Benutzer:Paulgerhard/Lävulinsäure
| Strukturformel | |||||||||||||||||||
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| Raumgruppe |
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| Allgemeines | |||||||||||||||||||
| Name | Paulgerhard/Lävulinsäure | ||||||||||||||||||
| Andere Namen | |||||||||||||||||||
| Summenformel | C5H8O3 | ||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
farbloser bis gelblicher Feststoff | ||||||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||||||||
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| Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| Molare Masse | 116,11 g·mol−1 | ||||||||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||||||||||||
| Dichte |
1,134 g·cm−3 25 °C | ||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt |
33–35 °C | ||||||||||||||||||
| Siedepunkt |
244–246 °C | ||||||||||||||||||
| Dampfdruck |
1 h Pa bei 102 °C | ||||||||||||||||||
| Löslichkeit |
gut in Wasser (675 g·l−1 bei 20 °C)[2] | ||||||||||||||||||
| Brechungsindex |
1.439, 1.442 | ||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||
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| Toxikologische Daten | |||||||||||||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. Brechungsindex: Na-D-Linie, 20 °C | |||||||||||||||||||
Die Lävulinsäure (auch 4-Oxopentansäure oder 4-Oxovaleriansäure oder LA) ist eine chemische Verbindung, die zu den Gamma γ-Ketosäuren gehört und gleichzeitig deren einfachsten Vertreter darstellt. Sie kommt in Form eines kristallinen weißen Feststoffs vor. Sie ist löslich in Wasser, Ethanol und in Ether. Sie gilt als wichtige Plattformchemikalie in Bioraffinerien um fossiles Öl als Rohstoff durch nachwachsende Biomasse, vorzugsweise durch Bioabfall zu ersetzen. Das Biomassen Programm der US Department Energie betrachtet seit 2004 LA als eine der 12 wichtigsten biobasierten Plattformchemikalien.[3]
Gewinnung und Darstellung
Lävulinsäure kann in hoher Ausbeute aus der Hexose von Biomasse gewonnen werden. Der Prozess findet mit Glucose als Zwischenprodukt statt, die zu Fructose und dann zu Hydroxymethylfurfural isomerisieren. Andere Zuckerderivate (Levulose (=D-Fructose), Inulin, Stärke) können verwendet werden. Außerdem kann Lävulinsäure durch Hydrolyse von Cellulose gewonnen werden.
Die Isomerisierung erfolgt durch Kochen in homogenen Katalysatoren wie konzentrierter Salzsäure oder Schwefelsäure. Forschungsarbeiten untersuchen auch Ionische Flüssigkeiten oder heterogene Katalysatoren wie saure Zeolithe. Der Syntheseweg geht über Hydroxymethylfurfural (HMF) als Zwischenprodukt. Als Beiprodukt entsteht äquimolar Ameisensäure.[4]
Santos und Mitautoren (2021) stellten in einem Review, die in der Literatur bekannten Synthesewege mit eingesetztem Biomassensubstrat, Reaktionsbedingungen, Katalysatoren, Ausbeute an Lävulinsäure bezogen auf den Glucose Anteil im Substrat zusammen.[5][6]
Verfahrensschritte
Die Firma ‘’GF Technologie’’ wendet zur Herstellung von Lävulinsäure den « Segetis Prozess » mit folgenden Verfahrensschritten an: Biomasse (Gras , Weizen , Mais-Kolben, Stroh , Holz , Cellulose , Zuckerrohr, Zuckerrübenabfälle) => Vorbehandlung, Reinigung und Zerkleinerung => Kochen im Reaktor mit konzentriertem Mineralsäurekatalysator => Abkühlung => Filtration zur Nebenprodukt Abtrennung von Lignin und Humin-Stoffen=>Flüssig-flüssig Gegenstrom Extraktion mit organischem Lösungsmittel wie Furfural=> Abdampfen der Ameisensäure => Lösungsmittel Abtrennung mit Rückführung und Aufkonzentrierung durch Rektifikation => Gewinnung der Lävulinsäure als Sumpfprodukt.[5][7]
Verwendung der Lävulinsäure
Lävulinsäure ist als Konservierungsmittel pflanzlichen Ursprungs eine natürliche Alternative zu synthetischem Konservierungsstoff. Es wird in der Kosmetik verwendet, um zu verhindern, dass Mikroorganismen in das Endprodukt gelangen und um eine Mikroben feindliche Umgebung im Produkt zu schaffen. Es wird verwendet, um den pH-Wert zu regulieren. Es hat antiseptische Eigenschaften.[8]
