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Abgeschlossene Projekte

2017

Oilivia: Screening alternativer Ölpflanzen
Olivia: Screening alternativer Ölpflanzen

Das Forschungsprojekt „Olivia“ welches am Technolgoie- und Förderzentrum des Freistaates Bayern angesiedelt ist, hat sich das Screening alternativer Ölpflanzen für die industrielle Verwendung zur Zielsetzung gemacht. Das Fachgebiet Organsiche und Analytische Chemie hat als Projektpartner die Analyse des im Testanbau gewonnen Saatgutes übernommen.

Förderung:

  • StMELF

Projektteam:

  • TFZ: Dr. Mandy Fritz
  • OAC: Prof. Dr. Herbert Riepl & Dr. Corinna Urmann

Projektbeginn:

  • Januar 2015

Projektende:

  • März 2017

2016

Olefinkonversion zur Gewinnung von Kraftstoffen – Katalysatorentwicklung und Reaktionsumsetzung
Grünland macht in Deutschland etwa ein Drittel der landwirtschaftlich genutzten Fläche aus und prägt damit zu einem maßgeblichen Teil unsere Kulturlandschaft. Neben der Verwendung von Grüngut als Futtermittel gewinnt auch die Nutzung dieser Flächen zum Anbau nachwachsender Rohstoffe immer mehr an Bedeutung.

Mit der Hof-Bioraffinerie soll in einem Gemeinschaftsprojekt des Wissenschaftszentrums Straubing eine Anlage entwickelt werden, die speziell Gras und Grassilage als Rohstoffe nutzbar macht. In einer modularen und dezentralen Kleinanlage sollen aus der Biomasse durch fermentative Aufschluss- und Umwandlungsverfahren gasförmige Olefine, wie Ethen oder Isopren, gewonnen werden. Diese sollen dann wiederum als Ausgangsstoffe für weitere wertvolle Produkte, wie beispielsweise Kraftstoffe, genutzt werden. Dies ist das wesentliche Unterscheidungsmerkmal der Hof-Bioraffinerie zur Biogasanlage, deren Produkt Methan so weitgehend inert ist, sodass es sich nicht für eine weitere chemische Verwertung eignet.

Ziel dieses Teilprojektes ist die katalytische Umsetzung des biotechnologisch gewonnenen Ethens zu flüssigen Energieträgern. Als Gas kann es im vorhergehenden Produktionsschritt leicht abgetrennt werden und soll dann zu kurzkettigen Kohlenwasserstoffen mit etwa 6-18 Kohlenstoffatomen oligomerisiert werden. Je nach Kettenlänge und Verzweigungsgrad kann das Produkt als Diesel oder Benzin eingesetzt werden, langkettigere Moleküle sind auf Grund des zu hohen Siedepunkts aber nicht mehr für diese Kraftstoffe geeignet.

Dazu soll ein kostengünstiger Katalysator entwickelt werden, der unter möglichst milden Bedingungen arbeitet und eine hohe Stabilität gegenüber Verunreinigungen aufweist. Ebenfalls angestrebt werden ein möglichst wartungsfreier Betrieb der Anlage und eine hohe katalytische Produktivität, um lange Produktionszyklen zu gewährleisten. Die eingesetzten Katalysatoren sollen sich an großtechnischen Verfahren wie dem Shell Higher Olefin Prozess orientieren, dabei aber an die milderen Bedingungen und den kleineren Maßstab der Hof-Bioraffinerie angepasst werden.

Im Fokus stehen metallorganische Nickel-Komplexe mit zweizähnigen P,O- oder N,O-Chelatliganden. Die Eigenschaften des Katalysators werden durch deren Größe, Struktur und Substitutionsmuster wesentlich beeinflusst. Vor allem der Grad der Oligomerisierung ist eine entscheidende Kenngröße, da sowohl zu kurz- als auch zu langkettige Moleküle für den Einsatz als Kraftstoff ungeeignet sind. Hier spielen auch die eingesetzten Coliganden, vor allem verschiedene Phosphine, eine bedeutende Rolle.

