Ionische Flüssigkeiten als neuartige Löse- und Reaktionsmedien in der Celluloseforschung

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Susann Dorn

Die Arbeit im Rahmen dieses Stipendiums soll einen Beitrag zur umweltfreundlichen Cellulosechemie leisten. Der Einsatz von Ionischen Flüssigkeiten(IF)als Löse-und Reaktionsmittel soll in dieser Arbeit in Hinblick auf Entwiklung neuer nachhaltiger Produkte auf der Basis des nachwachsenden Rohstoffes Cellulose erforscht werden.Die Ionischen Flüssigkeiten (IF) 1-N-Butyl-3-methylimidazoliumchlorid (BMIMCl), 1-N-Butyl-2,3-dimethylimidazoliumchlorid (BDMIMCl), 1-N-Ethyl-3-methyl-imidazoliumchlorid (EMIMCl), 1-N-Ethyl-3-methylimidazoliumacetat (EMIMAc) und 1-N-Allyl-2,3-dimethylimidazoliumbromid (ADMIMBr) sind in der Lage Cellulose mit einem DP im Bereich von 290 bis 1200 in Lösung zu bringen. Dabei tritt kein, oder nur ein sehr geringer Abbau der Polymerkette auf. BMIMCl und EMIMAc erwiesen sich ebenfalls als sehr gutes Lösemittel für Bakteriencellulose mit einem DP um 6500. Diese Löslichkeit eröffnet neue Möglichkeiten zur Herstellung innovativer Produkte auf der Basis hochmolekularer, hemicellulosefreier Cellulose. Es konnten erstmalig reine, hochmolekulare Celluloseacetate und Cellulosecarbanilate mit sehr hohem DS auf homogenem Reaktionswege realisiert werden. Die Reaktionen verlaufen sehr schnell (2-4 h) und benötigen keinen Katalysator.Durch den Einsatz von IF konnten verschiedene hochsubstituierte Cellulosederivate (-laurate, - butyrate, - propionate, - pentanoate, - hexanoate) und Cellulosemischester (CAB, CAP) über eine komplett homogen verlaufende Synthese hergestellt werden, deren Substitutionsgrad sowohl über die Menge der eingesetzten Reagenzien, des Reaktionsmediums als auch die Reaktionszeit gesteuert werden können. Unter Verwendung von Pyridin als Base konnten aromatische Benzoyl-Gruppen (bis 100%) in das Cellulosemolekül eingeführt werden. Betracht man die durchgeführten Acylierungen von Cellulose in unterschiedlichen IF, so kann vermutet werden, dass ein direkter Zusammenhang zwischen der Alkylkettenlänge der IF und der Alkylkettenlänge des eingesetzten Reagenzes bezüglich des realisierbaren DS besteht. Anders als zu erwarten, führt eine Übereinstimmung des Alkylkettenrestes des Reagenzes und des Alkylkettenrestes der eingesetzten IF nicht zu einer Verbesserung des DS (bei Reagenzüberschuss) des erhaltenen Cellulosederivates. Teil dieser Arbeit ist die Untersuchung der verwendeten IF bezüglich ihres Recyclingpotentials nach Verwendung als Löse- bzw. Reaktionsmedium. Dabei war es möglich im Falle von BMIMCl und BDMIMCl eine Rückgewinnung von bis zu 99% der eingesetzten IF zu realisieren, ohne dabei einen Rückgang der Lösepotentiale zu verzeichnen.

Förderzeitraum:
01.06.2005 - 30.09.2009

Institut:
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Institut für Makromolekulare und Organische Chemie
Kompetenzzentrum Polysaccharidforschung

Betreuer:
Prof. Dr. Thomas Heinze

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