Bewertung der Umweltverträglichkeit organisch-chemischer Synthesen

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Marco Eissen

Populärwissenschaftlicher Bericht von Christoph Meier unter:http://www.ethlife.ethz.ch/articles/tages/eatoseissen.htmlDissertation im Internet: http://docserver.bis.uni-oldenburg.de/publikationen/bisverlag/2002/eisbew01/eisbew01.htmlDownload der Software:http://www.chemie.uni-oldenburg.de/oc/metzger/eatos/Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde erstmalig ein Konzept für Forschung und Ausbildung entwickelt, mit dem mit Blick auf Ressourcennutzung und Umweltverträglichkeit Synthesen bereits im Labor einfach und schnell miteinander verglichen werden können und eine Schwachstellenanalyse durchgeführt werden kann. Das Konzept fußt auf einem integrierten Kennzahlsystem, das anwenderfreundlich in einem Computerprogramm eingebunden ist und mit dem u.a. in die Synthese eingehende Substanzen (Rohstoffe: Edukte, Lösungsmittel, Katalysatoren, Hilfsstoffe) und austretende Substanzen (Abfall: alle Stoffe, die nicht Produkt sind) bezogen auf eine Produkteinheit quantifiziert werden. Mit dem Massenindex S-1 [kg Rohstoffe / kg Produkt] und dem Umweltfaktor E [kg Abfall / kg Produkt] lassen sich damit Synthesen hinsichtlich Materialumsatz und Abfall miteinander vergleichen und ressourceneffektivere Synthesen identifizieren. Der Verbundgedanke, beispielsweise Lösungsmittel, verwertbare Koppel- oder Nebenprodukte zu nutzen, kann in diesem Konzept berücksichtigt werden. Um die Umweltverträglichkeit der Substanzen abzuschätzen, können diese in den massenbezogenen Indikatoren Massenindex S-1 und Umweltfaktor E hinsichtlich verschiedener Effektkategorien mit ihren qualitativen substanzspezifischen Eigenschaften markiert werden, die quantitativ in die Umweltindizes EI_in und EI_out [PEI / kg Produkt] eingebunden und dargestellt werden können (PEI = Potential environmental impact). Diese Vorgehensweise erlaubt eine Objektivierung, die, wie das Beispiel zweier miteinander verglichenen Synthesen von Anisol zeigte, im Gegensatz zur Verfolgung einzelner qualitativer Kriterien, die sich aus Prinzipien der Green Chemistry ableiten lassen, einen ganzheitlichen Anspruch erfüllt. Dieses Konzept läßt sich auch auf komplexe Synthesesequenzen anwenden. Zur Demonstration des Einsatzes und Nutzens dieses Konzepts wurde es u.a. beispielhaft auf vier Synthesen von p-Methoxyacetophenon angewandt, die hinsichtlich Ressourcennutzung und Umweltverträglichkeit beurteilt wurden. Die bisher für die Beurteilung der Effektivität einer Synthese herangezogenen Kennzahlen Ausbeute und Selektivität bieten, wie in diesem Beipiel demonstriert wurde, nicht die ideale Entscheidungsgrundlage für die Auswahl von Synthesevarianten. Darüber hinaus wurden eine Reihe weiterer, potentiell umweltverträgliche Synthesen der konventionellen Durchführung vergleichend gegenübergestellt. Eigene präparative Untersuchungen konzentrierten sich auf den Einsatz heterogener Katalysatoren in der organischen Synthese. Unter anderem wurde gezeigt, daß sich die Festkörpersäure Nafion H im Vergleich zu üblichen Darstellungsweisen ressourcenschonend und allgemein für die Aldol-Kondensation zur Herstellung von Chalkon-Derivaten einsetzen läßt. Es wurde eine Formel entwickelt, mit der schrittweise die Berechnung der Atomselektivität von Synthesesequenzen vorgenommen werden kann, die in dem Computerprogramm automatisiert durchgeführt wird.

Förderzeitraum:
01.06.1998 - 31.05.2001

Institut:
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
Fachbereich Chemie

Betreuer:
Prof. Dr. J.O. Metzger

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