Katalysator-Entwicklung

Direkte Carbonylierung für eine effektive Herstellung von Adipaten

Forschenden gelang die direkte Carbonylierung von 1,3-Butadien mit einem neu entwickelten Katalysator. Auf Basis dieser Reaktion soll nun die Herstellung von Adipinsäurederivaten im industriellen Maßstab verbessert werden.

Forscherteam am LIKAT: Dr. Jiawang Liu (l.), Dr. Helfried Neumann, Dr. Ralf Jackstell, Ji Yang und Prof. Matthias Beller. © LIKAT

Zwei Teams („Organische Großchemikalien“ und „Synthese von Feinchemikalien“) unter der Leitung von Prof. Dr. Matthias Beller, Direktor des Leibniz-Instituts für Katalyse in Rostock, ist in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Robert Franke, Evonik Performance Materials GmbH und außerplanmäßiger Professor für Chemie an der Ruhr-Universität Bochum, ein Durchbruch auf dem Gebiet der Carbonylierungs-Chemie gelungen. Die Carbonylierung ist eine der bedeutendsten chemischen Reaktionsklassen, die sowohl für die Grundlagenforschung und auch für die Industrie von zentraler Bedeutung ist. Es geht dabei um die katalysierte Einführung einer CO-Gruppe (Carbonyl-Gruppe) in organische Verbindungen. 

Wissenschaft und Industrie suchen schon seit mehr als 60 Jahren nach einer Möglichkeit, den Ausgangsstoff 1,3-Butadien auf direktem Wege zweifach zu carbonylieren, um daraus Adipate herzustellen. Adipate (Salze der Adipinsäure) können derzeit nur durch eine komplizierte mehrstufige, energie- und kostenaufwendige Synthese hergestellt werden. Diese basiert nicht nur auf der Verwendung vieler Chemikalien, sondern setzt auch klimarelevante Stickoxide (N2O) frei, die zu den wesentlichen Treibhausgasen gehören. 

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Adipate werden jährlich in großem Maßstab von mehreren Millionen Tonnen produziert und dienen als Ausgangsstoffe für die Herstellung zahlreicher Produkte wie Weichmacher, Parfüms, Schmierstoffe, Lösungsmittel, verschiedene pharmazeutische Wirkstoffe und vor allem Nylon. Die beteiligten Projektpartner legen nach eigenen Angaben mit ihrem neuen Verfahren den Grundstein für eine umweltfreundlichere und kostengünstigere Syntheseroute in großem Maßstab.

Das Verfahren nutzt den neu entwickelten Palladium-Katalysator auf Basis eines spezifischen Phosphinliganden (HeMaRaPhos). Dieser Ligand bindet an Palladium und ergibt so einen hochselektiven (97 %), effizienten und langlebigen (TON > 60 000) Katalysator, der unter industriell realisierbaren Bedingungen Ausbeuten der Adipinsäurederivate von 95 % erbringen kann. Die großtechnische Evaluierung hinsichtlich ökonomischer und technischer Gesichtspunkte startet ab sofort.

Publikation:
DOI: 10.1126/science.aaz1293

Quelle: Leibniz-Institut für Katalyse e. V. an der Universität Rostock (LIKAT)

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