Strádi Andrea ELTE TTK Környezettudomány MSc II. A gamma-valerolakton előállítása a levulinsav katalitikus hidrogénezésével Témavezető: Mika László Tamás ELTE TTK Kémiai Intézet Strádi Andrea ELTE TTK Környezettudomány MSc II. ELTE TTK, Környezettudományi Kari TDK Konferencia Budapest, 2010. november 26.

Tartalomjegyzék Miért jelent kihívást a fosszilis nyersanyagok kiváltása? Fenntartható alapanyag: a gamma-valerolakton (GVL) A GVL előállítása irodalmi és saját kísérletek alapján Összehasonlító eredmények bemutatása Konklúziók és további céljaim összefoglalása

1. Fosszilis nyersanyagok Fűtés, melegítés Elektromos áram Acetilén Dízel üzemanyag Tüzelő- és üzemanyag Alkánok, alkének Oldószerek Szigetelés, útépítés segédanyagai Gyógyszerészeti, kozmetikai alapanyagok Fűtés, melegítés, főzés Ammónia Hidrogén gáz Kőszén Kőolaj Földgáz Hátrányaik: környezetszennyezés, nem megújuló források, a lelőhelyek eloszlása térben egyenetlen, tűz- és robbanásveszély…

A szénhidrátokból előállítható alapanyagok HMF Levulinsav GVL THF 1,4 ‒ pentándiol Mehdi, H.; Fábos, V.; Tuba, R.; Bodor, A.; Mika, L. T.; Horváth, I. T.; Topics in Catalysis, 2008

H. A. SHCUTTE ‒ R. W. THOMAS, J.Am. Chem. Soc., 1930 3. A GVL előállítása Nem ehető szénhidrátok (pl. mezőgazdasági hulladék) I. T. HORVATH ‒ P. T. ANASTAS, Chem. Rev., 2007 + katalizátor + H2 + H2O H3C H. A. SHCUTTE ‒ R. W. THOMAS, J.Am. Chem. Soc., 1930 Levulinsav GVL Vegyipar Energetikai ipar

2. Fenntartható alapanyag: GVL Megújuló forrásból származik Nem mérgező Környezetben lebomlik Vízzel nem képez azeotróp elegyet Biztonságosan tárolható, szállítható Felismerhető, de nem kellemetlen illatú Felhasználása sokoldalú: Átalakítás alkánokká (Dumesic et al., Science, 2010) Ionos folyadék (Fegyverneki et al., Tetrahedron, 2009) Üzemanyag (Horváth el al., Green Chemistry, 2008) Gyújtófolyadék (Szabadalom: WO 2009/136213A1) H3C Gamma-valerolakton (GVL) Horváth et al., Green Chemistry, 2008

3. A GVL előállítása 3.1 Irodalmi adatok alapján: 1. Klasszikus katalitikus hidrogénezés (Mehdi et al., Top. Catal., 2008) 100% szelektivitás! 2. Transzfer hidrogénezés (Fábos, Doktori értekezés, ELTE TTK, 2009) Katalizátor p (bar) T (°C) t (óra) konverzió Ru(acac)3 +TPPTS 70 140 12 95% Ru(acac)3 +PBu3 +NH4PF6 100 135 8 >99.9% Katalizátor T (°C) t (óra) konverzió Shvo-katalizátor 100 8 >99.9%

3. A GVL előállítása 3. 2 Saját munka: homogén katalitikus hidrogénezés Katalizátorok: Shvo-katalizátor: Y. SHVO et al., J. Am. Chem. Soc., 1986 Ru(acac)3 + Vízoldható foszfinok:  Prekurzor Aktív katalizátor R = CH3 C4H9 C5H10 DPPS TPPTS

Hasteloy-C Parr reaktor 3. A GVL előállítása 3. 2 Saját munka: homogén katalitikus hidrogénezés Kísérlet leírása: Levulinsav + katalizátor Zöldkémia: Megújuló alapanyagból Oldószer nélkül Szelektív katalizátorral Melléktermék-mentesen „Zöld” termék előállítása Hasteloy-C Parr reaktor P. T. ANASTAS ‒ J. C. WARNER, Green Chemistry: Theory and Practice, 1998

4. Eredmények Összehasonlító táblázat: n(LA)/n(Ru) Katalizátor T (°C) t (óra) p (bar) Κ 6411 Shvo 100 6 20 50% 8 - >99.9% 80% 20 (k.) 96% Ru(acac)3 +TPPTS  1% 140 70 (k.) 11%  2365 12 70 95% Ru(acac)3 +Me2P(C6H4SO3Na) >99.9%  4,5 140 (k.) Transzfer hidrogénezés (Fábos) Katalitikus hidrogénezés (Mehdi)

5. Konklúziók, további célok Az irodalomból megismert Shvo-katalizátor mind a klasszikus homogén katalitikus ill. a transzfer hidrogénezéssel történő GVL előállítás során megfelelően effektív, alacsony nyomás és n(LA)/n(Ru) arány mellett alkalmazható Jó kitermelés érhető el vízoldható foszfinnal módosított Ru(acac)3 –tal, de magasabb hőmérsékleten és hidrogén-nyomáson, nagyobb katalizátor aránnyal, mint a Shvo-katalizátor esetében A továbbiakban érdemes: A Me2P(C6H4SO3Na) alkalmazásával az elérhető legalacsonyabbra csökkenteni a reakcióidőt (energiatakarékosság) Más vízoldható foszfinnal is megismételni a reakciókat A konverzió és a szelektivitás pH-függését megvizsgálni A katalizátorok előállítási költségeinek összehasonlító elemzését elvégezni

Valamint a figyelmes hallgatóságnak! Köszönettel tartozom Mika László Tamásnak Horváth István Tamásnak Dibó Gábornak Fábos Viktóriának A „HIT-TEAM” többi tagjának Az OTKA-nak Valamint a figyelmes hallgatóságnak!