Zu Beginn werden die Katalysatoren in homogener Lösung eingesetzt und die Produkte destillativ abgetrennt. Im weiteren Verlauf des Projektes soll außerdem ein Reaktorprototyp entwickelt und der Prozess durch Aufbringen des Katalysators auf ein inertes Trägermaterial heterogenisiert werden.

Projektteam:

  • Prof. Dr. Herbert Riepl (Ansprechpartner)
  • Felix Hiller (Projektmitarbeiter)

Projektbeginn:

  • 2013

Projektende:

  • 2016

2015

Evaluierung von Prenylflavonoiden des Hopfens hinsichtlich ihrer biologischen Effekte - Untersuchungen zur Penetration von 8 Prenylnaringenin und 6 Prenylnaringenin über die Blut-Hirn Schranke

Xanthohumol, das höchstkonzentrierte Prenylflavonoid in der Hopfenpflanze, wird während des Brauvorganges in das Flavanon Isoxanthohumol umgewandelt. Die höchstkonzentrierten Prenylflavanone im Bier sind somit Isoxanthohumol und 6 Prenylnaringenin. Da Isoxanthohumol im Körper zu 8 Prenylnaringenin metabolisiert wird und 6-Prenylnaringenin direkt aufgenommen wird, wurden diese durch Biergenuss aufgenommen Substanzen auf ihre biologischen Aktivitäten wie z.B. neurogenese-induzierende und anti-kanzerogene Aktivität untersucht. Beide Substanzen zeigen differenzierungsinduzierende Aktivitäten auf neuronale Stammzellen und wurden als HDAC (Histondeacelyase) Inhibitoren identifiziert.

Um im Körper eine Wirkung auf die neuronale Stammzellen im Gehirn entfalten zu können, müssen die Substanzen die Blut-Hirn Schranke passieren. Folglich soll die Penetration der beiden Flavonoide 6 Prenylnaringenin und 8 Prenylnaringenin durch die Blut-Hirn Schranke in einem Modellsystem untersucht werden.

Förderung:

  • Wissenschaftliche Station für Brauereien in München e.V.

Projektteam:

  • Dr. Corinna Urmann (Ansprechpartnerin)

Projektbeginn:

  • Januar 2015

Projektende:

  • Dezember 2015
Neue Herstellungsverfahren für Monomere zur Polyamidproduktion aus heimischen Pflanzenölen

Die Stoffklasse der Polyamide ist gekennzeichnet durch die sich wiederholende Carbonamidgruppe in der Hauptkette, welche für die physikalischen Unterschiede im Vergleich zu den meisten anderen polymeren Werkstoffen verantwortlich ist. Die Ausbildung von Wasserstoffbrücken durch die Carbonamidfunktion trägt zu den herausragenden mechanischen Eigenschaften, der Chemikalienbeständigkeit sowie zur Fähigkeit der Wasseraufnahme von Polyamid-Werkstoffen bei.

Zur Darstellung von Polyamidmonomeren aus petrochemischen Quellen sind diverse Wege bekannt. Wie in vielen anderen Bereichen auch wird bei der Synthese von Polyamid-Monomeren versucht, diese erdölbasierten Rohstoffe durch nachwachsende zu ersetzen bzw. zu ergänzen. In diesem Projekt sollen aliphatische, ungesättigte Fettsäuren als Ausgangsstoff dienen. Besonders interessant aufgrund des niedrigen Preises und der Verfügbarkeit, ist dabei die Ölsäure. Zur Darstellung eines Carbonamids, muss eine Stickstofffunktionalität eingeführt werden.

Im aktuellen Projekt sollen die ungesättigten Fettsäuren mit Hilfe von Distickstofftrioxid N2O3 in die entsprechenden Furoxane umgesetzt werden, welche dann zu den gewünschten Aminen gespaltet werden können.

