Integriertes computergestütztes Molekül-, Material- und Prozessdesign für die mehrstufige katalytische Umwandlung von Olefinen in alpha-Aminosäuren und beta-Aminoalkohole

Dieses Projekt ist Teil der Forschungsgruppe "Mehrstufige katalytische Produktionssysteme für die Feinchemie durch integriertes Molekül-, Material- und Prozessdesign (IMPD4Cat)". Es zielt auf die Entwicklung einer integrierten computergestützten Methodik für das Molekül-, Material- und Prozessdesign ab, die die rationelle Auswahl wesentlicher Prozesshilfsstoffe (homogene Katalysatoren, Oxidationsmittel, Lösungsmittel, Membranen usw.) in direkter Kombination mit dem Entwurf eines vollständigen Reaktions-Separations-Prozesses unterstützt. Daher müssen geeignete Deskriptoren für die Hilfsstoffe identifiziert werden, um auf der Grundlage einer begrenzten Menge experimenteller Daten quantitative Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zu ermitteln. Durch Einbettung dieser Beziehungen und der Funktionsmodelle der Prozessstufen in ein mathematisches Optimierungsprogramm lassen sich optimale Molekül-Material-Prozess-Kombinationen ermitteln. Bei der Suche nach den optimalen Lösungen soll nicht nur eine maximale Produktivität, sondern auch eine Minimierung des Energiebedarfs, der Emissionen und der Abfallmengen angestrebt werden. Die Entwicklung der Designmethodik erfolgt unter Betrachtung prototypischer mehrstufiger katalytischer Umwandlungspfade, nämlich von Olefinen zu alpha-Aminosäuren oder beta-Aminoalkoholen, in enger Zusammenarbeit mit den anderen Teilprojekten der Forschungsgruppe.

Integrated computer-aided molecular, material and process design for the multistep catalytic conversion of olefins to alpha-amino acids and beta-amino alcohols

This project is part of the Research Unit "Multistep Catalytic Production Systems for Fine Chemistry by Integrated Molecular, Material and Process Design (IMPD4Cat)". It aims at the development of an integrated computer-aided molecular, material and process design methodology, supporting the rational selection of essential process agents (homogeneous catalysts, oxidants, solvents, membranes, etc.) in direct combination with the design of a complete reaction-separation process. Therefore, suitable descriptors of the process agents need to be identified for establishing quantitative structure-property relationships, based on a limited amount of experimental data. By embedding these relationships and the performance models of the process units into a mathematical optimization program, one can determine optimal molecule-material-process combinations. When searching for optimal solutions, one should not only aim for maximum productivity, but at the same time strive for the lowest possible energy consumption, emissions and waste volumes. The development of the design methodology will be based on the consideration of prototypical multistep catalytic conversion pathways, namely from olefins to alpha-amino acids or beta-amino alcohols, in close collaboration with all other subprojects of the Research Unit.