Dehydratisierung von 1,2,4-Butantriol zu 2- bzw. 3-Hydroxytetrahydrofuran in nah- und überkritischem Wasser

8 Gemeinsame Fachthemen Nachwachsende Rohstoffe und Bioraffinerien T8.01 Chemisch-biotechnologische Prozesse für die Herstellung von biobasierten Produkten Prof. Dr. T. Hirth 1) (E-Mail:[email protected]), Dr. M. Wolperdinger 2) 1) Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik IGVT der Universität Stuttgart und Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrens- technik IGB, Nobelstraûe 12, D-70569 Stuttgart, Germany 2) InfraLeuna GmbH, Am Haupttor 3691, D-06237 Leuna, Germany DOI: 10.1002/cite.201050652 Nachwachsende Rohstoffe haben eine lange Tradition in der chemischen In- dustrie. Ressourcenverknappung, Treib- hauseffekt und das Streben nach nach- haltiger Entwicklung haben das Interesse an nachwachsenden Rohstof- fen noch verstärkt. Bis 1950 war Kohle der Basisrohstoff für die Herstellung chemischer Pro- dukte, heute beruht die chemische Pro- duktion im Wesentlichen auf Erdöl und Erdgas. Beim Übergang auf nachwachsende Rohstoffe sind neue biotechnologische und chemische Synthese- strategien und Herstellungsprozesse erforderlich, die es erlauben, chemische Produkte ökoeffizient herzustellen. Allerdings gibt es bei der Übertragung vom Labor- und Technikumsmaûstab in den industriellen Maûstab noch Fragen der Prozessskalierung, Kaskaden- und Mehrfachnutzung sowie der Integration der Stoffe in Wertschöpfungsketten zu lösen. Hierfür werden geeignete Pilot- anlagen benötigt, wie sie derzeit am Standort Leuna in Form des Chemisch- biotechnologischen Prozesszentrums (CBP) entstehen. Das Konzept und die Struktur des CBP Leuna erlauben die (i) Anknüpfung an die bestehenden Wert- schöpfungsketten, (ii) Nutzung der bestehenden Infrastruktur mit den Pro- dukt- und Energieverbünden und (iii) Integration von biotechnologischen Ver- fahren in die Verbundproduktion. Da- mit leistet das CBP Leuna einen Beitrag zur Steigerung des Anteils nachwach- sender Rohstoffe an der Rohstoffversor- gung der chemischen Industrie. V8.01 Dehydratisierung von 1,2,4-Butantriol zu 2- bzw. 3-Hydroxy- tetrahydrofuran in nah- und überkritischem Wasser A. Soler 1) (E-Mail: [email protected]), H. Vogel 1) 1) Technische Universität Darmstadt, Ernst-Berl-Institut für Technische und Makromolekulare Chemie, Petersenstraûe 20, D-64287 Darmstadt, Germany. DOI: 10.1002/cite.201050340 Auf der Suche nach nachhaltigen Syn- thesen für Zwischenprodukte stellt nah- und überkritisches Wasser als Reak- tionsmedium eine Alternative zu orga- nischen Lösungsmitteln dar. Di-, Tri- sowie Polyole sind sowohl durch bioche- mische als auch katalytische Verfahren aus Kohlenhydraten zugänglich. Die De- hydratisierung in nah- und überkriti- schem Wasser bietet die Möglichkeit des selektiven Abbaus der Überfunktionali- tät durch Hydroxylgruppen. Durch die groûe Eigendissoziation von Wasser un- ter diesen Bedingungen verlaufen Dehy- dratisierungsreaktionen oft ohne Zusatz oder mit nur katalytischen Mengen an Mineralsäuren oder Elektrolyten. Bei der Dehydratisierung von Diolen mit be- nachbarten Hydroxylgruppen, wie z. B. 1,2-Butandiol, erhält man den entsprechenden Aldehyd bzw. das Keton. Hin- gegen führt die Umsetzung von Poly- olen mit Hydroxylgruppen in 1,4- Stellung zu den entsprechenden Tetra- hydrofuranderivaten [1]. Am Beispiel der Dehydratisierung von 1,2,4-Butantriol zu 2-Hydroxy- und 3-Hydroxytetrahydrofuran soll gezeigt werden, was passiert, wenn gleichzeitig OH-Gruppen in 1,2- als auch in 1,4-Stel- lung vorliegen. Die Untersuchungen wurden in einem CSTR bei 300 ± 400 C, 20 ± 40 MPa, 15 ± 120 s Verweilzeit durchgeführt. Durch Zugaben geringer Mengen an Zinksulfat können tech- nisch relevante Umsätze und Ausbeuten erreicht werden. Als Hauptprodukt ent- steht bei 340 C, 34 MPa und 90 s 3-Hydroxytetrahydrofuran mit einer Se- lektivität von 62 % und 2-Hydroxytetra- hydrofuran von 42 % (Umsatz an 1,2,4- Butantriol 82 %). Abbildung. Reaktionsschema zur Dehydratisierung von 1,2,4-Butantriol. 8 Gemeinsame Fachthemen 1563 Chemie Ingenieur Technik Chemie Ingenieur Technik 2010, 82, No. 9 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim www.cit-journal.de

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