Förderung:

  • BayReChem2050

Projektteam:

  • Prof. Dr. Herbert Riepl (Ansprechpartner)
  • Dipl.-Chem. Christian Beck (Projektmitarbeiter)

Projektbeginn:

  • März 2012

Projektende:

  • Dezember 2015
Prozessentwicklung zur Extraktion und Fraktionierung von Wachsen aus Pflanzenfasern

Wachse sind Ester langkettiger Fettsäuren und langkettiger Alkohole. Sie sind auf der Oberfläche von Pflanzen zu finden und dienen als Schutzschicht. Dabei ist die Zusammensetzung des Oberflächenwachses von Pflanze zu Pflanze unterschiedlich. Die Wachsschicht besteht aus Alkanen, Alkoholen, Fettsäuren, Estern, Ketonen, Aldehyden und Sterolen und ist oft hoch strukturiert. In diesem Projekt soll nun die Zusammensetzung verschiedener Oberflächenwachse, sowie die Quantität untersucht werden. Dazu werden verschiedene Lösungsmittel zur Extraktion, sowie verschiedene Analysemethoden getestet.
Abbildung 1: Wassertropfen auf hydrophober Blattoberfläche (Foto: gänseblümchen/pixelio.de)
Ein weiterer Punkt ist die Synthese solcher Wachs-Verbindungsklassen. In maritimen Organismen, die jedoch tief im Meer schwer zugänglich sind, findet man beispielsweise langkettige Ether und Oligomere davon. Durch die Synthese dieser langkettigen Ether und deren anschließender Oligomerisierung könnten diese leichter zugänglich werden. Daran anschließend können die Eigenschaften ihrer Verwendung in Kunststoffen, Thermoplastischen Elastomeren (TPE), ermittelt werden.

Förderung:

  • BayReChem2050

Projektteam:

  • Prof. Dr. Herbert Riepl (Ansprechpartner)
  • Veronika Huber M. Sc. (Projektmitarbeiterin)

Projektbeginn:

  • März 2012

Projektende:

  • Dezember 2015
Evaluierung von Prenylflavonoiden des Hopfens hinsichtlich ihrer biologischen Effekte – Einfluss auf Histon-Deacetylasen

Xanthohumol, das höchstkonzentrierte Prenylflavonoid in der Hopfenpflanze, wird während des Brauvorganges in das Flavanon Isoxanthohumol umgewandelt. Die höchstkonzentrierten Prenylflavanone im Bier sind somit Isoxanthohumol und 6 Prenylnaringenin. Da Isoxanthohumol im Körper zu 8 Prenylnaringenin metabolisiert wird und 6-Prenylnaringenin direkt aufgenommen wird, sollen diese durch Biergenuss aufgenommen Substanzen auf ihre biologischen Aktivitäten wie z.B. neurogeneseinduzierende und anti-kanzerogene Aktivität untersucht werden. Im Speziellen soll untersucht werden, inwieweit diese Substanzen Einfluss auf die Histon-Deacetylasen nehmen.

Förderung:

  • Wissenschaftliche Station für Brauereien in München e.V.

Projektteam:

  • Dr. Corinna Urmann (Ansprechpartnerin)

Projektbeginn:

  • Januar 2014

Projektende:

  • Dezember 2014
Terpene als Nachwachsende Rohstoffe

Terpene sind sehr häufige Inhaltsstoffe von Pflanzen, einige darunter haben erhebliche
kommerzielle Bedeutung, so z.B. der Kampfer oder das Collophonium genannte Terpengemisch
aus Baumharzen. Andere werden derzeit eher in der pharmazeutischen Industrie oder im
Riechstoffbereich eingesetzt, z.B. das aus Schalen von Zitrusfrüchten gewonnene Limonen.
Terpene weisen chemisch eine enorme Strukturvielfalt auf, die kaum auf einen einfachen Nenner
zu bringen ist, ein charakteristischer Zug ist jedoch, dass sie häufig reine Stereoisomere liefern.
Man spricht von einem chiralen Pool an Naturstoffen.

Im Kunststoffbereich haben Terpene bis jetzt noch kaum Anwendung gefunden. Einen wichtigen
Beitrag zu den Polymereigenschaften liefern weiterhin die Weichmacher, die helfen, Sprödigkeit
zu vermeiden. Kampfer war in der Frühzeit der Kunststoffe bereits ein sehr gängiger Weichmacher,
ist wegen seiner leichten Verdampfbarkeit jedoch schnell außer Gebrauch gekommen.
Heutige Polymere sind oft Copolymerisate, die maßgeschneidert hinsichtlich ihrer Eigenschaften
sind. Dabei haben verschiedene Kettenabschnitte des Polymers verschiedene Funktionen.
Thermoplastische Elastomere bestehen z.B. aus Abschnitten längerer einfacher Kohlenwasserstoffketten
– die für die Elastizität sorgen – gefolgt von Abschnitten kristallisierender Molekülketten,
die aber bei höherer Temperatur aufweichen und so für die Verformbarkeit bei der Verarbeitung
sorgen.

