Entwicklung neuer Hochdurchsatzverfahren für heterogen katalysierte Flüssigphasenreaktionen an den Beispielen der Hydrierung von alpha,beta-ungesättigten Aldehyden und der oxidativen Decarboxylierung von Carbonsäuren

Abstract

Im Bereich der heterogen katalysierten Flüssigphasenreaktion wurden zwei unterschiedliche Hochdurchsatzverfahren entwickelt. Im ersten Ansatz wurden mit einem kommerziell erhältlichen Syntheseroboter dotierte Cobaltoxide als Katalysatoren für die Hydrierung von α,β-ungesättigten Aldehyden zu α,β-ungesättigten Alkoholen getestet. Durch Dotierung mit 1 mol% Zirkonium, konnte die Aktivität des reinen Cobaltkatalysators verfünffacht werden, wobei es zu signifikanten Selektivitätsverlusten kam. Es konnte gezeigt werden, dass Zirkon als struktureller Promotor wirkt, da es die Porenstruktur während der reduktiven Katalysatorvorbehandlung stabilisiert. Die Weiterentwicklung zum ternären System durch Zugabe von 2 mol% Bismuth führte schließlich zu einem ähnlich aktiven Material, wobei die gute Grundselektivität des reinen Cobalts zurück gewonnen werden konnte. Im zweiten Ansatz wurde ein einfaches, kostengünstiges Reaktorsystem entwickelt, das sich mit jeder gängigen Laborausstattung betreiben lässt. Nach der erfolgreichen Testung des Systems mit einem literaturbekannten homogenen Katalysatorsystem für die oxidative Decarbo-xylierung von Carbonsäuren wurde dieses bei der Suche nach heterogenen Katalysatoren für die Modellreaktion verwendet. Jedoch konnte kein heterogener Katalysator gefunden werden. Daher wurde als Grundlage für folgende Arbeiten in der Gasphase mit ortsaufgelöster Gaschromatographie weitergearbeitet.

Two new high-throughput systems in the field of heterogeneously catalysed liquid phase reac-tions were developed. In the first approach doped cobalt oxides were tested as catalysts for the hydrogenation of α,β-unsaturated aldehydes to α,β-unsaturated alcohols using a commercially available synthesis robot. Due to the addition of 1 mol% Zirconium the activity of the pure cobalt catalyst could be improved by a factor of five but with a significant loss of selectivity. It could be shown that Zirconium acts as a structural promoter stabilising the pore structure during the reductive catalyst pre-treatment. The further development to the ternary system by the addition of 2 % Bismuth finally led to a similarly active material exhibiting the high se-lectivity of the non-doped cobalt catalyst. With the second approach a simple, cheap reactor system was developed. This system can be run with standard laboratory equipment and after the successful testing with a literature-known homogeneous catalyst for the oxidative decarboxylation of carboxylic acids a search for heterogeneous catalysts for the model reaction was performed. Because the search ended with a negative result the further work was shifted to the gas phase using spatially resolved gas chromatography as basis for future works.