Einem Forscherteam, unter führender Beteiligung von Evonik, ist ein Durchbruch auf dem Gebiet der Carbonylierungs-Chemie gelungen. Die Carbonylierung ist eine der bedeutendsten Reaktionsklassen in der chemischen Industrie. Es geht dabei um die katalysierte Einführung einer CO-Gruppe (Carbonyl-Gruppe) in organische Verbindungen. Wissenschaft und Industrie hatten schon seit mehr als 60 Jahren nach einer Möglichkeit gesucht, den nun gelungenen Reaktionsschritt zu realisieren.

Das Team agierte unter der Leitung von Professor Matthias Beller, Direktor des Leibniz-Instituts für Katalyse (LIKAT) in Rostock, und Professor Robert Franke von der Evonik Performance Materials. Franke ist zudem als außerplanmäßiger Professor für Chemie an der Ruhr-Universität Bochum tätig. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, den Ausgangsstoff 1,3-Butadien auf direktem Wege doppelt zu carbonylieren, um daraus Adipate (Salze der Adipinsäure) herzustellen. Adipate können derzeit nur durch eine mehrstufige, energie- und kostenaufwendige Synthese hergestellt werden. Diese basiert nicht nur auf der Verwendung vieler Chemikalien, sondern setzt auch klimarelevante Stickoxide (NOx) frei, die zu den wesentlichen Treibhausgasen gehören.

Das Potential dieser Innovation ist groß: Adipate werden jährlich in großem Maßstab von mehreren Millionen Tonnen produziert und dienen als Ausgangsstoffe für die Herstellung zahlreicher Produkte wie Weichmacher, Parfüms, Schmierstoffe, Lösungsmittel, verschiedener pharmazeutischer Wirkstoffe und vor allem Nylon.

Die beteiligten Projektpartner legen mit ihrem neuen Verfahren den Grundstein für eine umweltfreundlichere und kostengünstigere Syntheseroute in großem Maßstab.

Der Schlüssel zum Durchbruch war die Entwicklung eines neuen Palladium-Katalysators auf Basis eines spezifischen Phosphin-liganden (HeMaRaPhos). Dieser Ligand bindet an Palladium und ergibt so einen hochselektiven, effizienten und langlebigen Katalysator, der unter industriell realisierbaren Bedingungen Ausbeuten der Adipinsäurederivate von 95% erbringen kann.

Aufgrund der besonderen Bedeutung dieser Innovation publizierte die renommierte Fachzeitschrift Science die Ergebnisse des Projektes https://science.sciencemag.org/content/sci/366/6472/1514.full.pdf. Die großtechnische Evaluierung hinsichtlich ökonomischer und technischer Gesichtspunkte startet ab sofort.