Jahresbericht 2007 - Leibniz-Institut für Katalyse

Mikroverfahrenstechnik Mikroverfahrenstechnik
Themenleiter:
Dr. habil. Klaus Jähnisch
Tel.: (030) 6392 – 4146
Fax: (030) 6392 – 4454
klaus.jaehnisch@
catalysis.de
AiF-Projekt
Förderkennzeichen: 14182
Kooperationspartner:
B. Smarsly, S. Mascotto;
Justus-Liebig-Universität,
Giessen
Asymmetrische Hydrierung
von Ethylpyruvat
Heterogen katalysierte asymetrische
Hydrierung im Mikrofallfilmreaktor
Zielsetzung
Mikrostrukturierte Reaktoren weisen gegenüber konventionellen
Reaktoren deutliche Vorteile auf, wie z.B. verbesserte Isothermie,
intensiverer Stoffaustausch und ein deutlich geringeres
Gefährdungspotential. Während für gas/fest- und gas/
flüssig-Reaktionen zahlreiche Beispiele existieren, gibt es für
gas/flüssig/fest-Reaktionen nur wenige Untersuchungen. Eine
der wichtigsten Herausforderungen für die Entwicklung solcher
Prozesse ist die Herstellung von katalytisch aktiven Wandmaterialien
mit definierter Porosität und Kristallinität. Das Ziel der Arbeiten
bestand deshalb in der Untersuchung einer heterogen katalysierten
Mehrphasenreaktion in einem Mikrofallfilmreaktor unter Verwendung
von mesoporösen mit Platin imprägnierten Metalloxidschichten. Als
Modellreaktion wurde hierbei die asymmetrische Hydrierung von
Ethylpyruvat ausgewählt.
Ergebnisse
Es konnte erstmals gezeigt werden, dass die asymmetrische Hydrierung
von Ethylpyruvat in Gegenwart von Chinchonidin als chiraler Modifier
in einem Mikrofallfilmreaktor (vgl. Abb 1) als Dreiphasenreaktion
kontinuierlich durchgeführt werden kann. Dabei wird der heterogene
Hydrierkatalysator mit Hilfe eines Washcoatverfahrens auf die
mikrostrukturierte Reaktionsplatte aufgetragen. Das Ethylpyruvat
wird mit einer Hochdruckspritzenpumpe in den Reaktor gepumpt
und verteilt sich gleichmäßig als Fallfilm auf der Reaktionsplatte.
Der im Gasraum des Reaktors komprimierte Wasserstoff wird durch
die Flüssigphase transportiert und hydriert nach dem Erreichen der
festen Phase das Edukt.
Die Abb. 2 zeigt das Zeit-Umsatz-Verhalten für einen Pt/
Al O -Katalysator unter Verwendung von Ethanol bzw. Toluol als
2 3
Lösungsmittel. In Toluol wurde bei einem maximalen Umsatz von 68
% ein Enantiomerenüberschuss von 70 % erreicht.
In weiteren Arbeiten soll der Einfluss der Porosität, der Kristallinität
und der Größe der Edelmetallnanopartikel auf die Reaktivität und
den Enantiomerenüberschuss untersucht werden.
Literatur
[1] N. Steinfeldt, M. Sebek, M. Schneider, M.-M. Pohl, S. Mascotto, B.
Smarsly, K. Jähnisch, 41. Jahrestreffen Deutscher Katalytiker; Weimar , Februar
2008
Abb. 1 Mikrofallfilmreaktor
für die asymmetrische
katalytische Hydrierung
Mikroreaktionsplatte
beschichtet mit Pt/Al O 2 3
Abb. 2 Umsatz an
Ethylpyruvat und ee-Werte
in Abhängigkeit von der
Reaktionszeit für zwei
unterschiedliche Lösungsmittel
(Edelstahlplatte,
m : 51 mg, p : 5 bar,
cat H2
Flussrate: 0,5 ml/min, c(EP):
0,019 mmol/ml, 3750 ppm
Chinchonidin, T : 293 K).
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