title: Epoxidierung von Cycloocten mit perrhenatbasierten Ionischen Flüssigkeiten als mizellaren Katalysatoren
Creators: name: Schäffer, Johannes
Publisher: name: University of Bayreuth
Year: 2018
Subjects: subject: Katalyse
subject: Mizellen
subject: Epoxidierung
subject: Cycloocten
subject: ionische Flüssigkeiten
subject: Kinetik
subject: Perrhenat
subject: 620
subject: 660

description: Die Forschung in der chemischen Industrie sowie im universitären Bereich versucht zunehmend, technische Verfahren nachhaltiger und umweltverträglicher zu gestalten. Ein Ziel dieser sog. grünen Chemie besteht darin, die Verwendung organischer Lösungsmittel zu reduzieren. Folgt man den Prinzipien der grünen Chemie, so ist Wasser das Lösungsmittel der Wahl. Da aber viele organische Substrate in Wasser nur eine geringe Löslichkeit aufweisen, ist der Einsatz von Lösungsvermittlern für eine erfolgreiche Synthese im wässrigen Milieu häufig unumgänglich. Diese Lösungsvermittler führen zur Bildung von Mizellen, die die Reaktion zwischen hydrophoben Edukten in wässriger Umgebung beschleunigen und als Nanoreaktoren angesehen werden können, weshalb man hier von mizellarer Katalyse spricht. Aufgrund ihrer strukturellen Vielfalt sind auch ionische Flüssigkeiten (ILs) vielversprechende Lösungsvermittler bzw. Mizellenbildner.
Am Beispiel der zweiphasigen mizellar-katalytischen Epoxidierung von Cycloocten mit Wasserstoffperoxid als Oxidationsmittel wird in dieser Arbeit das Potential ionischer Flüssigkeiten als Mizellbildner und Katalysatoren in wässrigen Systemen aufgezeigt. Diese Reaktion dient als Modellreaktion für eine Reihe technisch wichtiger Epoxidierungen. Der überwiegende Teil der Untersuchungen wurde in Batch-Versuchen durchgeführt. Als Katalysatoren wurden neuartige perrhenatbasierte ILs mit mehrfach alkylsubstituierten Imidazoliumkationen der allgemeinen Form [R1R2R3Im]ReO4 verwendet. Sie zeigen im Gegensatz zu anorganischen Perrhenatsalzen, wie z.B. KReO4, deutlich höhere katalytische Aktivität. Der Grund liegt in der Bildung von Mizellen, was durch Untersuchungen zur Lösungsvermittlung und zur Reaktionskinetik nachgewiesen wurde. Die höchste Aktivität der untersuchten Katalysatoren besitzt 1,2-Dimethyl-3-Octylimidzaliumperrhenat ([OMMIm]ReO4). Die Kinetik der Epoxidierungsreaktion wurde mit einem Modell beschrieben, das auf dem enzymkinetischen Michaelis-Menten-Modell basiert. Hierfür wurde die klassische Michaelis-Menten-Kinetik an die Anforderungen der mizellaren Katalyse angepasst. Weitergehende Untersuchungen zeigten, dass die aktive Spezies auch durch den stöchiometrischen Einsatz einer oberflächenaktiven IL, wie z. B. [OMIm]BF4, und eines anorganischen Perrhenatsalzes, wie z. B. KReO4, gebildet wird. Auf diesem Weg konnte nicht nur die aufwendige und fehleranfällige Synthese der Perrhenat-ILs vermieden, sondern auch die Aktivität der Katalysatoren weiter gesteigert werden. Das Konzept wurde erfolgreich auf deutlich kostengünstigere Wolframate übertragen, was das Potential dieses Ansatzes unterstreicht. Abschließend wurde die Reaktion in einem Schlaufenreaktor durchgeführt, um mit Blick auf eine technische Anwendung eine Untersuchung auch unter kontinuierlichen und semikontinuierlichen Versuchsbedingungen zu ermöglichen.