In einem Projekt der Fraunhofer Projektgruppe Terpene befassen wir uns mit der Möglichkeit
Kampferderivate herzustellen, die geeignet sind, als Comonomer einpolymerisiert zu werden.
Solche bifunktionalisierten Terpenalkohole oder Amine würden aufgrund ihrer Molekülgestalt
weichmachend wirken, gleichzeitig aber integraler Bestandteil des Polymers sein.

Projektpartner:

  • Fraunhofer-Institut für Grenzflächen – und Bioverfahrenstechnik (IGB)

Projektteam:

  • Prof. Dr. Herbert Riepl (Ansprechpartner)
  • Dipl-Chem. Florian Kinzl (Projektmitarbeiter)

Projektbeginn:

  • 2010

Projektende:

  • 2014
Untersuchung der Isomerisierung der internen olefinischen Doppelbindung in natürlichen Fettsäuren

Für die Herstellung von Nylon-11 (Rilsan®) wird in erheblichem Umfang ω-Aminoundecansäure aus Ricinusöl produziert. Damit ist diese Nylonsorte einer der wenigen Kunststoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Dies ist jedoch wegen der speziellen Chemie der Ricinolsäure ein nicht verallgemeinerungsfähiger Spezialfall. Charakteristisch für die anderen natürlichen ungesättigten Fettsäuren ist die spezielle Lage ihrer Doppelbindung mitten im Molekül an der Stelle des 9. Kohlenstoffatoms oder höher. Für Verwendungen dieser Fettsäuren in der chemischen Industrie wäre eine Lage der Doppelbindung am ω-terminalen Ende günstiger, weil endständige Olefine leichter und spezifischer reagieren. Ein Prozess zur Isomerisierung der internen Doppelbindung in handelsüblichen Ölsäurederivaten aus Raps oder Sonnenblumen zu einer endständigen Doppelbindung wäre daher wünschenswert. In einem FNR-Verbundprojekt unter Koordination der Firma Wacker Chemie wurde nach Katalysatoren gesucht, die eine derartige Umsetzung erlauben. Am Standort Straubing wurden Edelmetallkatalysatoren hergestellt und in kleinem Maßstab auf ihre diesbezügliche Eignung getestet. Besonderes Augenmerk wurde darauf gelegt, etwaige entstehende endständige Olefine mit Silylierungs-Reagenzien abzufangen, um siliciumhaltige Oleochemikalien als interessante neue Produktgruppe zu erschließen.

Im betrachteten Teilvorhaben mussten dazu zunächst alle Silicium-haltigen Zielverbindungen auf unabhängigem Weg als Referenzsubstanzen synthetisiert werden. Ferner wurden metallbasierte Katalysatorsysteme gescreent, die sowohl eine Verschiebung der Doppelbindung an die endständige Position, als auch die daran anschließende Addition eines Silans auf die Doppelbindung erlauben. Dabei konnte gezeigt werden, dass für die Stoffgruppe der Trialkylsilane derartige Reaktionen mit Iridium-basierten Katalysatoren in guten Ausbeuten möglich sind. Dies konnte jedoch nicht ohne weiteres auf die Stoffgruppe der Trialkoxysilane übertragen werden: diese Silane erfordern wohl kombinierte Katalysatorsysteme. Die Untersuchungen zeigten jedoch, dass damit eine Nebenreaktion zum Silylether verstärkt ablief.

