Die homogene Katalyse hat im Vergleich zur heterogenen Katalyse vielseitige Vorteile bezüglich Selektivität und Aktivität. Jedoch bereitet die Abtrennung der verwendeten Katalysatoren, Produkte und Lösungsmittel oftmals Schwierigkeiten für die Umsetzbarkeit im großtechnischen Maßstab. Das Konzept der "supported ionic liquid phases" (SILP) erlaubt eine Immobilisierung eines homogenen Katalysators, indem dieser in ionischen Flüssigkeiten gelöst und als dünner Film auf einem porösen Trägermaterial aufgetragen wird. Dieses sogenannte SILP-Konzept vereint die Vorzüge der heterogenen und homogenen Katalyse und fand bereits vielseitige Anwendungen für Gasphasenreaktionen. Im Gegensatz dazu stellt die Verwendung von flüssigen mobile Phasen wegen des Verlusts von Katalysator und ionischer Flüssigkeit noch eine Herausforderung dar. Dieses Problem könnte sich durch die Verwendung von superkritischem Kohlendioxid (scCO2) als mobile Phase vermeiden lassen. Superkritisches Kohlendioxid hat eine hohe Löslichkeit in ionischen Flüssigkeiten und bietet die Möglichkeit einer kontinuierliche Reaktionsführung. Die Edukte werden durch die mobile Phase in die ionische Flüssigkeit transportiert, und die erzeugten Produkte können wiederum kontinuierlich durch die mobile Phase abgetrennt werden. Der Fokus der vorliegenden Arbeit liegt in der Entwicklung eines kontinuierlichen Prozesses mit superkritischem Kohlendioxid und auf Feststoffen immobilisierten chiralen ionischen Flüssigkeiten. Es wurden dabei zwei Reaktionen, eine asymmetrische Aldol-Reaktion und eine asymmetrische Mannich-Reaktion, untersucht. Der Einfluss der Prozessparameter für die kontinuierliche Reaktionsführung wurde für drei verschiedene, auf (L)-Prolin basierenden chiralen ionischen Flüssigkeiten als Organokatalysator für die oben genannten Reaktionen geprüft. Außerdem wurde das Ausmaß der Auswaschung der auf Aminosäuren basierenden chiralen ionischen Flüssigkeiten in einem Laufmittelgemisch aus überkritischem Kohlendioxid und Aceton geprüft.
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Homogeneous catalysis has numerous attractive features concerning selectivity and activity; however, catalyst, product and solvent removal after the reaction could lead to problems for the applicability in chemical industries. The concept of supported ionic liquid-phases (SILP) allows immobilizing a catalyst dissolved in ionic liquids as a thin layer on a porous solid support material, aiming to combine advantages of homogenous and heterogeneous catalysis. This SILP concept already found applications in gas phase reactions, while the use of a liquid mobile phase remains challenging due to ionic liquid and catalyst leaching. These problems may be overcome in combination with supercritical carbon dioxide (scCO2) as solvent, which shows high solubility in many ionic liquids, whereas ionic liquids typically only show limited solubility in scCO2. Reactants can be efficiently transported to the catalytic sites in the ionic liquid layer and products are afterwards removed from this phase in a continuous-flow methodology. This thesis focuses on the development of continuous-flow asymmetric Aldol and Mannich reactions in scCO2 relying on supported chiral ionic liquids as catalysts. A set of three different (L)-proline-based chiral ionic liquids was selected as organocatalysts for these two reactions, and the impact of operational conditions was investigated. Furthermore, studies on ionic liquid leaching were performed and showed that amino-acid derived ionic liquids can be immobilized as a thin layer on a solid silica support with minimal losses in a continuous flow system relying on scCO2 and acetone as solvent.
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Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
