlüsselfaktor. Es wurden drei Liganden, vinylSi-triphos, triethoxysilyltriphos und triphos-OH, synthetisiert, deren funktionelle Gruppen eine Immobilisierung ermöglichen. Alle Liganden sind in der Lage, den entsprechenden [Ru(Ligand)(tmm)]-Komplex zu bilden. Unter Verwendung von [Ru(triethoxysilyltriphos)(tmm)], das auf SBA immobilisiert ist, wurden zyklische Acetale erfolgreich in Batch- und kontinuierlichen Reaktionen synthetisiert. Im nächsten Schritt wurde an den triphos-OH-Liganden ein Styrolanteil synthetisiert und der neue triphos Ligand durch radikalische Copolymerisation in einem Polystyrolpolymer immobilisiert. In ersten Testreaktionen zeigte dieser feste Katalysator Aktivität bei der Synthese von 1,3 Dioxan aus 1,3-Propandiol, CO2 und H2.

Einrichtungen

  • Fachgruppe Chemie [150000]
  • Lehrstuhl für Translationale Molekulare Katalyse [154310]

Identifikationsnummern

Downloads