Lävulinsäure ist ein Zusatzstoff, der in Zigaretten verwendet wird, um die Freisetzung von Nikotin im Rauch zu erhöhen und die Bindung von Nikotin an neuronale Rezeptoren zu verbessern.[9]
Plattformchemikalie
Lävulinsäure kann als biobasierte Plattformchemikalie genutzt werden.[6][10][11]
Obere Reihe: Furfural; Methyltetrahydrofuran; Acrylsäure
Mittlere Reihe Beta Anglicalactone; Lävulinsäure; Delta-Amino-Lävulinsäure
3. Reihe: 1,4-Pentandiol
Untere Reihe: Lävulinsäure Ester; Levulinezuur; Di-Phenolsäure (DPA)
Lävulinsäure ist potentieller Vorläufer (Präkursor) verschiedener Plattformchemikalien wie:
Furan (Lösungsmittel), Tetrahydrofuran, Furfural (Treibstoff), Angelicalacton (Riech- und Duftstoff), Valerolactone (GVL) (Treibstoff-, Brennstoffadditiv), Methyltetrahydrofuran (MeTHF) (Lösungsmittel), Tetrahydrofuran, 2-Butanon, Natiumlevulinat (Kosmetika), Levulinsäure-Ester (Lösungsmittel), Acrylsäure (Polymerharz), Acetylacrylsäure, Acetylacetat, 1-Pentanol (Lösungsmittel), Pentan (Kältemittel in Kühlschränken), 1,4-Butandiol (Weichmacher), 1,4-Pentandiol (Polyurethan-Komponente, (Plattformchemikalie für Kunstfasern, Kunststoffe)), 1,4-Pentadien (Plattformchemikalie), Pentansäure (Bioplastik aus Polyhydroxyvaleriansäure), Pentanol (Desinfektionsmittel), Nonanon (Aromastoff), Adipinsäure (Polyurethan Kunstoff), Bernsteinsäure (Geschmacksverstärker), Sebacinsäure (Präkursor für Polyamide), Delta Aminolevulinsäure (DALA) (Herbizid und Pestizid) (Weiße Hautkrebstherapie), Amino-Levulinsäure-Ketal (Weichmacher), N-Alkylpyrrolidone (Lösungsmittel), Diphenol Säure (DPA) (Bisphenol A Ersatz), 5-Brom-Levulinsäure (Arzneimittel). [6][12]
Verwendung der Lävulin-Derivate
Die Derivate der Lävulinsäure werden verwendet als: Agrochemikalie, Biokraftstoff, Geruchsstoff und Parfüm, Harz für Coating, Kosmetik & Körperpflege, Kraftstoffadditive, Lebensmittelaroma, Lösungsmittel, Medizinprodukt, Pharmazeutika, Polymer & Kunststoff und als Weichmacher.
Natrium Lävulinat
Natriumlevulinat, wird in organischen und naturkosmetischen Zusammensetzungen zur Parfümierung, Hautpflege und pH-Regulierung verwendet. Es stabilisiert Formulierungen und Emulsionen. Es verleiht den Kosmetika Eigengeruch und beugt Faltenbildung der Haut vor.[11]
Levulinsäureester (LA-Ester)
Da bekannt ist, dass petrochemische Lösungsmittel für Mensch und Umwelt schedlich sind, bieten Levulinsäurederivate eine sicherere und nachhaltigere Alternative. Die steigende Nachfrage nach grünen Lösungsmitteln hat Levulinate jedoch auf die Mainstream-Agenda der chemischen Industrie gesetzt. Levulinsäureester werden heute als fruchtige Nischenaroma- und Duftinhaltsstoffe verkauft.[11]
Ethyl-Levulinat
{Ethyl-Levulinat ist der Ethylester von Levulinsäure. Er wird in großem Umfang in der Kosmetik als Duftstoff und in Parfüms verwendet.[11]
Der aus Levulinsäure synthetisierte Ethyl-Levulinat ist potentieller Biokraftstoff auf Cellulose Basis.[11][13]
In anderen Bereichen wie der Industrie- oder Haushaltsreinigung liefern Levulinate eine hervorragende Entfettung/Fleckenentfernung. Sie sind eußerst effizient zur Entfernung von Farbe, Tinte oder [[Klebstoff. Mit ihnen können stabile bis konzentrierte Formulierungen ohne Trübung formuliert werden.[11]
Butyl-Levulinat
Butyl-Levulinat ist als biobasiertes Coating-Lösungsmittel in einer Vielzahl von wessrigen Beschichtungen in Lack- und Beschichtungsformulierungen geeignet. Für Beschichtungen liefern sowohl die Ester als auch die Ketale eine außergewöhnliche Leistung als Koaleszenzmittel oder Co-Lösungsmittel.[11]
Levulinsäure Ketale (LA Ketal)
In der Kosmetik werden Wirkstoffe in Formulierungen eingebracht. Um die Flexibilitet der Kosmetik Formulierung zu erweitern, Levulinat-Ketale als Formulierungshilfsmittel zum Auflösen einer Vielzahl von Wirkstoffen verwendet werden. Bei feuchtigkeitsspendenden Formulierungen ermöglicht die Einarbeitung von Wasser in wasserfreie Systeme, dass sie eine hohe Wasserbeladung aufweisen.