Förderung:

  • Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe (FNR)

Projektpartner:

  • Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.; Wacker Chemie AG; Fraunhofer ICT; Umicore AG

Projektteam:

  • Prof. Dr. Herbert Riepl (Ansprechpartner)
  • Thimo Huber M. Sc. (Projektmitarbeiter)

Projektbeginn:

  • Juli 2010

Projektende:

  • Dezember 2013
Evaluierung von Prenylflavonoiden des Hopfens hinsichtlich ihrer biologischen Effekte

Xanthohumol, das höchstkonzentrierte Prenylflavonoid in der Hopfenpflanze, wird während des Brauvorganges in das Flavanon Isoxanthohumol umgewandelt. Die höchstkonzentrierten Prenylflavanone im Bier sind somit Isoxanthohumol und 6 Prenylnaringenin. Da Isoxanthohumol im Körper zu 8 Prenylnaringenin metabolisiert wird und 6-Prenylnaringenin direkt aufgenommen wird, sollen diese durch Biergenuss aufgenommen Substanzen auf ihre biologischen Aktivitäten wie z.B. neurogeneseinduzierende und anti-kanzerogene Aktivität untersucht werden.

Förderung:

  • Wissenschaftliche Station für Brauereien in München e.V.

Projektteam:

  • Dr. Corinna Urmann (Ansprechpartnerin)

Projektbeginn: 

  • Januar 2013

Projektende: 

  • Dezember 2013
Verwertbarkeit von Polyphenolen aus Rückständen der Olivenölproduktion

Die Herstellung von Olivenöl ist wirtschaftlich eine der bedeutendsten Folgeindustrien des Agrarsektors der Mittelmeerländer. Derzeit sind zwei Verfahrenstypen zur Darstellung von „extra vergine“ Öl in Gebrauch. Das Drei- Phasen-System (Israel, Palästina, Griechenland etc.) liefert zwei getrennte Abfallsorten, also OMSW = olive mill solid waste und OMW = olive mill waste water, während das Zwei-Phasen-Verfahren (Spanien) eine teigartige Masse Olivenfleisches liefert, die das gesamte Wasser enthält. Insbesondere das Abwasser stellt in der teils ariden Region ein akutes Problem dar. Weltweit werden pro Jahr 1.4 -1.8 Mio Tonnen Olivenöl hergestellt, wobei 30 Mio. m3 Abwasser anfallen. Dieses Wasser hat einen extrem hohen chemischen & biologischen Sauerstoffbedarf (COD, BOD), was an den darin enthaltenen Polyphenolen als organischer Substanz liegt. Wegen dieser hohen Beladung mit organischen antimikrobiellen Chemikalien als Inhaltstoffen der Olive kann dieses Wasser nicht einfach in Kläranlagen entsorgt werden. Auch die Feststoffe der Olivenölpressung sind nicht leicht bioabbaubar. Obwohl einiges an Forschung zu dem Thema der Entsorgung Olivenrestoffe bereits unternommen wurde, resultierte bis jetzt keine auch ökonomisch ansprechende Lösung. Die Substanzen sind jedoch auch in den letztlichen Produkten (Öl) sehr erwünscht und tragen zu ihrem Wert bei. Polyphenole in der Ernährung können als Antioxdantien vorbeugend gegen eine ganze Reihe von Zivilisationskrankheiten sein. Pflanzliche Antioxidantien haben auch einen Wert als Konservierungsmittel und können so Vorbild für eine technische Verwendung sein. Diese technische Verwendung auszuloten, erfordert neben weiterer medizinischer Erforschung auch technologische Anstrengungen auf dem Gebiet der Extraktionsmethoden, so z.B. bei der Aufarbeitung des Restwassers.

Förderung:

  • Bundesministerium für Bildung und Forschung

Projektteam:

  • Prof. Dr. Herbert Riepl (Ansprechpartner)
  • Dipl.-Chem. Doris Brunner (Projektmitarbeiterin)
Analyse von Inhaltstoffen gewerblicher Pflanzenextrakte

