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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2021-11-01 - 2024-10-31

Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojekts werden Materialien zur Trennung und Analyse chiraler Verbindungen basierend auf Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) entwickelt und bewertet. Thematisch ist die Forschungsarbeit an der Schnittstelle zwischen organischer und analytischer Chemie, Chemie nachwachsender Rohstoffe (Cellulose und andere Polysaccharide) und im Bereich pharmazeutische Analytik angesiedelt. Die Trennung chiraler Verbindungen in die jeweiligen Enantiomere ist eine allgegenwärtige analytische und präparative Herausforderung in medizinischen, pharmazeutischen und chemischen Disziplinen. Dies betrifft beispielsweise die Herstellung und Reinheitsbestimmung von chiralen Arzneimitteln (z.B. Ibuprofen), die pharmakokinetische Studie optisch aktiver Pharmazeutika sowohl in der Human- als auch in der Veterinärmedizin, sowie die Untersuchung von Lebensmittelkontaminanten (z.B. Mykotoxine) und Umweltschadstoffen (z.B. chirale Fungizide und Pestizide). Die gängigste Methode hierbei ist chirale HPLC. Eine Vielzahl an HPLC-Säulenmaterialien basierend auf verschiedensten chiralen Selektoren ist bereits kommerziell erhältlich, wobei sich Polysaccharid-basierte Kieselgel-Hybrid-Phasen als die leistungsstärksten herauskristallisiert haben. Diese sind allerdings nur in neutraler Form verfügbar. Chirale Verbindungen enthalten jedoch auch saure und basische molekulare Struktureinheiten und liegen daher häufig in ionisierter Form als organisches Salz vor. Ziel des Projektes ist es, neuartige chirale Ionentauscher auf Basis von Polysaccharid-Derivaten herzustellen, welche zur Auftrennung bisher schwer- bis nicht-trennbarer Säuren und Basen in den oben genannten Disziplinen genutzt werden können. Hierbei sollen in weiterer Folge auch die zugrundeliegenden molekularen Erkennungsmechanismen zum besseren Verständnis der Trennparameter untersucht werden.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-11-01 - 2023-10-31

Lignin ist das am häufigsten vorkommende erneuerbare aromatische Biopolymer. Durch verschiedenste industrielle Umwandlungsprozesse von Holz oder Einjahrespflanzen in der Zellstoff- und Papierindustrie, wird das Molekül noch entschieden verändert. In Folge gewinnt man Lignin in großen Mengen und chemisch modifizierter Form als „technisches Lignin“. Derzeit geht man von einer jährlichen Produktion von ca. 70 Mio. t weltweit aus. Trotz großtechnischer Verfügbarkeit werden über 95% des gewonnenen Lignins energetisch genutzt. Die daraus gewonnene und rückgeführte Energie hat zur Folge, dass Prozesse der Zellstoff- und Papierindustrie als weitgehend energieautark gelten. Die Diskrepanz zwischen Verfügbarkeit und der sehr begrenzten realen Nutzung von Lignin stellt seit Jahrzehnten eine große Herausforderung für die akademische und industrielle Forschung – mit unterschiedlicher Intensität und Erfolg – da. Aufgrund eines weltweiten Umdenkens, hervorgerufen durch die Klimakrise und steigender Kohlendioxid-Emissionen, zeigt sich ein deutlicher Trend zum nachhaltigen Umgang mit Rohstoffen und einer bioökonomischen Gesamtgestaltung verschiedenster Prozesse. Lignin hat dadurch als Rohstoffquelle ein neues Momentum erlangt und gilt als „Keyplayer“ in der Substitution von erdölbasierten Rohstoffen und Materialien durch nachwachsender Rohstoffe. Dies ist durch die Zunahme der Forschungsintensität und dem dadurch hervorgerufenen exponentiellen Anstieg von Lignin-Patenten der letzten Jahre erkennbar. Jedoch geht die Umsetzung der vorhanden, zweifellos praktikablen Ideen und deren großtechnischen Anwendungen deutlich langsamer voran. Daher stellt sich die Frage ob und warum wir noch nicht in der Lage sind, technische Lignine analog zur Cellulose oder Erdöl vollständig zu verstehen und zu nutzen? Während wir für Cellulose und deren Produkte seit über hundert Jahre Prozessketten zur Herstellung von Cellulose basierten Produkten wie Papier, Fasern oder anderen Derivaten haben, ist Lignin lediglich ein Abfallprodukt. Dessen hoher energetischer Wert zwar dankend zur positiven Energiebilanz der Prozesse herangezogen wurde aber sonst nur als Nischenprodukt (Lignosulfonat) eine echte stoffliche Anwendung gefunden hat. Durch Verfahren wie Lignoboost (Thomani, 2009) die bereits großtechnisch verfügbar und in Anwendung sind, wurde die Isolation von technischen Ligninen aus den Ablaugen des Kraftzellstoffprozesses ermöglicht und macht technisches Lignin zur weiteren Verarbeitung praktisch weltweit verfügbar.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2020-07-01 - 2022-12-31

Oxidative Modification von Cellulose Ziel der geplanten Arbeiten ist es, schlanke, kosteneffiziente und umweltfreundliche chemische Wege zu finden, um die Eigenschaften von Kraftzellstoff für thermoplastische Materialien zu verbessern. Die Cellulosekette ist von Natur aus steif, was eine der Ursachen für das hohe Tg und Tm ist. Die Forschung zielt darauf ab, die Mobilität der Cellulosekette durch Methoden der Spaltung der Oxidationskette zu erhöhen, um die H-Bindungen verringern.

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