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Bioabbaubare Tenside durch reduktive Aminierung von Isomaltulose

Cartarius, Ralph :
Bioabbaubare Tenside durch reduktive Aminierung von Isomaltulose.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2000)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Bioabbaubare Tenside durch reduktive Aminierung von Isomaltulose
Language: German
Abstract:

Die Ausarbeitung chemischer Verfahren ist ein sehr komplexer Arbeitsprozeß. In dieser Arbeit wurde ein erstes erfolgversprechendes Verfahrenskonzept zur reduktiven Aminierung von Isomaltulose mit n-Dodecylamin erarbeitet (Heterogenkatalysator, Reaktion und Aufarbeitung), womit die erste Hürde für ein neues chemisches Verfahren genommen wurde. Für die Untersuchungen wurde eine diskontinuierliche und kontinuierliche Hydrieranlage sowie ein HPLC-Trennverfahren entwickelt und aufgebaut. Hauptproblematik der Aminierung ist die Desaktivierung der Hydrierkatalysatoren, die auf Produkte der Maillard-Reaktion und des alkalischen Zuckerabbaus („Braunprodukte") zurückgeführt werden konnte. Dabei ist die desaktivierende Wirkung der Braunprodukte, deren Bildungsgeschwindigkeit mit der Eduktkonzentration, der Reaktionstemperatur und dem pH-Wert der Reaktionslösung sowie abnehmender Hydrieraktivität des Katalysators zunimmt, vermutlich auf die Bildung einer Fouling-Schicht auf der Katalysatoroberfläche zurückzuführen. Entscheidend für die Realisierbarkeit des Verfahrens war die Entwicklung eines Hydrierkatalysators, was durch systematische Tests verschiedener Katalysatoren von Übergangsmetallen (Rh, Pt, Pd, Co, Ni, Cu) erfolgte. Hauptzielgröße war die Steigerung der Katalysatoraktivität, da nur so eine effektive Unterdrückung der Braunprodukte bei gleichzeitig nahezu unveränderten Ausbeuten und -selektivitäten möglich ist. Im Vergleich zu allen bisher untersuchten Katalysatoren zeigen Palladiumkatalysatoren eine deutlich höhere Hydrieraktivität, die höchste Langzeitstabilität sowie ausgezeichnete Selektivitäten. Reaktionsmechanistische Untersuchungen hatten zum Ziel einen ersten vereinfachten Reaktionsmechanismus abzuleiten. Dabei konnte zunächst systematisch nachgewiesen werden, daß Stofftransportlimitierungen keinen Einfluß auf die effektive Reaktionsgeschwindigkeit ausüben. Limitierend ist vielmehr der zur Bildung des Hauptproduktes notwendige Isomerisierungsschritt, der über eine Säure-Base-katalysierte Ketose-Aldose-Umlagerung der Isomaltulose erfolgt (Lobry de Bruyn-Alberda van Ekenstein-Umlagerung). In Anlehnung an diese und weitere Ergebnisse wurde ein vereinfachtes Reaktionsschema und ein erster kinetischer Ansatz abgeleitet. Die Untersuchung verschiedener Aufarbeitungskonzepte zeigte, daß Spuren nicht umgesetzten Fettamins mit Hilfe einer Wasserdampfdestillation aus dem Produkt entfernt werden können. Basierend auf diesem Aufarbeitungskonzept wurde abschließend ein erstes Verfahrenskonzept für eine kontinuierlich betriebene Anlage zur reduktiven Aminierung von Isomaltulose vorgestellt, auf dessen Basis ein neues Verfahren zur technischen Reife geführt werden soll.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The elaboration of a chemical process is a very complex working procedure. In this thesis a first promising concept for the reductive amination of isomaltulose with dodecylamine was elaborated (heterogeneous catalyst, reaction and product separation), whereby the first hurdle was taken for a new chemical process. For the examinations a discontinuous and a gradientless continuous hydrogenation apparatus as well as a HPLC separation device was developed and constructed. Main problem of the amination reaction is the deactivation of the employed hydrogenation catalysts, which could be attributed to Maillard- and alkaline degradation products of the sugar („browning products"). The deactivating effect of these by-products is presumably caused by the generation of a fouling layer on the surface of the catalyst and their rate of formation increases with the concentration of the starting compounds, the temperature and the pH of the reaction mixture as well as decreasing hydrogenation activity of the catalyst. A deciding step for the practicability of the process was the development of a hydrogenation catalyst through a systematic test of catalysts based on different transition metals (Rh, Pt, Pd, Co, Ni, Cu). Main goal was the enhancement of catalyst activity, since only this way lead to an effective suppression of browning products with simultaneously virtually unchanged product yields and selectivities. Compared to all, palladium based catalysts exhibit a much higher hydrogenation activity, the highest long-time-stability as well as excellent selectivities. Mechanistic examinations had the aim to derive a first simplified reaction mechanism. In the first instance it was proven systematically that mass transfer exert no influence on the effective reaction rate. The rather rate limiting step in the reaction sequence to the main product is the essential ketose to aldose transformation of isomaltulose also known as the acid-base-catalyzed Lobry de Bruyn-Alberda van Ekenstein rearrangement. Based on these and other results a simplified reaction scheme and a first kinetic model could be derived. Studies of different product separation methods revealed that traces of unconverted fatty amine can be removed by a watersteam distillation. Based on this separation a first concept for the whole continuously operated process is introduced, which is the basis for the development of a new procedure to technical maturity.English
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: Fachbereich Chemie
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:20
Last Modified: 07 Dec 2012 11:46
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000027
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-279
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Gaube, Prof. Dr. J.
Advisors: Vogel, Prof. Dr.- H.
Refereed: 31 May 1999
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/27
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