Die Reaktivität einfach ungesättigter Fettsäuren steht im Mittelpunkt dieser Arbeit und wurde in ihrer ganzen Breite untersucht. In mehreren Teilbereichen kamen neue Konzepte zum Einsatz, um das Spektrum der bisher aus nachwachsenden Rohstoffen zugänglichen wertvollen Produkte zu erweitern. Es wurde auf breiter Front nach neuen Wegen zur Erzeugung von Wertstoffen aus natürlichen Fettsäuren gesucht. Die Nutzbarmachung bekannter Methoden für oleochemische Substrate war ebenso von Interesse wie die Entwicklung völlig neuer katalytischer Transformationen. Das übergeordnete Konzept der Methodenentwicklung orientierte sich dabei an einfachen Substraten, einfachen Katalysatoren und einer einfachen Reaktionsführung – ganz im Sinne der "Principles of Green Chemistry".
Es wurden in dieser Arbeit neue Wege gefunden, um Wertprodukte aus preiswerten nachwachsenden Rohstoffen zu erzeugen. Einige Reaktionswege wurden erfolgreich etabliert, darunter die Lactonisierung und Amidierung; auf anderen Gebieten können die gewonnenen Erkenntnisse die Basis weiterer Projekte bilden, zum Beispiel Olefinmetathese, reduktive Decarbonylierung und isomerisierende Michael-Additionen. Bisher nicht erschlossene Produktklassen wurden in greifbare Nähe gerückt und unterstreichen die Bedeutung oleochemischer Grundstoffe als nachhaltige Alternative zu petrochemischen Erzeugnissen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Problemstellung
1.1 Fettsäuren – Vorkommen und Bedeutung
1.2 Fettsäuren als Ausgangsmaterialien in der organischen Synthese
1.2.1 Historie
1.2.2 Reaktivität und wichtige Umsetzungen
1.2.3 Olefinmetathese ungesättigter Fettsäuren
1.2.4 Transformationen an der Carboxylgruppe
1.2.5 Doppelbindungsisomerisierungen
1.2.6 Lactone
1.3 Problemstellung und Ziele
1.3.1 Aufgabenstellung
1.3.2 Ziele dieser Arbeit
2 Ergebnisse und Diskussion
2.1 Direkte Derivatisierungen von Fettsäuren
2.1.1 Metathese ungesättigter Fettsäuren
2.1.2 Abfallfreie Veresterung und Amidierung
2.1.3 Ruthenium-katalysierte Decarboxylierung
2.2 Derivatisierungen unter Doppelbindungswanderung
2.2.1 Konzept
2.2.2 Fettsäureanalytik – eine Herausforderung
2.2.3 Suche nach Isomerisierungskatalysatoren
2.2.4 Ein neuer Weg zu langkettigen Lactonen
2.2.5 Ionische Flüssigkeiten – Lösemittel und Katalysatoren zugleich?
2.2.6 Addition von N-Nucleophilen unter Doppelbindungsisomerisierung
3 Zusammenfassung und Ausblick
4 Experimenteller Teil
4.1 Allgemeine Anmerkungen
4.1.1 Chemikalien und Lösungsmittel
4.1.2 Molekularsiebe: Aktivierung und Regenerierung
4.1.3 Analytische Methoden
4.1.4 Methodik der Parallelversuche
4.2 Synthesevorschriften
4.2.1 Synthese von Methyloleat (2)
4.2.2 Synthese von γ-Stearolacton (16)
4.2.3 Synthese von γ-Undecalacton (19)
4.2.4 Synthese von 10-Eicosendisäuredimethylester (20)
4.2.5 Allgemeine Vorschrift für Veresterungen mit Molekularsieben
4.2.6 Allgemeine Vorschrift für Amidierungen mit Molekularsieben
4.2.7 Synthese von Pyridin-2-ylmethyl-3-phenylpropionat (37)
4.2.8 Synthese von Brønsted-sauren ionischen Flüssigkeiten
5 Referenzen und Anmerkungen
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht neue katalytische Transformationsmöglichkeiten für natürliche, ungesättigte Fettsäuren, um diese als nachhaltige Ausgangsstoffe in der chemischen Industrie effizient zu höherwertigen Produkten zu veredeln, wobei insbesondere die Prinzipien der "Grünen Chemie" durch einstufige und atomökonomische Verfahren umgesetzt werden sollen.
- Direkte Derivatisierung von Fettsäuren mittels Metathese
- Entwicklung abfallfreier Verfahren zur Veresterung und Amidierung
- Katalytische Decarboxylierung und Decarbonylierung
- Isomerisierung von Doppelbindungen zur gezielten Funktionalisierung
- Katalytische Lactonisierung ungesättigter Fettsäuren
Auszug aus dem Buch
2.1.2 Abfallfreie Veresterung und Amidierung
Die Synthese von Estern und Amiden aus Carbonsäuren gehört zum Standardrepertoire der organischen Reaktionen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden für weitere Untersuchungen mehrere ungesättigte Fettsäureester mit Aminofunktion benötigt, die auf möglichst einfachem und abfallfreiem Weg synthetisiert werden sollten. Klassische protonenkatalysierte Veresterungen kamen an dieser Stelle nicht in Frage, da für Aminoalkohole die mögliche Bildung von Ammoniumsalzen bedacht werden muss. Dies könnte Löslichkeitsprobleme oder geminderte Reaktivitäten zur Folge haben, so dass literaturbekannte Synthesen von Aminoestern oftmals auf filigrane Kupplungsreagentien wie DEAD zurückgreifen.
