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Organische Chemie auf Basis nachwachsender Rohstoffe

MC-MA 3

Fachnliche Kompetenzen:

Ziel der Lehrveranstaltungen ist es, die Studierenden mit der Rohstoffquelle nachwachsende Rohstoffe, ihrer volkswirtschaftlichen Bedeutung und Nutzbarmachung vertraut zu machen. Dabei sollen grundlegende Kenntnisse von Techniken zur Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen zur Erzeugung von Energie und zur Herstellung von Materialien und Chemikalien erworben und die Studierenden zur Berücksichtigung nachwachsender Rohstoffe und ihrer Folgeprodukte bei der Gestaltung technischer Verfahren und Produkte befähigt werden.

Die Studierenden erwerben Spezialwissen in Form von Grundkenntnissen über moderne und innovative Methoden der grünen Chemie, insbesondere der Katalyse und Biokatalyse.

Im Rahmen des Praktikums erfolgt eine Vertiefung und Erweiterung der Kenntnisse und Fertigkeiten spezieller organisch - präparativer Arbeitstechniken und analytischer Methoden. Sie erwerben Fähigkeiten zur Bewertung von Verfahren unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit durch Ermittlung der Atomeffizienz sowie zur Planung und Verwendung neuer effektiver katalytischer und biokatalytischer Verfahren unter Einbeziehung selbständiger Datenbankrecherchen (SciFinder) und Literaturauswertung.

Durch Projektarbeit im Praktikum wird das selbständige, forschungsbezogene wissenschaftliche Arbeiten, auch im Team, trainiert.

Schhlüsselkompetenzen:

  • Trainieren von Planungskompetenz durch Erstellen des Versuchsplanes für den vorgegebenen Zeitraum des freien Praktikums
  • Beurteilung der eigenen Arbeitseffizienz durch regelmäßige Überprüfung anhand des erstellten Versuchsplanes, Einbringen von Änderungen
  • Effizienzanalyse am Beispiel einer der durchgeführten Synthesen einschließlich der Reinigungsschritte. Beurteilung durch Vergleich mit einer aus der Literatur bekannten Synthese in Hinblick auf Chemikalienkosten, apparativen Aufwand, Zeitaufwand, Entsorgungsaufwand
  • Trainieren von Teamfähigkeit durch gemeinsame Projektarbeit in kleinen Gruppen
  • Trainieren der Kommunikationsfähigkeit durch einen Vortrag mit Diskussion

Inhalt:

Nachwachsende Rohstoffe

Vorlesung:

  • Übersicht über Verfügbarkeit, Gewinnung, Reinigung, Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe

  • Folgeprodukte

  • charakteristische Struktur-Eigenschaftsbeziehungen bzw. Eigenschaftsprofile von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen

  • Einsatzgebiete von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen

  • Möglichkeiten zum Abbau der Materialien (Bioabbaubarkeit, hydrolytische, oxidative, mechanische Abbaubarkeit)

  • Konzepte der Bioraffinerie als Alternative zu Erdölraffinerien

Grüne Chemie und Katalyse

Vorlesung:

  • Einführung in die Prinzipien der grünen Chemie

  • Rolle und Bedeutung der Katalyse in der organischen Chemie

  • Ausgewählte Verfahren der Katalyse (chemisch, enzymatisch):

    • Katalyse durch Säuren und Basen

    • Katalytische Reduktionen und Oxidationen

    • Katalytische C-C-Bindungsbildung

    • Biokatalytische Methoden zur Stoffgewinnung und Stoffwandlung

    • Katalyse in neuen Reaktionsmedien

    • Biokatalytische Prozesse und Verfahren auf der Basis nachwachsender Materialien

    • Verfahren zur stereoselektiven Stoffgewinnung

Praktikum:

  • Selbstständige Planung und Durchführung von Versuchen zur katalytischen und biokatalytischen Stoffwandlung, Arbeiten unter Inertgas und bei tiefen Temperaturen

  • Isolierung und Reinigung der Produkte durch Flash-Chromatographie und präparative HPLC

  • Charakterisierung der Produkte durch IR-Spektroskopie, Auswertung von Massen- und NMR-Spektren

  • Bewertung im Vergleich zu chemisch adäquaten Verfahren unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit, Ermittlung der Atomeffizienz der durchgeführten Synthesen; Auswertung in einem Diskussionsteil des Syntheseberichtes

  • Durchführung eines Teils des Praktikums als Projekt mit Forschungscharakter, auch in kleinen Gruppen, in das eine SciFinder-Recherche und selbständige Literaturauswertung integriert ist.

Literatur:

Nachwachsende Rohstoffe

Kamm, B., Gruber, P.R., Kamm, M. (Eds.): Biorefineries – Industrial Processes and Products, WILEY-VCH Weinheim, 2006

C. Stevens, R. Verhe (Eds.), Renewable Bioresources: Scope and Modification for Non-Food Applications, WILEY-VCH. Weinheim, 2004

H. Zoebelein(Ed.), Dictionary of Renewable Resources, 2nd Ed., WILEY-VCH Weinheim, 2001

Grüne Chemie und Katalyse

Sheldon, R.A., Arends, I., Hanefeld, U.: Green Chemistry and Catalysis, Wiley-VCH 2007

Matlack, A.S.: Introduction to Green Chemistry, Marcel Dekker, New York, 2001

Faber, K. Biotransformations in Organic Chemistry, Springer Verlag Berlin, 5. Aufl., 2004

Praktikum:

Jeromin, G.E., Bertau, M.: Bioorganikum, Wiley-VCH Weinheim, 2005

Aktualisiert: 30.08.2016  |  Autor: M. Klauck