Formulierungen mit Levulinat-Ketale erhöhen die Ethanol-Löslichkeit. Indem sie die Fettigkeit natürlicher Formulierungen reduzieren, ermöglichen sie ein trockenes, seidiges Hautgefühl. Die Formulierungen behalten die Klarheit bei.[11][14]
Glycerin-Levulinat-Ketal (GLK)
Zur Herstellung von viskoelastischem Polyurethan-Schaum ermöglichen Polyole auf der Basis von Levulinat-Ketalen einen reduzierten Isocyanat-/Katalysator Restgehalt. Die Ketalfunktion ermöglicht die Feinabstimmung der Glasübergangstemperatur.[11]
γ-Valerolacton
Levulinsäure ist in neuerer Zeit als weiteres Plattformmolekül aus Biomasse zum wichtigsten Ausgangsmaterial für γ-Valerolacton (GVL) geworden. Dazu wird Levulinsäure hydriert. γ-Valerolacton könnte zukünftig als Monomer für Polyester, als „grünes“ Lösungsmittel, sowie als biogener Brennstoff und biogener Kraftstoff Verwendung finden.[11]
Methyltetrahydrofuran (MTHF)
Levulinsäure ist auch ein Ausgangstoff für die industrielle Produktion von 2-Methyltetrahydrofuran. Durch Zyklisierung und Hydrierung von Levulinsäure kann der cyclische Ether 2-Methyltetrahydrofuran (MTF) als Lösungsmittelaltenative zum Tetrahydrofuran gewonnen werden.[13]
Diphenol Säure (DPA)
Diphenolsäure (Bis(4-hydroxyphenyl)pentansäure) kann durch die Kondensationsreaktion von Phenol mit Levulinsäure in Gegenwart von Salzsäure hergestellt werden. Diphenolsäure (DPA) ist ein vielversprechender potenzieller Ersatz für Bisphenol A (BPA). Bei der Herstellung von Epoxidharzen verbessert es als kovalent gebundener Weichmacher die Vernetzung.[11]
5-Aminolevulinsäure
Immer strengere Umweltschutzvorschriften deuten darauf hin, dass die Mengen herkömmlicher Pestizid-Chemikalien deutlich zurückgehen werden. Delta Aminolevulinsäure (DALA) ist ein geeigneter Ersatz für traditionelle Herbizide und Pestizide. Das biologisch abbaubaren Herbizid wird auf Rasen und bestimmten Getreidekulturen eingesetzt.[11]
Als Arzneimittel wird 5-Aminolevulinsäure als Photosensibilisator, in der Photodynamischer Therapie (PDT) bei der lokalen Behandlung von aktinischen Keratosen mittels eingesetzt, welche Vorstufen zum Hautkrebs darstellen.[11][15]
5-Aminolevulinsäure ist als Gliolan zur Fotodiagnostik (FD) zugelassen. [11]
Porphyrine
In der Biochemie ist 5-Aminolevulinsäure, ein Derivat der Levulinsäure, ein Zwischenprodukt der Porphyrinebiosynthese. Porphyrine sind organisch-chemische Farbstoffe, die aus vier Pyrrol-Ringen (Tetrapyrrol) bestehen.[11]
Hersteller
GFBiochemicals Green Future S.r.l. (Milan, Italien) übernahm 2015 den Segetis Inc. Prozess und begann mit der kommerziellen Produktion von Lävulinsäure aus Biomasse im Produktionsmaßstab von 2.000 MT/a in Caserta, Italien.[16]
Die wichtigsten Hersteller von Läulinsäure sind: Anhui Herman Impex Co Ltd, Avantium, Biofine International Inc., CSPC Pharmaceutical Group, DuPont, GF Biochemicals GmbH, Great Chemicals Co. Ltd., Guannan East Chemical, Haihang Industry Co. Ltd., Hebei Yanuo, Hefei TNJ Chemical Industry Co. Ltd., Heroy Chemical Industry Co. Ltd, Langfang Falke, LangFang Hawk, Langfang Triple Well Chemicals Co. Ltd, Maroon Group, Penta Manufacturing Company, Simagchem Corporation, Synerzine Inc, Zhonglan Industry Co. Ltd, Zibo Changlin Chemical, Zibo Shuangyu.[17]
Einzelnachweise
- ↑ Eintrag zu LEVULINIC ACID in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 2. Juli 2020.
