Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Optimierung niedrig schmelzender Zucker-Harnstoff-Salz Gemische zur Verwendung als Lösemittel für chemische Prozesse

Anschrift
Universität Regensburg - Naturwissenschaftliche Fakultät IV - Institut für Organische Chemie
Universitätsstr. 31
93053 Regensburg
Kontakt
Prof. Dr. Burkhard König
Tel: +49 941 943-4575
E-Mail: burkhard.koenig@ur.de
FKZ
22005705
Anfang
01.01.2006
Ende
31.12.2007
Ergebnisdarstellung
Es wurden niedrig schmelzende Gemische aus gut verfügbaren Zuckern und einfachen Salzen unter Variation der Komponenten mit dem Ziel hoher Stabilität und niedriger Schmelztemperatur hergestellt und optimiert. Die Schmelzen werden als Lösemittel für typische chemische Reaktionen (u.a. Hydrierungen, Carbonylierungen, Metall-katalysierte Prozesse, Eliminierungen, Aromatenchemie) eingesetzt. Auch der Einsatz der Schmelzen als Ersatz für organische Lösemittel für Extraktions- und Reinigungszwecke sowie die Verwendung als Trennphasen für die Chromatographie werden untersucht. Eine Wiederverwendung des Reaktionsmediums ist möglich; oft lassen sich die Reaktionsprodukte sehr leicht isolieren, indem das wasserlösliche Reaktionsmedium extrahiert wird. Die Nutzung der Schmelzmischungen in Extraktionsverfahren ist möglich, muss aber für spezielle Fragestellungen individuell optimiert werden. Die Verwendung der Schmelzmischungen als Lösemittel für Biopolymere und analytische Adsorptionsphasen wurde untersucht, aber als nicht vielversprechend eingeschätzt und nicht weiter verfolgt. Neben der Verwendung als inertes Reaktionsmedium, kann der Zuckeranteil der Schmelzen aber auch direkt in chemischen Reaktionen als Substrat umgesetzt werden. Das Verfahren führt Kohlenhydrate einer chemischen Konversion zu, ohne das Lösemittel benötigt werden. Dadurch liegen extrem hohe Substratkonzentrationen von bis zu 3 mol/L vor, was für viele Reaktionen vorteilhaft ist und hohe Raum-Zeit Ausbeuten ermöglicht. Chemische Acylierungen gelingen, liefern aber Substanzgemische. Enzymatische Umsetzungen sind in den Schmelzmischungen wenig effizient, da der Biokatalysator teilweise denaturiert. Chemische Katalysen hingegen liefern interessante Ergebnisse. So gelingt die quantitative Kondensation von Zucker und Harnstoffanteil der Schmelze mit sauren heterogenen Katalysatoren. Die chemische heterogen katalysierte Konversion des Zuckeranteils der Schmelzmischungen soll intensiv weiter verfolgt werden.
Aufgabenbeschreibung
Gemische der richtigen Zusammensetzung aus Zucker oder Zuckeralkoholen, Harnstoff und anorganischen Salzen bilden bereits bei niedrigen Temperaturen stabile Schmelzen. Die Eigenschaften dieser Schmelzen entsprechen in vielen Parametern polaren organischen Lösemitteln. Die Anwendung dieser Schmelzen als Reaktionsmedium, zur lösemittelfreien Zuckerderivatisierung, als Reinigungsmittel oder zur spezifischen Adsorption soll erprobt und etabliert werden. An ersten Beispielen konnte gezeigt werden, dass in den Schmelzen organische Reaktionen durchgeführt werden können. Nun wird die Zusammensetzung der Schmelzen im Bezug auf Stabilität und möglichst niedrige Schmelztemperatur optimiert . Exemplarisch wird dann die Anwendungsbreite der Schmelzen als Lösemittel für chemische Prozesse und simple Reinigungsverfahren gezeigt. Die Zucker-Harnstoff-Salz (ZHS) Schmelzen stellen eine ökologisch und ökonomisch interessante Alternative zu organischen Lösemitteln dar und sind auch in vielen Aspekten ionischen Flüssigkeiten überlegen. Die Projektergebnisse eröffnen ökonomische Wege der Feinchemikalienherstellung aus dem nachwachsenden Rohstoff Zucker.

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