Xanthohumol als prominentestes Polyphenol des Hopfens hat sich als potentes Antioxidans, cancer protektives und sogar schwach cytostatisches Flavonoid herausgestellt. Als einer der Hauptinhalststoffe des Hopfens wird es jedoch wenig in gewerbliche Hopfenextrakte herausgelöst und verbleibt im Hopfentreber als Wertprodukt. Als Inhaltststoff des Bieres, der ihm wahrscheinlich erheblichen Zusatznutzen verleiht, hat es auch das Augenmerk der Getränkehersteller aufsich gezogen, wobei das Bestreben dahin geht, die Xanthohumolgehalte etwas zu verbessern. Aus dieser Perspektive heraus interessieren sich auch die Hopfenverarbeiter für neue Extrakte, die reich an solchen Substanzen sind, um Produkte zur Verfügung stellen zu können, die sich für das Nachwürzen des Bieres eignen, denn die herkömmlichen Kohlendioxidextrakte enthalten sehr wenig Xanthohumol. Xanthohumol und verwandte Substanzen gehören chemisch zu den Chalconen und sind in wässriger Lösung teilweise instabil. Sie können zu Flavanonen cyclisieren. Diese chemischen Reaktionen sind abhängig von Medium, thermischer Belastung, pH-Wert usw. Hopfenflavanone haben teilweise östrogenartige Wirkungen. Die Zusammensetzung der Extrakte sollte deshalb genau bekannt sein. Ziel des Projektes ist es die Umwandlungskinetiken zu ermitteln. Diese Daten dienen zur Aufstellung eines Qalitätsmanagements für neuartige Hopfenextrakte.

Förderung:

  • Hallertauer Hopfenveredelungsgesellschaft mbH; Wissenschaftliche Station Für Brauereien in München e.V.; Klinge Stiftung

Projektteam:

  • Prof. Dr. Herbert Riepl (Ansprechpartner)
  • Dipl.-Chem. Corinna Urmann (Projektmitarbeiterin)
Nutzung pflanzlicher Öle bei der Herstellung thermoplastische Elastomere

In dem Vorhaben soll ein Verfahren zur Herstellung segmentierter thermoplastischer Elastomere (TPE) auf der Basis nachwachsender Rohstoffe entwickelt werden. Das Ziel sind Copolyester und Copolyamide, die auf Monomerbausteinen aus Ölen bzw. Fetten und Zucker aufbauen. TPE bestehen aus amorphen, thermoplastischen Segmenten („Weichsegment“) und kristallinen Segmenten („Hartsegment“). TPE besitzen die Fähigkeit, wiederholt aufschmelz- und verarbeitbar zu sein. Derzeit werden TPE auf petrochemischer Basis hergestellt (basierend auf Terephthalsäure). Im ersten Schritt sollen aus Zucker geeignete Bausteine für das Hartsegment synthetisiert werden, während durch eine Olefinmetathese mit einer anschliessenden Hydroformylierung / Reduktion von ungesättigten Fettsäuren geeignete Bausteine für das Weichsegment gewonnen werden sollen. Die Metathese ist eine metallkatalysierte Reaktion, in der formal Substituenten an einer Doppelbindung gegen einen anderen Rest ausgetauscht werden. Nach einem Vorschlag von Chauvin wandern dabei jedoch nicht die Reste sondern die Doppelbindung wird komplett gebrochen und neuformiert, wobei sich intermediär Metall–Kohlenstoffdoppelbindungen ausbilden, sogenannte Metall-Carben-Komplexe. An möglichen Metallzentren wurden bis jetzt angewandt: Wolfram, Molybdän, Rhenium, seltener Tantal und Niob, wobei einige Systeme insbesondere mit Wolfram technische Anwendung gefunden haben. In der letzten Dekade hat Ruthenium als Metall des Metathesekatalysators von sich reden gemacht, da die Ru-Carbenkomplexe sich als außerordentlich robust erwiesen haben und keine Aktivierung mit Aluminium- oder Zinnalkylen benötigen.

Förderung:

  • Fachagentur Nachwachsender Rohstoffe (FNR)

Projektteam:

  • Prof. Dr. Herbert Riepl (Ansprechpartner)
  • Dipl.-Chem. Jürgen Pettrak (Projektmitarbeiter)

Kontakt

Professur Organische und Analytische Chemie

Schulgasse 16
94315 Straubing

Leitung

Prof. Dr. Herbert Riepl

Tel.: +49 (0) 9421 187-302
Fax: +49 (0) 9421 187-285
E-Mail: herbert.riepl@hswt.de

Sekretariat

Roswitha Karl

Tel.: +49 (0) 9421 187-221
Fax: +49 (0) 9421 187-285
E-Mail: roswitha.karl@hswt.de