Es musste also auf anderem Wege das Gleichgewicht von freier Säure, Alkohol und Ester auf die Produktseite verschoben werden – am einfachsten durch Zusatz wasserentziehender Mittel, wie zum Beispiel Molekularsiebe. Entscheidend für deren dehydratisierende Wirkung in der beabsichtigten Kondensationsreaktion ist hierbei die ausreichende Aktivierung (siehe Experimenteller Teil, Abschnitt 4.1.2).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung und Problemstellung: Dieses Kapitel erläutert die Bedeutung natürlicher Fettsäuren als Rohstoffquelle und definiert die Forschungsziele bezüglich neuer katalytischer Transformationsmethoden.
2 Ergebnisse und Diskussion: Hier werden die experimentellen Untersuchungen zu Metathesereaktionen, abfallfreien Veresterungen, Amidierungen sowie Decarboxylierungs- und Isomerisierungsmethoden detailliert dargelegt und ausgewertet.
3 Zusammenfassung und Ausblick: Der Abschnitt fasst die erzielten Forschungsergebnisse zusammen und diskutiert das Potential für zukünftige Entwicklungen im Bereich der oleochemischen Transformationen.
4 Experimenteller Teil: Dieser Teil beschreibt präzise die verwendeten Arbeitstechniken, Geräte und detaillierten Synthesevorschriften für die in der Arbeit hergestellten chemischen Verbindungen.
5 Referenzen und Anmerkungen: Dieses Kapitel enthält das vollständige Literaturverzeichnis der verwendeten Quellen und weiterführende Anmerkungen.
Schlüsselwörter
Fettsäuren, Katalyse, Olefinmetathese, Veresterung, Amidierung, Decarboxylierung, Doppelbindungsisomerisierung, Lactone, Ionische Flüssigkeiten, Grüne Chemie, Synthese, Nachwachsende Rohstoffe, Rutheniumkatalyse, Molekularsiebe, Wertschöpfung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundlegend?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer katalytischer Methoden zur Umwandlung von natürlichen, ungesättigten Fettsäuren in wertvolle chemische Feinchemikalien unter Anwendung nachhaltiger Verfahren.
Welche zentralen Themenfelder behandelt das Dokument?
Die Schwerpunkte liegen auf der Funktionalisierung von Fettsäuren durch Metathesereaktionen, der direkten Amidierung und Veresterung mittels Molekularsieben sowie der selektiven Isomerisierung und Lactonisierung ungesättigter Fettstoffe.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?
Das Ziel ist die Etablierung einfacher, einstufiger und abfallfreier Transformationsmethoden ("Grüne Chemie"), um aus den leicht verfügbaren natürlichen Ölen eine breitere Palette an industriell nutzbaren Wertstoffen zu gewinnen.
Welche wissenschaftliche Methode wird hauptsächlich verwendet?
Es werden verschiedene übergangsmetallkatalysierte Reaktionen sowie Methoden zur sauren Katalyse mittels Molekularsieben oder ionischen Flüssigkeiten eingesetzt, ergänzt durch moderne chromatographische und spektroskopische Analysemethoden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil "Ergebnisse und Diskussion" umfasst die direkte Derivatisierung von Fettsäuren an der Carboxylgruppe sowie komplexere Untersuchungen zur gezielten Wanderung von Doppelbindungen innerhalb der Kohlenstoffkette.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Forschung?
Die Arbeit zeichnet sich durch Begriffe wie nachwachsende Rohstoffe, Olefinmetathese, Lactonisierung, katalytische Transformationen und eine effiziente, umweltfreundliche Reaktionsführung aus.
Welche Rolle spielen Molekularsiebe in diesem Projekt?
Molekularsiebe werden als wasserentziehende Mittel eingesetzt, um das chemische Gleichgewicht bei Kondensationsreaktionen (Veresterung und Amidierung) effizient auf die Seite der gewünschten Produkte zu verschieben.
Was ist das besondere Ergebnis der Untersuchungen zur Lactonisierung?
Es wurde eine neue, effiziente katalytische Methode entwickelt, die es ermöglicht, ungesättigte Fettsäuren in einem Schritt unter Doppelbindungswanderung in gesättigte γ-Lactone zu überführen, was eine signifikante Verbesserung gegenüber klassischen, stöchiometrisch belasteten Verfahren darstellt.
- Arbeit zitieren
- Dominik Ohlmann (Autor:in), 2008, Neue katalytische Transformationen ausgehend von natürlichen Fettsäuren, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/463483
