Continuous flow investigation of organocatalyzed reactions using gel-bound catalysts inside microfluidic reactors
Creators: name: Schmiegel, Carsten Janis
Publisher: name: Universität Paderborn
Year: 2021

description: Ziel der vorliegenden Arbeit war es, das Potenzial und die Möglichkeiten, aber auch mögliche Herausforderungen der Verwendung von Polymernetzwerken (Gelen) als Träger für Organokatalysatoren in verschiedenen Reaktionen zu bestimmen. Innerhalb von Gelen immobilisierte Organokatalysatoren wurden in einen mikrofluidischen Reaktor eingeführt. Die Vorteile eines mikrofluidischen Reaktors sind in erster Linie die minimierte Menge an erforderlichen Chemikalien und der kontinuierliche Betrieb eines solchen Reaktors. Diese Prinzipien führen zu einem sichereren Reaktionsmanagement und einer erhöhten Effizienz aufgrund der höheren lokalen Katalysatorkonzentration innerhalb der Reaktionskammer. Da die Größe des mikrofluidischen Reaktors unveränderlich ist, wurden die Dimensionen der erhaltenen Netzwerkstrukturen speziell an die Bedingungen und Anforderungen innerhalb des Reaktors angepasst. Die auf diese Weise eingestellten Systeme wurden nachfolgend in den Reaktor eingebaut und die Leistungsfähigkeit anschließend für verschiedene organokatalysierte Reaktionen untersucht. In der vorliegenden Arbeit konnten verschiedene Organokatalysatoren auf L-Prolin-Basis hergestellt und erfolgreich immobilisiert werden. Das Quellverhalten der resultierenden katalytisch aktiven Gelstrukturen konnte detailliert analysiert werden und die katalysatorhaltigen Gele wurden erfolgreich zur Durchführung und eingehenden Analyse der asymmetrischen Aldolreaktion sowie einer reduktiven Dimerisierungsreaktion von Nitrosoaromaten eingesetzt. In diesem Kontext wurden verschiedene Zusammenhänge zwischen der Gelzusammensetzung und der Photopolymerisation untersucht und adjustiert. Unter Verwendung des auf diese Weise optimierten Reaktors konnten sowohl im Falle der asymmetrischen Aldolreaktion als auch der Dimerisierungsreaktion zahlreiche verschiedene Derivate hergestellt werden.
description: The aim of the present work was to determine the potential and possibilities, but also possible challenges, of using polymer networks (gels) as carriers for organocatalysts in various reactions. Organocatalysts immobilized within polymer networks were introduced into a microfluidic reactor. The advantages of such a microfluidic reactor are primarily the minimized amount of chemicals required and the continuous operation of the reactor. These principles lead to safer reaction management and increased efficiency due to the higher local catalyst concentration inside of the reaction chamber. Since the size of the microfluidic reactor is invariable, the dimensions of the network structures obtained were specifically adapted to the conditions and requirements within the reactor. The systems adjusted in this way were then built into the reactor and examined by performing various organocatalyzed reactions. In the present work different L-proline based organocatalysts could be produced and successfully immobilized. The swelling behavior of the resulting catalytically active gel structures was analyzed in detail and the catalyst containing gels were used successfully for the implementation and in-depth analysis of the asymmetric aldol reaction as well as a reductive dimerization reaction of nitroso arenes. In this context, various relationships between the gel composition and the photopolymerization were investigated and adjusted. Using the reactor optimized in this way, numerous different derivatives could be produced for both, the asymmetric aldol reaction as well as the dimerization reaction.