Methode zur Wahl eines nachhaltigen Lösungsmittels

Veröffentlichung in 'Green Chemistry'

Die Innentitlebild der neuesten Ausgabe von Green Chemistry zeigt, wie wichtig es ist, rechnergestützte Vorhersagewerkzeuge anzuwenden, um die umweltfreundlichsten und effizientesten Lösungsmittel für die kombinierte Reaktion und Extraktion von 5-HMF und Furfural aus erneuerbaren Resourcen auszuwählen.

Wiedergabe aus Lit.: Esteban, J., Vorholt, A. J., Leitner, W. (2020). Ein Überblick über die zweiphasige Dehydratisierung von Zuckern zu 5-Hydroxymethylfurfural und Furfural: eine rationale Auswahl von Lösungsmitteln unter Verwendung von COSMO-RS und Auswahlleitfäden Green Chemistry 22 (7), 2097-2128. doi: 10.1039/C9GC04208C mit Genehmigung der Royal Society of Chemistry

Der Übergang zu einer biobasierten Wirtschaft erfordert die Herstellung von Chemikalien, Kraftstoffen und Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen wie beispielsweise Lignocellulose. Dieses Material ist der am häufigsten vorkommende Rohstoff auf der Erde und zieht aus diesem Grund viel Aufmerksamkeit auf sich. Zwei Beispiele für wertvolle Verbindungen zur Herstellung solcher Produkte sind Furanverbindungen wie 5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF) und Furfural, die durch Dehydratisierung von Lignocellulosezuckern wie Fructose oder Xylose gewonnen werden können. Das klassische Verfahren zur Durchführung dieser Reaktion führt zu unerwünschten Nebenreaktionen, wenn die Produkte mit Wasser und Säurekatalysatoren in Kontakt bleiben, was zwangsläufig zu einer verringerten Effizienz des Verfahrens führt. Dies kann durch einen zweiphasigen Ansatz verhindert werden, bei dem eine in-situ-Extraktion von 5-HMF oder Furfural mit einem organischen Lösungsmittel erreicht werden kann, was die Ausbeuten erhöht.

Dies motivierte Dr. Jesús Esteban, Prof. Walter Leitner (Abteilung für Molekulare Katalyse) und PD Dr. Andreas J. Vorholt (Gruppenleiter für Multiphasenkatalyse), einen Überblick über die neuesten Errungenschaften auf diesem Gebiet zu erstellen, welcher kürzlich in der Zeitschrift Green Chemistry der Royal Society of Chemistry veröffentlicht wurde.

"Wir stellten fest, dass, obwohl diese Strategie bereits angewandt worden war, die Wahl der Lösungsmittel in verschiedenen Arbeiten eher nach Versuch-und-Irrtum erfolgte, statt einer Auswahl, die auf einer rationalen Grundlage getroffen wurde,"  erklärt Jesús Esteban, Postdoktorand in der Vorholt-Gruppe und der Erstautor der genannten Arbeit. „Aus diesen Gründen stellt unser Beitrag einen 3-in-1-Versuch dar, der zunächst einen umfassenden Überblick über den Stand der Technik bei der Herstellung von 5-HMF und Furfural in zweiphasigen Medien gibt und dann die Methoden der Lösemittelauswahl unter dem Gesichtspunkt der Anwendung sowie unter Umwelt-, Gesundheits- und Sicherheitsaspekten behandelt. Schließlich soll ein Arbeitsablauf implementiert werden, der auf der Verwendung einer Methode der computergestützten Chemie wie COSMO-RS und Leitfäden zur Lösungsmittelauswahl basiert, um die vielversprechendsten grünen Lösungsmittel für diesen Fall vorzuschlagen", so Dr. Esteban.

Die kritische Überprüfung befasst sich mit Themen, die für die grüne Chemie von großer Bedeutung sind und unterstreicht die Bedeutung einer rationalen Methode für die Auswahl von Lösungsmitteln. Die Bedeutung dieser Arbeit wurde auch von der Redaktion der Zeitschrift anerkannt und als Innentitelbild der neuesten Ausgabe hervorgehoben.

Originale Publikation: Esteban, J., Vorholt, A.J., Leitner, W. (2020). An overview of the biphasic dehydration of sugars to 5-hydroxymethylfurfural and furfural: a rational selection of solvents using COSMO-RS and selection guides Green Chemistry 22(7), 2097-2128. https://doi.org/10.1039/C9GC04208C