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Bioabbaubare Tenside durch reduktive Aminierung von Isomaltulose

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Technische Universität
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Abstract

Die Ausarbeitung chemischer Verfahren ist ein sehr komplexer Arbeitsprozeß. In dieser Arbeit wurde ein erstes erfolgversprechendes Verfahrenskonzept zur reduktiven Aminierung von Isomaltulose mit n-Dodecylamin erarbeitet (Heterogenkatalysator, Reaktion und Aufarbeitung), womit die erste Hürde für ein neues chemisches Verfahren genommen wurde. Für die Untersuchungen wurde eine diskontinuierliche und kontinuierliche Hydrieranlage sowie ein HPLC-Trennverfahren entwickelt und aufgebaut. Hauptproblematik der Aminierung ist die Desaktivierung der Hydrierkatalysatoren, die auf Produkte der Maillard-Reaktion und des alkalischen Zuckerabbaus („Braunprodukte") zurückgeführt werden konnte. Dabei ist die desaktivierende Wirkung der Braunprodukte, deren Bildungsgeschwindigkeit mit der Eduktkonzentration, der Reaktionstemperatur und dem pH-Wert der Reaktionslösung sowie abnehmender Hydrieraktivität des Katalysators zunimmt, vermutlich auf die Bildung einer Fouling-Schicht auf der Katalysatoroberfläche zurückzuführen. Entscheidend für die Realisierbarkeit des Verfahrens war die Entwicklung eines Hydrierkatalysators, was durch systematische Tests verschiedener Katalysatoren von Übergangsmetallen (Rh, Pt, Pd, Co, Ni, Cu) erfolgte. Hauptzielgröße war die Steigerung der Katalysatoraktivität, da nur so eine effektive Unterdrückung der Braunprodukte bei gleichzeitig nahezu unveränderten Ausbeuten und -selektivitäten möglich ist. Im Vergleich zu allen bisher untersuchten Katalysatoren zeigen Palladiumkatalysatoren eine deutlich höhere Hydrieraktivität, die höchste Langzeitstabilität sowie ausgezeichnete Selektivitäten. Reaktionsmechanistische Untersuchungen hatten zum Ziel einen ersten vereinfachten Reaktionsmechanismus abzuleiten. Dabei konnte zunächst systematisch nachgewiesen werden, daß Stofftransportlimitierungen keinen Einfluß auf die effektive Reaktionsgeschwindigkeit ausüben. Limitierend ist vielmehr der zur Bildung des Hauptproduktes notwendige Isomerisierungsschritt, der über eine Säure-Base-katalysierte Ketose-Aldose-Umlagerung der Isomaltulose erfolgt (Lobry de Bruyn-Alberda van Ekenstein-Umlagerung). In Anlehnung an diese und weitere Ergebnisse wurde ein vereinfachtes Reaktionsschema und ein erster kinetischer Ansatz abgeleitet. Die Untersuchung verschiedener Aufarbeitungskonzepte zeigte, daß Spuren nicht umgesetzten Fettamins mit Hilfe einer Wasserdampfdestillation aus dem Produkt entfernt werden können. Basierend auf diesem Aufarbeitungskonzept wurde abschließend ein erstes Verfahrenskonzept für eine kontinuierlich betriebene Anlage zur reduktiven Aminierung von Isomaltulose vorgestellt, auf dessen Basis ein neues Verfahren zur technischen Reife geführt werden soll.

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