Hydrierungen und Hydroformylierungen

Prof. Armin Börner

Homogen katalysierte Hydrierungen und Hydroformylierungen spielen eine wichtige Rolle bei vielen Synthesen in der Chemischen und Pharmazeutischen Chemie, sowie bei der Herstellung von Geruchsstoffen und Agrochemikalien. Insbesondere die Hydrierung kann als eine der am weitesten verbreiteten chemischen Transformationen zur Herstellung von Alkanen, Alkoholen und Aminen aus unterschiedlichsten Ausgangsprodukten angesehen werden. Die Hydroformylierung ist eine wichtige Reaktion zur Umwandlung von Alkenen in Aldehyde, wobei letztere wiederum wichtige Edukte für weiterführende Transformationen (z. B. zu Alkoholen, Carbonsäuren, Aminen usw.) sind. Ein besonderer Vorteil homogener Reaktionsführung ergibt sich aus dem hohen Potential zur Steuerung von Chemo-, Regio- und Stereoselektivität der chemischen Umsetzung. Die Herstellung von enantiomerenreinen Produkten durch asymmetrische Hydrierung stellt einen besonderen Schwerpunkt des Bereiches dar. 

Im Bereich existiert eine über 20 jährige Expertise auf beiden Gebieten. Dabei werden alle Aspekte moderner Katalyseforschung berücksichtigt, wie z. B. Synthese von Substraten und chiralen Liganden, Synthese und vollständige Charakterisierung, wie z. B. 103Rh-NMR und in situ HP-NMR Spektroskopie, in situ HP-IR-Spektroskopie, in situ UV/Vis-Spektroskopie von Präkatalysatoren und Katalysatoren, Stabilitätsuntersuchungen von Liganden und Komplexen, DFT-Rechnungen und kinetische Untersuchungen. Es stehen für die Reaktionen unter Normal- und erhöhtem Druck (bis 200 bar) Autoklaven unterschiedlichem Volumens, einschließlich Parallelreaktoren zur Verfügung. Ein Up-scaling bis zu 3000 l ist in Kooperation mit einem ständigen Industriepartner möglich. Totalsynthesen, z. B. im Rahmen von Patentumgehungsverfahren, von bis zu 20 Reaktionsstufen unter Einbeziehung von Hydrier- bzw. Hydroformylierungsschritten werden ebenfalls durchgeführt. Seit einiger Zeit werden auch heterogen katalysierte Katalysen untersucht.

In enger Zusammenarbeit mit der Industrie entwickeln wir anwendungsfähige Detaillösungen, die auf die Katalysatorsubstitution oder die Verfahrensneuentwicklung abzielen. Zu unseren Kooperationspartnern gehörten bzw. zählen weiterhin: BASF (Ludwigshafen), Bayer Healthcare (Wuppertal), Boehringer-Ingelheim, ChiroBlock (Wolfen), Degussa Homogeneous Catalysts (Hanau), DSM (Basel), Esteve (Barcelona), Grünenthal (Aachen), Hansen & Rosenthal (Hamburg), Miltitz-Aromen (Leipzig), Miltitz Aromatics (Bitterfeld), Mitsubishi Gas Chemicals (Düsseldorf), Mitsubishi Gas Chemicals (Tokyo), Hüls AG/Oxeno C4-Chemie/Evonik Industries (Advanced Intermediates), ratiopharm (Ulm/Basel), Taminco (Gent), Solvias (Basel) and Uhde/ThyssenKrupp (Leuna).

Der Forschungsbereich gliedert sich in die Themenfelder:

 

Wagen Sie den Schritt in eine Welt, in der es einen Zusammenhang gibt zwischen Zucker und Entscheidungsfreudigkeit oder Höhlenzeichnungen und Formelsprache. Sehen Sie, wie die Chemie die Welt strukturiert und Chemiekenntnisse zu einem tieferen Verständnis unserer Lebenswelt beitragen können.

Vieles von dem, was in diesem Buch steht haben Sie im Chemieunterricht gelernt - Sie haben es wahrscheinlich in einer Kurve Ihres Gehirns abgelegt und vergessen. Entweder, weil Sie meinen es nicht verstanden zu haben oder, weil Sie glauben, dass es keine Relevanz für Ihren Alltag hat. Das Gegenteil ist der Fall. Die Chemie ist der rote Faden, der alle Bereiche unseres Lebens verbindet.

Dieses Buch ist für jene geschrieben, die sich intensiver mit unseren Lebensgrundlagen beschäftigen möchten. Es kann aber auch als ergänzendes bzw. einführendes Lehrbuch in die organische Chemie gelesen werden.

 

Lebewesen unterscheiden sich durch ihre chemische Basis. Somit ist das Wissen um die Eigenschaften der Elemente und die Wechselwirkungen der daraus entstehenden Verbindungen Voraussetzung für das Verständnis der Biologie.

Die Chemie beantwortet die Fragen, warum unter den über 100 Elementen des Periodensystems (PSE) der Kohlenstoff und nicht das Silicium das dominierende Element in der Biologie ist und warum Edelmetalle, wie Gold und Silber, keine Rolle spielen. Das PSE gibt Auskunft darüber, warum die Phosphorsäure und nicht die Schwefelsäure als Brücke in den Polynucleinsäuren fungiert und warum sich die DNA aus der RNA entwickeln musste. Gleichzeitig macht nur die Chemie deutlich, warum die D-Glucose so zentral beim Aufbau von Biopolymeren wie Cellulose und Glycogen ist und weshalb der Citratzyklus in sich logisch geschlossen und alternativlos ist. Biochemie ist ebenfalls eine Synthesechemie, die sich von der „menschengemachten“ Synthesechemie „nur“ hinsichtlich der Rahmenbedingungen unterscheidet. Aus der Vielzahl der Elemente des PSE und der fast unendlichen Anzahl von chemischen Verbindungen werden einzelne selektiert. Die Selektion erfolgt aufgrund der Umweltbedingungen auf der Erde, wie moderate Temperaturen, vorzugsweise Atmosphärendruck, Lösungsmittel Wasser und als primärer Reaktionspartner Sauerstoff.

Es wird die Hypothese entwickelt, dass der Leitgedanke der modernen Biologie, die Evolutionstheorie, ihre Wurzeln in der zugrundeliegenden Chemie hat. Damit wird der Darwinismus vom biologischen Kopf auf die chemischen Füße gestellt. Zum Beispiel ist die Wirkung von Phenolen als Radikalfänger a priori chemisch, ehe daraus biologische Phänomene als Distinktionsunterschiede bei farbigen Blütenpflanze evolvieren konnten. Das Buch entwickelt eine völlig neue, chemiezentrierte Sicht auf die „belebte Natur“ und fordert zu einer veränderten, biologisch orientierten Chemiedidaktik in Schulen und Universitäten heraus.