Prof. Dr. Klaus-Dieter Vorlop
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30.11.2003

Es erfolgte ein umfangreiches Screening nach Katalysatoren zur Oxidation von Kohlenhydraten und zur reduktiven Aminierung von Isomaltulose. Für den Bereich der reduktiven Aminierung konnte ein völlig neuer Reaktionsweg erschlossen werden. Hierbei handelt es sich um eine säurekatalysierte Aminierung von Isomaltulose mit Dodecylamin und anschließender Umlagerung zu 2-Desoxy-2-dodecylaminoisomaltose, welches über gute tensidische Eigenschaften verfügt. Gegenüber der klassischen reduktiven Aminierung ist diese Variante deutlich effizienter. Darüber hinaus erfolgte die Charakterisierung der Tensideigenschaften. Grundsätzlich problematisch ist die Aufarbeitung/Isolierung, da sich die Trennung von den nicht zu vermeidenden Braunprodukten schwierig gestaltet. In diesem Punkt besteht noch weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Im Bereich der Zuckeroxidation sind die neuen Erkenntnisse zur katalytischen Oxidation von Glucose mit geträgerten Goldkatalysatoren hervorzuheben. Die Goldkatalysatoren besitzen eine besondere Substratselektivität mit hoher Aktivität, die eine vollständige Oxidation von Aldosen erlaubt, aber mit Ketosen keine Reaktion zeigt. Es gelang die erstmalige Oxidation zahlreicher Mono-, Di- und Oligosaccharidaldosen. Die Goldkatalysatoren erhöhen die Effizienz der Herstellung von Aldonsäuren um ein Vielfaches gegenüber der Verwendung anderer Edelmetallkatalysatoren oder Biokatalysatoren. Da sich die Katalysatoren auch als langzeitstabil erwiesen, bestehen gute Aussichten für eine Weiterentwicklung und Übertragung in den technischen Maßstab, wobei als Zwischenschritt die Übertragung in den Pilotmaßstab erforderlich ist, der in einem Folgevorhaben bearbeitet (FKZ 222018203) werden soll. Für eine abschließende Bewertung der wirtschaftlichen Nutzung sind in diesem Folgevorhaben noch weitere Faktoren wie z. B. die technische Verfügbarkeit der Katalysatoren und die Optimierung des Oxidationsverfahrens, insbesondere im "Downstream-Prozess", zu bearbeiten.

Gegenstand des Verbundvorhabens (FKZ 22009199 und 22014799) ist die Entwicklung neuer Katalysatorsysteme für die zwei in der Chemie und Technologie der Kohlenhydrate sehr wichtigen Reaktionstypen Oxidation und reduktive Aminierung. Dabei ist das Ziel des Projekts ausdrücklich nicht die Überprüfung und Anpassung käuflicher Katalysatoren an ein spezielles Syntheseproblem, sondern die Entwicklung völlig neuartiger Katalysatorsysteme. Dies ist deshalb ein sehr wichtiger Ansatz, weil gut etablierte heterogene Katalysatoren insbesondere für Oxidationsreaktionen kaum verfügbar sind. Die Existenz zuverlässiger, langzeitstabiler Katalysatoren mit möglichst hoher Selektivität ist aber eine Grundvoraussetzung für einen vermehrten technischen Einsatz von Kohlenhydraten als Rohstoff für chemische Produkte. Insofern kommt der Katalysatorentwicklung durchaus eine Schlüsselrolle bei der nachhaltigen Steigerung der Verwendung nachwachsender Rohstoffe in industriellen Anwendungen zu. Ziel dieses Teilvorhabens 1 ist es, Kenntnisse darüber zu erlangen, welche Parameter die Zielgrößen Selektivität, Aktivität und Standzeit der Katalysatoren beeinflussen, um durch gezielte Präparation bzw. Modifikation deren Eigenschaften zu verbessern. Es sollen Wirkungsbeziehungen zwischen Substratstruktur und Katalysator aufgeklärt sowie Verallgemeinerungen zur Katalysatorverwendbarkeit abgeleitet werden.