ISBN 978-3-8439-2885-4

978-3-8439-2885-4, Reihe Verfahrenstechnik

Alexander Kämper
Iridium- und Ruthenium-katalysierte Hydroformylierung: Reaktionsoptimierung, Prozessentwicklung und Scale-Up in den Miniplant-Maßstab

203 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Katalysatoren auf Basis von Iridium- und Ruthenium wurden in der Hydroformylierung bislang kaum angewendet, besitzen aber ein großes Potential zur Substitution industriell häufig verwendeter Rhodium-Katalysatoren. Daher erfolgten im Rahmen dieser Arbeit erstmalig Untersuchungen zur Iridium- und Ruthenium-katalysierten Hydroformylierung hinsichtlich einer technischen und kontinuierlichen Anwendung.

Dazu wurde eine flexible Miniplant projektiert, aufgebaut und erfolgreich in Betrieb genommen, mit der eine Verwendung unterschiedlicher Katalysatoren, Substrate und Katalysator-Recyclingkonzepte möglich ist.

Eine Optimierung der Iridium-katalysierten Hydroformylierung von 1-Octen im Labormaßstab führte zu hohen Chemoselektivitäten bzgl. der C9-Aldehyde von bis zu 94%. Dabei kann die unerwünschte Nebenreaktion zu n-Octan mit Hilfe von Additiven, wie LiCl, merklich gesenkt und ein hoher Umsatz von 86% nach 4 h erzielt werden. Mit dem polaren Lösungsmittel N,N-Dimethylformamid und einer ex-situ Extraktion mit 2,2,4-Trimethylpentan wurde ein effizientes Katalysator-Recyclingkonzept mit einem minimalem Katalysator-Leaching von 0,2% entwickelt. Anhand des erfolgreichen Scale-Up in den Miniplant-Maßstab sowie einer Parameteroptimierung zeigte sich die gute Katalysator-Aktivität und -Stabilität des Ir(cod)(acac)/TPPMS-Systems. In Langzeitversuchen von bis 120 h konnte mit den Substraten 1-Octen bzw. 1-Penten ein stationärer Anlagenbetrieb gewährleistet sowie Umsätze von bis zu 85% und Chemoselektivitäten von bis zu 94% erzielt werden.

Bei der Ruthenium-katalysierten Hydroformylierung von 1-Octen stellten sich die hohe Aktivität mit Umsätzen von 90% nach 1 h und die hohe Regioselektivität mit 97% als besonders positiv heraus. Anhand der Ru3(CO)12-Konzentration, der Menge an imidazolsubstituierten-Phosphin-Liganden [L-16] und dem Druck konnte die Reaktion in N,N-Dimethylformamid optimiert und die Isomerisierung zu n-Octenen minimiert werden. Mit einer ex-situ Extraktion wurde das Katalysator-Recycling gewährleistet, sodass anschließend die erstmalige Übertragung in den kontinuierlichen Anlagenbetrieb erfolgte. In Langzeitversuchen von bis zu 80 h konnte mit Hilfe einer Katalysator-Auffrischung ein stationärer Anlagenbetrieb mit Umsätzen von 60%, Chemoselektivitäten von 75% und Regioselektivitäten von 94% gewährleistet werden.