A GAMMAVALEROLAKTON ELLLTSA A LEVULINSAV KATALITIKUS HIDROGNEZSVEL Strdi

A GAMMA-VALEROLAKTON ELŐÁLLÍTÁSA A LEVULINSAV KATALITIKUS HIDROGÉNEZÉSÉVEL Strádi Andrea ELTE TTK Környezettudomány MSc II. Témavezető: Mika László Tamás ELTE TTK, Környezettudományi Kari TDK Konferencia Budapest, 2010. november 26. ELTE TTK Kémiai Intézet

Tartalomjegyzék 1. Miért jelent kihívást a fosszilis nyersanyagok kiváltása? 2. Fenntartható alapanyag: a gamma-valerolakton (GVL) 3. A GVL előállítása irodalmi és saját kísérletek alapján 4. Összehasonlító eredmények bemutatása 5. Konklúziók és további céljaim összefoglalása

1. Fosszilis nyersanyagok • Kőszén • Kőolaj • Földgáz Fűtés, melegítés Elektromos áram Acetilén Dízel üzemanyag Tüzelő- és üzemanyag Elektromos áram Alkánok, alkének Oldószerek Szigetelés, útépítés segédanyagai Gyógyszerészeti, kozmetikai alapanyagok Elektromos áram Fűtés, melegítés, főzés Ammónia Hidrogén gáz 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

3. A GVL előállítása Nem ehető szénhidrátok (pl. mezőgazdasági hulladék) I. T. HORVATH ‒ P. T. ANASTAS, Chem. Rev. , 2007 + katalizátor + H 2 Levulinsav + H 2 O H 3 C H. A. SHCUTTE ‒ R. W. THOMAS, J. Am. Chem. Soc. , 1930 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 H 3 C Gamma-valerolakton (GVL) HORVÁTH et al. , Green Chemistry, 2008 • Felhasználása sokoldalú: ü ü Átalakítás alkánokká Ionos folyadék Üzemanyag Gyújtófolyadék (DUMESIC et al. , Science, 2010) (FEGYVERNEKI et al. , Tetrahedron, 2009) (HORVÁTH el al. , Green Chemistry, 2008) (Szabadalom: WO 2009/136213 A 1)

3. A GVL előállítása 3. 1 Irodalmi adatok alapján: 1. Klasszikus katalitikus hidrogénezés (MEHDI et al. , Top. Catal. , 2008) Katalizátor p (bar) T (°C) t (óra) konverzió Ru(acac)3 +TPPTS 70 140 12 95% Ru(acac)3 +PBu 3 +NH 4 PF 6 100 135 8 >99. 9% Ø 100% szelektivitás! 2. Transzfer hidrogénezés (FÁBOS, Doktori értekezés, ELTE TTK, 2009) Katalizátor T (°C) t (óra) konverzió Shvokatalizátor 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 Prekurzor Aktív katalizátor - Ru(acac)3 + Vízoldható foszfinok: R = CH 3 C 4 H 9 C 5 H 10 DPPS TPPTS

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

4. Eredmények Összehasonlító táblázat: Transzfer hidrogénezés (FÁBOS) Katalitikus hidrogénezés (MEHDI) n(LA)/n(Ru) Katalizátor T (°C) t (óra) p (bar) Κ 6411 Shvo 100 6 20 50% 6411 Shvo 100 8 - >99. 9% 6411 Shvo 100 8 20 80% 6411 Shvo 100 8 20 (k. ) 96% 6411 Ru(acac)3 +TPPTS 100 8 20 (k. ) 1% 6411 Ru(acac)3 +TPPTS 140 8 70 (k. ) 11% 2365 Ru(acac)3 +TPPTS 140 12 70 95% 2365 Ru(acac)3 +Me 2 P(C 6 H 4 SO 3 Na) 140 12 70 >99. 9% 140 4, 5 70 80% 140 4, 5 2365 Ru(acac)3 +Me 2 P(C 6 H 4 SO 3 Na) 140 (k. ) >99. 9%

5. Konklúziók, további célok 1. 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 2. 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: 1. A Me 2 P(C 6 H 4 SO 3 Na) alkalmazásával az elérhető legalacsonyabbra csökkenteni a reakcióidőt (energiatakarékosság) 2. Más vízoldható foszfinnal is megismételni a reakciókat 3. A konverzió és a szelektivitás p. H-függését megvizsgálni 4. A katalizátorok előállítási költségeinek összehasonlító elemzését elvégezni

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