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Herstellung von Feinchemikalien und Wirkstoffen 

Katalytische Synthesemethoden

Katalytische Synthesemethoden werden zunehmend in der industriellen Herstellung von Wirkstoffen und Feinchemikalien eingesetzt. Katalysierte Reaktionen laufen oft bereits unter milden Reaktionsbedingungen und zugleich hoch selektiv ab. Sie erlauben hiermit einen effizienten Rohstoff- und Energieeinsatz bei hoher Produktqualität. Diese Prozesse sind ein Schwerpunkt von Saltigo, einem Tochterunternehmen des Spezialchemie-Konzerns LANXESS. 

LANXESS Deutschland GmbH

Solche Reaktionsschritte stehen im Mittelpunkt vieler aktueller Projekte. Sie sind eingebettet in das technologische und logistische Umfeld des Unternehmens mit Standorten in Leverkusen und Dormagen. Eine weltweit aufgestellte Rohstoffbeschaffung und die große Fachkenntnis der Mitarbeitenden – vor allem in klassischer organischer Chemie sowie in der Aufarbeitung, Isolierung und Reinigung von Produkten – sorgen für zuverlässige Termine und kontrollierte Kosten. 

​„Katalysierte Reaktionen laufen oft bereits unter milden Reaktionsbedingungen und zugleich hoch selektiv ab. Sie sind damit ein Schlüssel zu effizientem Rohstoff- und Energieeinsatz bei hoher Produktqualität.“

erklärt Dr. Karsten von dem Bruch vom Process Development bei Saltigo.

Übergangsmetallkatalysatoren – Beispiel Metathese

„Aktuell spielen katalytische Reaktionen, speziell solche unter Einsatz von Übergangsmetallkatalysatoren, eine wichtige Rolle in unseren Syntheseprojekten. Mehr als zwei Drittel aller Reaktionssequenzen, die in unseren Laboratorien und Produktionsstätten durchgeführt werden, enthalten inzwischen mindestens einen metallkatalysierten Schritt“, erläutert Dr. Karsten von dem Bruch, Process Development bei Saltigo. Über Jahrzehnte hinweg hat Saltigo dafür systematisch die Potenziale derartiger Reaktionen erschlossen, um etwa Hydrierungen, Kreuzkupplungen oder Metathesereaktionen erfolgreich bis in den 12-Kubikmeter-Maßstab durchzuführen. Ein speziell konzipiertes Schleusensystem für die Katalysatorzugabe ermöglicht dabei den effizienten und sicheren Einsatz von hochaktiven Katalysatoren auch in solchen Großreaktoren.

Metathesereaktionen haben sich zu einem vielseitigen synthetischen Werkzeug entwickelt. Ein wichtiger Meilenstein war dabei die Verleihung des Chemie-Nobelpreises 2005 für die Metathese-Pioniere Yves Chauvin, Richard R. Schrock und Robert H. Grubbs. In Metathesereaktionen werden beispielsweise Kohlenstoffketten mit endständigen Doppelbindungen unter Abspaltung von Ethen durch eine neu gebildete Doppelbindung verknüpft. Dies führt zu längeren linearen oder auch cyclischen Molekülen. 

Saltigo setzt dafür hauptsächlich Katalysatoren auf Ruthenium-, beziehungsweise Molybdän- und Wolfram-Basis ein, wie sie erstmals von Grubbs und Schrock verwendet und später kontinuierlich weiterentwickelt wurden. „Ruthenium-Systeme bieten ökonomische Vorteile und sind relativ unempfindlich gegen Luftsauerstoff und polare Lösemittel. Allerdings kann die Entfernung von Metallspuren nach der Reaktion herausfordernd sein“, erklärt Dr. Christoph Gütz, Process Manager Chemistry bei Saltigo. Dazu werden selektive Ionenaustauscher eingesetzt. So lassen sich Ruthenium-katalysierte Isomerisierungen von Doppelbindungen während der Aufarbeitung weitgehend vermeiden.

Demgegenüber zeigen Schrock-Katalysatoren eine überlegene Selektivität und ermöglichen beispielsweise die Herstellung thermodynamisch ungünstigerer Z-Olefine mit hoher Selektivität und in guten Ausbeuten. Allerdings sind diese Katalysatoren in der Regel sehr sauerstoff- und feuchtigkeitsempfindlich, schwieriger herzustellen und daher teurer als Grubbs-Katalysatoren.

Reaktionsführung für maximale Sicherheit

Das A und O erfolgreicher und sicherer katalytischer Umsetzungen ist die exakte Einhaltung aller Reaktionsparameter. Dies umfasst die Reinheit der Ausgangs- und Hilfsstoffe, die genaue Überwachung und Steuerung der Reaktionsbedingungen sowie eine sorgfältige Aufarbeitung. Eine weitere Herausforderung ergibt sich aus der Freisetzung von Ethen oder ähnlichen kurzkettigen Alkenen im Verlauf von Metathesereaktionen. Diese Alkenbildung und damit die Reaktionsgeschwindigkeit gilt es exakt zu steuern, um das Abgas dann sicher der thermischen Abgasreinigung zuführen zu können. Dazu wird bei Saltigo der Sauerstoffgehalt des Abgases kontinuierlich online von Sensoren überwacht.

 

Metathese für Spezialchemikalien 

Die Einsatzmöglichkeiten der Metathese sind vielfältig. Ein wichtiges, aktuelles Beispiel ist die Umwandlung biobasierter Rohstoffe zu Spezialchemikalien. So entstehen Pheromone wie E7-E/Z9-12Ac, das gegen Schädlinge an Weinreben und Obstbäumen zum Einsatz kommt. Diese Substanz wurde nach erfolgreichem Upscaling bei Saltigo allein im Jahr 2021 im mittleren zweistelligen Tonnenmaßstab produziert. Weitere wichtige Metatheseprodukte sind Duft- und Aromastoffe. Hierbei arbeitet Saltigo eng mit dem LANXESS-Geschäftsbereich Flavors & Fragrances zusammen. Weitere Bausteine, die sich mit Hilfe der Metathese gewinnen lassen, finden Anwendung im pharmazeutischen Bereich sowie in der Polymer- und Feinchemie-Industrie.

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