Mikroverfahrenstechnik zur nachhaltigen Prozessintensivierung sicherer pr\u00e4parativer DiazoalkanchemieIn diesem Projekt wird die Mikroreaktionstechnik (MRT) genutzt, um N-Methyl-N-nitroso-p-toluensulfonamid (MNTS bzw. Diazald\u00ae), die wahrscheinlich wichtigste Vorstufe zur Bereitstellung des industriell begehrten C1-Synthesebausteins Diazomethan, in einer mehrstufigen Synthese ausgehend von p-Toluensulfons\u00e4ure (p-TsOH) zu gewinnen. Die besonderen Eigenschaften der MRT sollen dabei f\u00fcr die einzelnen Synthesestufen Vorteile und deutliche Effizienzsteigerungen mit sich ziehen. Weiterhin soll ein durchgehend kontinuierlicher Gesamtprozess entstehen, der im Weiteren den Anschluss der bereits erprobten eigentlichen Gewinnung sowie Nutzung des Diazomethans aus MNTS[1] mit der MRT m\u00f6glich macht und somit eine abgeschlossene Prozesseinheit f\u00fcr die Diazomethan-Chemie bildet. Die Nachhaltigkeit dieser Prozesseinheit erf\u00e4hrt eine weitere Steigerung, wenn anfallende Nebenprodukte wieder oder weiter verwertbar sind. In diesem Fall eignet sich das w\u00e4hrend der Diazomethanfreisetzung anfallende p-TsOH gegebenenfalls f\u00fcr den erneuten Aufbau zum MNTS. Die Aufarbeitung, R\u00fcckf\u00fchrung und Recyclisierung des p-TsOH ist daher ein weiterer Schwerpunkt in der ganzheitlichen Prozessf\u00fchrung. Die drei notwendigen Synthesestufen zur Produktion von MNTS wurden in diesem Projekt bereits untersucht. Zur Bewertung der Effizienz der Synthesen wurde die einfach zu handhabende Software EATOS[2],[3] herangezogen, aber auch weitere Kriterien betrachtet, wie die Raum-Zeit-Ausbeute (RZA) und Energieeffizienz. Es wurde gefunden, dass die erste Stufe, die Chlorierung von p-TsOH zu p-Toluensulfonchlorid (p-TsCl), aus technischen und stofflichen Gr\u00fcnden nicht kontinuierlich mit der MRT durchgef\u00fchrt werden kann, obwohl einige gef\u00e4hrliche Stoffeigenschaften der zu verwendenden Chlorierungsmitteln f\u00fcr die Verwendung der MRT spr\u00e4chen. Insbesondere die allgemein heterogene Reaktionsf\u00fchrung (fl\u00fcssig-fest) verhindert den Einsatz der MRT. Dieser Schritt wird daher aus der Planung zur kontinuierlichen Verfahrensweise herausgenommen und konventionell in diskontinuierlicher Verfahrensweise durchgef\u00fchrt. Gr\u00f6\u00dfere Nachteile ergeben sich dadurch nicht, da eine Angliederung an bereits diskontinuierlich geplante Aufarbeitung und R\u00fcckf\u00fchrung von p-TsOH m\u00f6glich ist. M\u00f6gliche Effizienzvorteile ergeben sich daher auch nur aus der Wahl der Synthesemethode bzw. des Chlorierungsmittels (z.B. Thionylchlorid oder Phosphorpentachlorid).Die zweite Synthesestufe, die Aminolyse von p-TsCl zu N-Methyl-p-toluensulfonamid (p-TsNHMe) mit Methylamin, wurde bereits soweit optimiert, dass sie kontinuierlich mit hoher Performance (quantitative Ums\u00e4tze und Ausbeuten) mittels durchf\u00fchrbar ist. Die Optimierung zeigt nicht nur deutliche Effizienzvorteile und gesteigerte RZAs, sondern auch klare Vorteile durch Verwendung der modernen Technologie. Da die Reaktion sehr schnell und stark exotherm ist, bietet die MRT mit der M\u00f6glichkeit eines schnellen W\u00e4rmeaustausches die idealen Bedingungen zur effektiven K\u00fchlung. Durch das geschickte Ausnutzen von Phasentrennungen ist es aufgrund von Aussalzeffekten weiterhin m\u00f6glich, das Produkt nahezu quantitativ in hoher Konzentration in organischer L\u00f6sung zu erhalten, w\u00e4hrend das Abfallprodukt Methylammoniumhydrochlorid in w\u00e4ssriger L\u00f6sung abgetrennt wird. Das als am besten geeignete L\u00f6sungsmittel wurde bisher Acetonitril befunden, da es hohe Konzentrationen (3 mol\/l) erm\u00f6glicht und in der Bewertung mit EATOS die geringsten \u00f6kologischen Nachteile mit sich bringt.Die dritte Stufe, die Nitrosierung von p-TsNHMe mit Natriumnitrit (NaNO2) zum Zielprodukt MNTS, wird ebenfalls bereits kontinuierlich durchgef\u00fchrt. Es zeichnen sich in Optimierungsversuchen ebenfalls Vorteile und Steigerungen in der Effizienz gegen\u00fcber konventionellen Methoden ab. Die diskontinuierlichen Optimierungen zeigen, dass auf n\u00f6tige \u00dcbersch\u00fcsse an NaNO2 und HCl relativ wenig Einfluss genommen werden kann, aber grunds\u00e4tzlich wieder eine gute Performance (quantitative Ums\u00e4tze und Ausbeuten > 80 %) zu erreichen ist. Hier gilt es vor allen Dingen, die lange Reaktionszeit durch die intensive Mikrovermischung mit der MRT zu reduzieren. Phasentrennungen aufgrund von Aussalzeffekten k\u00f6nnen auch in diesem Reaktionsschritt vorteilhaft zur Produkttrennung verwendet werden.Die Verbindung der Aminolyse mit der Nitrosierung im kontinuierlichen Betrieb wird momentan untersucht und verl\u00e4uft weitestgehend unproblematisch. Daf\u00fcr ist nach der Aminolyse nur die Zuf\u00fchrung eines \u00dcberschusses Salzs\u00e4ure n\u00f6tig, um die n\u00f6tigen aciden Bedingungen f\u00fcr die Nitrosierung zu schaffen. Endg\u00fcltige Aussagen zur Nitrosierung k\u00f6nnen noch nicht getroffen werden, da die Untersuchungen zur kontinuierlichen Verfahrensweise noch abzuschlie\u00dfen sind.Im weiteren Verlauf der Arbeiten wird zun\u00e4chst die Erstellung der Gesamtanlage stehen, sowie die Anbindung an die nachfolgende Prozesseinheit, n\u00e4mlich die Freisetzung von Diazomethan und dessen Reaktion. Der n\u00e4chste Teil des Projektes muss sich dann detailliert mit der Aufarbeitung und R\u00fcckf\u00fchrung des p-TsOH befassen und auch die g\u00fcnstigsten Bedingungen zur diskontinuierlich durchzuf\u00fchrenden Chlorierung schaffen, womit die gew\u00fcnschte ganzheitliche Prozesseinheit zur Diazomethan-Chemie fertig gestellt w\u00e4re. Mit einer solchen Prozesseinheit wird es m\u00f6glich sein, die Vorteile des C1-Synthesebausteins Diazomethan auf einen analogen gr\u00f6\u00dferen Synthesebaustein (wie C2 oder C3) zu \u00fcbertragen. Daher soll im weiteren Verlauf der Arbeit mit der Prozesseinheit die beispielhafte Synthese von mindestens einem weiteren Diazoalkan (z.B. Diazoethan oder Diazopropan) bzw. respektive seiner Vorstufen gezeigt werden. Um abschlie\u00dfend den industriellen Nutzen der Prozesseinheit zu \u00fcberpr\u00fcfen, soll die bisher genutzte Modellreaktion zur Umsetzung des Diazomethan mit einer pharmazeutisch relevanten Synthese ersetzt werden.[1] M. Str\u00fcmpel, B. Ondruschka, R. Daute, A. Stark, Green. Chem., 2008, 10 (1), 41.[2] M. Eissen, Bewertung der Umweltvertr\u00e4glichkeit organisch-chemischer Synthesen, Oldenburg (Germany), 2001.[3] http:\/\/www.chemie.uni-oldenburg.de\/oc\/metzger\/eatos\/deutsch.htm, 07.11.2008.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Mikroverfahrenstechnik zur nachhaltigen Prozessintensivierung sicherer pr\u00e4parativer DiazoalkanchemieIn diesem Projekt wird die Mikroreaktionstechnik (MRT) genutzt, um N-Methyl-N-nitroso-p-toluensulfonamid (MNTS bzw. Diazald\u00ae), die wahrscheinlich wichtigste Vorstufe zur Bereitstellung des industriell begehrten C1-Synthesebausteins Diazomethan, in einer mehrstufigen Synthese ausgehend von p-Toluensulfons\u00e4ure (p-TsOH) zu gewinnen. Die besonderen Eigenschaften der MRT sollen dabei f\u00fcr die einzelnen Synthesestufen Vorteile und deutliche Effizienzsteigerungen […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[2477],"class_list":["post-53012","promotionsstipendium","type-promotionsstipendium","status-publish","hentry","tag-deutschland"],"meta_box":{"dbu_stipendiaten_az":"20006\/878","dbu_stipendiaten_anrede":"","dbu_stipendiaten_nachname":"Str\u00fcmpel","dbu_stipendiaten_vorname":"Michael","dbu_stipendiaten_titel":"Dr.","dbu_stipendiaten_fbeginn":"2007-01-01 00:00:00","dbu_stipendiaten_fende":"2009-12-31 00:00:00","dbu_stipendiaten_e_anschrif":"Friedrich-Schiller-Universit\u00e4t Jena
Institut f\u00fcr Technische Chemie und Umweltchemie","dbu_stipendiaten_betreuer":"Prof. Dr. Bernd Ondruschka","dbu_stipendiaten_email_dienst":"michael.struempel@uni-jena.de"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/53012","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/promotionsstipendium"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/53012\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":59024,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/promotionsstipendium\/53012\/revisions\/59024"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=53012"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=53012"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=53012"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}