Verfahrensentwicklung zur Synthese von 5-Hydroxymethylfurfural und Kohlenhydratcarbonsäuren auf Basis Nachwachsender Rohstoffe

Zur industriellen Nutzung von Kohlenhydraten wurden zwei prinzipielle Möglichkeiten untersucht: Der Abbau an Funktionalisierung durch Dehydratisierung, wie die Synthese von 5-Hydroxymethylfurfural (HMF) oder Glucosyloxymethylfurfural (GMF), dient der Gewinnung universeller technischer Zwischenprodukte. In dieser Arbeit wurde, das Potenzial von nah- und überkritischem Wasser (SCW) als Reaktionsmedium zur Dehydratisierung von Fructose untersucht. Die maximale Selektivität bezüglich HMF von 30 % wurde bei 280 °C, 25 MPa und 30 s Verweilzeit erreicht. Die Aktivierungsenergie beträgt 96 kJ/mol. Durch Zusatz von Essigsäure als Katalysator konnte eine deutliche Steigerung der Selektivität erreicht werden. Weiterhin wurde der Einfluss von Salzzusätzen untersucht. Nach Addition von 400 ppm Zinksulfat wurde Milchsäure mit einer Selektivität von 41 % gebildet. Alternativ können Kohlenhydrate unter weitgehendem Erhalt ihrer Struktur zu wertvollen Spezialprodukten veredelt werden, wie hier zu Kohlenhydratcarbonsäuren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde neben der Synthese durch Oxidation in SCW insbesondere die Isolierung von Kohlenhydratcarbonsäuren aus wässrigen Lösung durch Reaktivextraktion untersucht. Bei Verwendung des synergistischen Extraktionsmittelsystems 1-Butanol / Tri-n-octylamin (TOA) kann Gluconsäure mit einem Verteilungskoeffizient von 3,5 extrahiert werden. Der Einfluss verschiedener Parameter wie Temperatur, Amin/Säure-Verhältnis, Glucose- und Elektrolytzusätze wurde untersucht. Der Stoffübergangskoeffizient konnte durch Experimente an Einzeltropfen bestimmt werden. Aus den gewonnen Erkenntnissen kann ein technisches Verfahren vorgeschlagen werden. Das Extraktionsmittelsystem 1-Butanol / TOA eignet sich außerdem zur Trennung der Glucoseoxigenate Glucar-, Glucon- und Glucuronsäure, wofür ebenfalls ein Verfahrenskonzept vorgestellt wird