In this
thesis, reductive and non-reductive catalytic routes for the utilization and
valorization of CO2 and other renewable resources are investigated.
The focus is on the development of sustainable catalytic systems based on earth
abundant metals, organocatalysts and enzymes, that can operate under mild
conditions.
Initially, the
non-reductive cycloaddition of CO2 to epoxides was studied. A
catalytic system based on CaI2 combined with readily available
ligands, e.g., Et3N, was reported for the synthesis of terminal and
internal cyclic carbonates. Subsequently, the enzymatic kinetic resolution of
the prepared cyclic carbonates was studied to access enantiopure cyclic
carbonates. Recycling of the immobilized enzyme and upscaling of the reaction
allowed the isolation of an enantiopure chiral building block that was used for
the one-pot synthesis of pharmaceuticals. Finally, the reductive
functionalization of CO2 with amines was studied. A phosphonium methylcarbonate salt was found to be an efficient catalyst
for the synthesis of N-methylamines, N‑formamides and benzoheterocycles.
In dieser Arbeit werden reduktive und
nicht-reduktive katalytische Wege zur Nutzung und Wertschöpfung von CO2
und anderen erneuerbaren Ressourcen untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf der
Entwicklung nachhaltiger katalytischer Systeme auf Basis von leicht verfügbaren
Metallen der Erdkruste, Organokatalysatoren und
Enzymen, die unter milden Bedingungen arbeiten können.
Zunächst wurde die nicht-reduktive
Cycloaddition von CO2 mit Epoxiden untersucht. Ein katalytisches
System auf Basis von CaI2 in Kombination mit leicht verfügbaren
Liganden wie z. B. Et3N wurde für die Synthese terminaler und
interner cyclischer Carbonate realisiert. Anschließend wurde die enzymatische
kinetische Racematspaltung der hergestellten
cyclischen Carbonate untersucht, um enantiomereinreine
cyclische Carbonate zugänglich zu machen. Das Recycling des immobilisierten
Enzyms und das Hochskalieren der Reaktion ermöglichten die Isolierung eines enantiomereinreinen chiralen Bausteins, der für die Ein-Topf-Synthese
von Arzneimitteln verwendet wurde. Schließlich wurde die reduktive
Funktionalisierung von CO2 mit Aminen untersucht. Ein Phosphoniummethylcarbonatsalz erwies sich als effizienter
Katalysator für die Synthese von N-Methylaminen, N-Formamiden und
Benzoheterocyclen.