- ↑ a b c d e Datenblatt Lävulinsäure bei Merck, abgerufen am 3. Januar 2021.
- ↑ T. Werpy, G. Petersen: Top Value Added Chemicals from Biomass Volume I—Results of Screening for Potential, Candidates from Sugars and Synthesis Gas. (pdf) In: Results of Screening for Potential Candidates from Sugars and Synthesis Gas; Department of Energy: Washington, DC, USA. August 2004, S. 1-76, abgerufen am 24. Mai 2022 (englisch, review).
- ↑ Raspolli Galletti, A. M., Antonetti, C., De Luise, V., Licursi, D., Nassi o Di Nasso, N.: Levulinic acid production from waste biomass. (pdf) In: Bioresources 7 (2). 2012, S. 1824-1835, abgerufen am 24. Mai 2022 (englisch, review).
- ↑ a b Lucas A. dos Santosa , Gabrielle das V. Fragaa , Danilo Aguiar Pontesa , Leila M. A. Camposb , Luiz A. M. Pontesa,c and Leonardo S. G. Teixeirad: Alternatives for the production of Levulinic acid obtained from biomass. (pdf) In: Quimica Nova, Vol 44, No 10. 4. Juni 2021, S. 1300-1310, abgerufen am 24. Mai 2022 (englisch, review).
- ↑ a b c Jan C. Van der Waal, Ed de Jong: Avantium Chemicals: The high potential for the Levulinic product tree. In: Industrial Biorenewables. April 2016, S. 97-120, abgerufen am 24. Mai 2022 (doi=10.1002/9781118843796, Research gate, review).
- ↑ GF-Biochemicals: Bringing levulinic acid derivates to the market through technology innovation. Abgerufen am 24. Mai 2022 (englisch).
- ↑ Renew Kosmetik Germany: Lävulinsäure. Abgerufen am 24. Mai 2022.
- ↑ Lois Keithly, Geoffrey Ferris Wayne, Doris M Cullen, Gregory N Connolly: Industry research on the use and effects of levulinic acid: a case study in cigarette additives - PubMed (nih.gov). In: Nicotine Tob Res, 2005 Oct;7(5):761-71. doi: 10.1080/14622200500259820. Abgerufen am 26. Mai 2022.
- ↑ Joseph J. Bozell, Gene R. Petersen: Technology development for the production of biobased products from biorefinery carbohydrates—the US Department of Energy’s “Top 10” revisited. In: Green Chemistry. Band 12, Nr. 4, Januar 2010, doi:10.1039/b922014c.
- ↑ a b c d e f g h i j k l m n o GF Biochemicals: Levulinic acid and its derivates are recognised, versatile molecules to meet today’s demand for sustainability. Abgerufen am 24. Mai 2022 (englisch).
- ↑ Michela Signoretto, Somayeh Taghavi, Elena Ghedini, Federica Menegazzo: Catalytic Production of Levulinic Acid (LA) from Actual Biomass. In: molecules. Band 2019 24(15), 30. Juni 2019, S. 2760, doi:10.3390/molecules24152760 (mdpi.com [abgerufen am 27. Mai 2022] Review).
- ↑ a b Swarnalatha Mailaram, Pankaj Kumar, Alekhya Kunamalla, Palkesh Saklecha, Sunil K.Maity: Biomass, biorefinery, and biofuels. In: Academic press (Hrsg.): Sustainable Fuel Technologies Handbook. 1. Januar 2021, S. 51–87, doi:10.1016/B978-0-12-822989-7.00003-2 (sciencedirect.com [abgerufen am 7. Mai 2022]).
- ↑ nxlevvel: Butyl Levulinate and Propanediol Ketal product features. Abgerufen am 24. Mai 2022.
- ↑ E Jonathan, MD Blume, R Allan, MD Oseroff: Aminolevulinic Acid Photodynamic Therapy for Skin Cancers. In: Dermatologic Clinics. Band 25. Elsevier, 2007, S. 5–14, doi:10.1016/j.det.2006.09.005 (sciencedirect.com [PDF; abgerufen am 27. Mai 2022]).
- ↑ Gerald Ondrey: Commercial-scale production for biobased Levulinic Acid. 1. April 2015, abgerufen am 24. Mai 2022.
- ↑ Kajal Rupnar: Globale Lävulinsäure Marktanalyse nach Produkttyp, Anwendungen, Unternehmensprofil 2021. 24. November 2021, abgerufen am 26. Mai 2022.
Dieser Wikipedia Artikel stammt teilweise aus dem französischen und englischen Wikipedia. Acide lévulinique, Levulinic acid
