Gezielte Oxidation von Kohlenwasserstoffen

Schneller vom Erdöl zum Damenstrumpf

Gezielte Oxidation von Kohlenwasserstoffen

Adipinsäure ist ein wichtiger Baustein für eine Reihe chemischer Produkte, etwa für Kunststoffe und Kunstfasern wie das Nylon – der Stoff aus dem die Damenstrümpfe sind. Großtechnisch wird Adipinsäure, eine Kohlenwasserstoffkette
aus sechs Kohlenstoffatomen mit je einer Säure-Funktion an beiden Enden, meist aus Cyclohexan gewonnen. Dieser Kohlenwasserstoff-Sechsring muss dazu unter Ringöffnung in mehreren einzelnen Verfahrensschritten oxidiert werden. Gesättigte Kohlenwasserstoffe wie Cyclohexan sind wichtige Bestandteile des Rohöls. Leider sind sie ausgesprochen unwillig, chemische Reaktionen einzugehen. Erst die aufwendige, umweltbelastende Oxidation macht sie zu wertvollen Ausgangsmaterialien für die chemische Industrie. Britische Forscher um Sir John Meurig Thomas lässt diese Herausforderung nicht los: Sie suchen nach einer Strategie, um gesättigte Kohlenwasserstoffe in einem Schritt mit Luftsauerstoff zu den gewünschten Produkten umzusetzen.

Thomas und seine Mitarbeiter haben eine neue Katalysatorklasse entworfen, um ohne Umwege von Cyclohexan direkt zur Adipinsäure zu gelangen. Der Katalysator basiert auf Aluminiumphosphaten, die so synthetisiert werden, dass sie Mikroporen bilden. Ein kleiner Anteil des Aluminiums wird durch Eisen-Ionen ersetzt. Sie sitzen an der inneren Wand der winzigen Käfige und sind die aktiven Zentren, an denen die Reaktion stattfindet. Wichtig ist es, Form und Größe der Poren sorgfältig einzustellen, um die gewünschte Selektivität zu erreichen: Nur Produkte mit passender Molekülform und -größe können die Poren verlassen.Andere, wie die zyklischen Zwischenprodukte der Cyclohexan-xidation, verbleiben im Poreninnern und sind zur Weiterreaktion gezwungen. Die linearen Ketten dagegen sind beweglich genug, um die Poren zu verlassen. Auf diese Weise wird Adipinsäure als Hauptprodukt – neben einer Reihe verschiedener Nebenprodukte – erhalten.

„Mit unserer Arbeit wollten wir in erster Linie einen Design-Ansatz liefern. Viele neue Katalysatoren zur umweltfreundlichen Umsetzung organischer Moleküle in nutzbare Produkte sollen darauf basieren,“ erläutert Thomas. Und ein entscheidender Meilenstein ist seiner Forschertruppe bereits gelungen – mit einem Katalysator, dessen Käfige Cobalt statt Eisen enthalten und dessen
Porengröße auf Hexan zugeschnitten wurde: So konnten erstmals nennenswerte Mengen an Adipinsäure direkt aus Hexan gewonnen werden.

Dies ist aber nur ein Etappensieg auf dem Weg, irgendwann auch Methan,Hauptbestandteil von Erdgas, als Ausgangsmaterial für die Chemische Industrie nutzbar zu machen.

Kontakt:

Prof. Dr. Sir J.M. Thomas
The Royal Institution
of Great Britain
Davy Faraday Research
Laboratories
21 Abemarle Street
London W1X 4BS
Großbritannien

Fax: (+44) 171-629-3569

E-mail: jmt@ri.ac.uk

Quelle: Angewandte Chemie 2000, 112 (13), 2399 – 2402, 2403 – 2406
Hrsg.: Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh)