Das Projekt "Teilvorhaben 4: Biologisch abbaubare Tenside aus heimischen Oelen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität-Gesamthochschule Wuppertal, Institut für organische Chemie durchgeführt. Das Vorhaben ist Teil des Verbundes 'Chemische Nutzung heimischer Pflanzenöle II'. Ziel des Teilvorhabens von der Universität Wuppertal ist die möglichst umfangreiche Nutzung heimischer pflanzlicher Inhaltsstoffe zur Herstellung biologisch abbaubarer Tenside. Diese sollen vor allem durch Übertragung der lipophilen Fettsäuren aus den heimischen Pflanzenölen auf hydrophile Pflanzeninhaltsstoffe wie Aminosäuren, Oligopeptide, Monosaccharide und deren Derivate und Disacchariden erreicht werden. Im Vorhaben werden schwerpunktmäßig Problemstellungen angegangen, für die es bislang keine zufriedenstellenden Lösungen gibt. Dies sind u.a. die enzymkatalysierte Übertragung von Fettsäuren auf Aminosäuren, Oligopeptiden (Proteinhydrolysate) und native Zucker, die enzymatische Glycosidierung von Monosacchariden, die enzymatische Modifizierung von Phospholipiden sowie die Herstellung von Aminosäureestern langkettiger Fettalkohole und ausgewählten Wachsestern und die Darstellung von Fettsäureestern mehrwertiger Alkohole. Alle hergestellten Verbindungen sollen charakterisiert und hinsichtlich ihrer oberflächenaktiven Eigenschaften untersucht werden.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Umwandlung ungesaettigter Fettsaeuren in anwendungsnahe Produkte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Münster, Organisch-Chemisches Institut durchgeführt. Das Vorhaben ist Teil des Verbundes 'Chemische Nutzung heimischer Pflanzenöle II'. Das Teilvorhaben der Universtiät Münster kann in vier Teilprojekte unterteilt werden. Hierbei handelt es sich zum einen um die systematische Herstellung von Gemini-Tensiden und Ermittlung der tensidischen Eigenschaften. Bisher wurden nur Gemini-Tenside hergestellt, die mit vergleichsweise langen polaren Resten an der polaren Kopfgruppe verknüpft sind. In dem Vorhaben sollen die Fettsäuren an verschiedenen Positionen der Alkylkette direkt oder über ein kurze Kette verknüpft werden. Durch die unterschiedliche Verknüpfung sind andere Eigenschaften der Tenside zu erwarten. In einem zweiten Teilvorhaben sollen Calcium-Inhibitoren auf Fettsäure-Basis entwickelt werden. Durch Modifizierung von Polyasparaginsäure sollen auf diese Weise biologisch abbaubare Calcium-Inhibitoren erhalten werden. In dem dritten Teilprojekt sollen Tenside durch Einführung polarer Gruppen in die Kettenmitte der Fettsäuren synthetisiert und auf ihre anwendungstechnische Eignung untersucht werden. Die auf diese Weise gewonnenen Verbindungen sind bifunktionell und eignen sich daher evtl. auch als Monomere für Polymere auf Polyester- oder Polyamidbasis. Ausgewählte Produkte sollen daher auch polymerisiert werden. Im vierten Projektteil sollen Fettsäure-Konjugate mit Zuckern und Wirkstoffen synthetisiert werden, bei denen die Fettsäure kovalent mit den Zuckern bzw. den Wirkstoffen (Herbizide, Fungizide, Pharmaka, Antioxidantien, Farbstoffe etc.) verbunden ist. Hierdurch soll die Applikation polarer organischer Wirkstoffe in wässrigen Medien erleichtert werden. Für besonders geeignete Fettsäure-Konjugate sollen preiswerte und einfache Synthesen entwickelt werden.Es wurden Anion- und Neutraltenside aus den heimischen Fettsäuren Ölsäure und Erucasäure sowie aus Petroselinsäure mit unterschiedlichem Substitutionsmuster und Sulfatierungs- bzw. Ethoxylierungsgrad in reiner Form und guten Ausbeuten dargestellt. Es zeigte sich, dass aus Ölsäure hergestellte Fettalkoholethoxylate CMC-Werte bzw. Oberflächenspannungen beim CMC-Wert aufweisen, die denen aus laurischen Fettsäuren entsprechen. Die hergestellten anionischen Tenside zeigen ein Schaumverhalten, das von stark schäumend bis kaum schäumend und von wenig stabilen bis stabilen Schäumen reicht. Damit werden sie den Bedürfnissen nach wenig schäumenden Tensiden für Waschmaschinen bzw. stark schäumenden Tensiden für Geschirrspülmittel gerecht. Aus Linolsäure wurden Verbindungen erhalten, die als Antioxidantien die Induktionszeit für die Oxidation von Ölsäure im Rancimat-Test um 50Prozent erhöhen, d.h. antioxidativ wirken. Aus Ricinolsäure wurde ein fettstämmiges Diendiol bzw. sein Dimethylether dargestellt, die strukturell der Ascorbinsäure ähneln. In der cyclischen Voltammetrie zeigen diese Verbindungen fast die gleiche Reduktionskraft wie Ascorbinsäure, so dass sie auch ähnlich antioxidativ wirksam sein sollten.
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Biotenside und Folgeprodukte aus Triglyceriden/Kohlenhydraten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Braunschweig, Institut für Biochemie und Biotechnologie, Abteilung Biotechnologie durchgeführt. Das Vorhaben ist Teil des Verbundes 'Chemische Nutzung heimischer Pflanzenöle II'. Ziel des Teilvorhabens der TU-Braunschweig ist die Biokonversion von Pflanzenölen und Kohlenhydraten zu Glykolipiden mittels Biokonversion. Dabei sollen neben Sophoroselipiden (Teil 1), Mannosylerythritol- und Cellobioselipiden (Teil 2) auch Oligosaccharide (Teil 3) hergestellt werden sowie biochemische Modifikationen von Zuckern und Zuckeralkoholen mit verschiedenen Fettsäuren (Teil 4) durchgeführt werden. Die Synthese der verschiedenen Lipide beinhaltet zum einen die Optimierung der Kultivierung in einem Bioreaktor, die Aufarbeitung und Produktisolierung sowie die physiko-chemische Charakterisierung. In jedem Teilprojekt sind neben der Synthese der Lipide darüberhinaus auch verschiedene Modifikationen der Lipide wie z.B. Hydrolyse, biochemische Cyclisierung, Acetylierung und biochemische Polykondensation geplant. Die durch die Modifikationen erhaltenen Folgeprodukte werden nach ihrer physiko-chemischen Charakterisierung auf ihre anwendungstechnische Verwendung untersucht.Mit Hilfe des Bakteriums Tsukamurella spec. und der Hefe Candida bombicola ATCC 22214 konnten nachwachsende Rohstoffe als Kohlenstoffquelle erfolgreich in hochwertige Biotenside, d. h. Oligosaccharid- bzw. Sophoroselipide umgewandelt werden. Im 10 l bzw. 50 l Maßstab wurden bei Verwendung von ölsäurereichem Sonnenblumenöl 16 g/l Oligosaccharidlipide produziert. Die drei Hauptprodukte (Di-, Tri- und Tetrasaccharidlipide) wurden mittels NMR/MS in ihrer Struktur aufgeklärt. Darüber hinaus gelang es, die nativen Produkte durch chemo-enzymatische Reaktionen gezielt zu modifizieren, so dass z. B. neue Glycolipide mit neuem Lipidmuster oder verändertem Kohlenhydratanteil oder ungewöhnliche Fettsäuren entstanden. Kommerzielle Lipasen und Glycosidasen wurden hierbei sehr erfolgreich eingesetzt. Einige der Folgeprodukte zeigten sehr interessante biologische Aktivitäten. Das Tri- und das Tetrasaccharidlipid wurden u. a. durch Biokatalyse im organischen Lösungsmittel zu modifizierten Glycolipiden umgewandelt. Die Natur- sowie Folgepodukte zeigten unterschiedliche physikochemische und biologische Eigenschaften. Die nativen Oligosaccharidlipide erniedrigten die Oberflächenspannung von Wasser von 72 auf 25 mN/m. Die in großen Mengen herstellbaren Sophoroselipide von Candida bombicola ATCC 22214 erlaubten eine vielfältige Modifizierung dieser Naturstoffe. Durch alkalische Hydrolyse wurde eine optisch aktive 17-Hydroxy-Ölsäure gewonnen. Die anschließende Lactonisierung dieser ungewöhnlichen Säure gelang mit einer Lipase. Die chemo-enzymatische Epoxidierung mit 35Prozentiger Wassersoffperoxidlösung und der Lipase Novozym 435 lieferte die epoxidierte Form der ungesättigten Hydroxysäure. Bei Modifikationsversuchen am nativen Pophoroselipid mit Hilfe von Glycosidasen (Naringinase) und Lipasen wurden ein neuartiges Glucoselipid sowie neue mono- und diacylierte Sophoroselipide hergestellt.
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Bereitstellung neuartiger Fettstoffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Oldenburg, Fachbereich 9 Chemie durchgeführt. Das Vorhaben ist Teil des Verbundes 'Chemische Nutzung heimischer Pflanzenöle II'. Ziel des Teilvorhabens der Universtität Oldenburg ist es, neuartige lineare und kettenverzweigte Fettstoffe aus Pflanzenölen zu synthetisieren (Teil 1), die durch radikalische, ionische und pericyclische Additionen an die Doppelbindung ungesättigter Fettstoffe wie insbesondere Erucasäure, Ölsäure, Linolsäure und w-ungesättigter Fettstoffe erhalten werden sollen. Die neuartigen Fettstoffe werden von der Industrie auf ihre Anwendungsmöglichkeiten z.B. als oberflächenaktive Verbindungen, als Schmier- und Gleitmittel, als Bausteine für Kunststoffe, als Polymer und als Wirkstoffe im Pflanzenschutz untersucht. Darüberhinaus ist es Ziel des Vorhabens Fettstoffe mit heterocyclischen Strukturelementen herzustellen. Die Doppelbindung der ungesättigten Fettstoffe soll dabei zum Aufbau der heterocyclischen Strukturelemente dienen. So sollen z.B. Oxazolen, Thiazolen, Imidazolen, Aziridinen und Episulfiden auf verschiedenen Wegen hergestellt werden. Fettstoffe mit heterocyclischen Strukturelementen in der Mitte der Fettsäurekette sind als Wirkstoffe insbesondere im Pflanzenschutz von großem Interesse.Einen Schwerpunkt bildeten Additionsreaktionen zur Synthese neuartiger Fettstoffe durch Reaktionen an der Doppelbindung von ungesättigten Fettsäuren bzw. deren Estern unter Ausbildung einer neuen C,C-Verknüpfung. Hierzu wurden zahlreiche Lewis-Säure-Reaktionen und radikalisch induzierte Additionsreaktionen an den Doppelbindungen ungesättigter Fettstoffe wie z.B. Ölsäure, Erucasäure, Petroselinsäure und 10-Undecensäure durchgeführt. Weiterhin wurden Friedel-Crafts-Acylierungen, Friedel-Crafts Alkylierungen, durch Aluminiumchlorid induzierte Additionen von Formaldehyd, Diels-Alder-Reaktionen und En-Reaktionen untersucht. Beispielsweise entsteht bei der Umsetzung von Calendulasäuremethylester und Maleinsäureanhydrid (Diels-Alder Reaktion) ein cyclisches Reaktionsprodukt. Um das Spektrum modifizierter und hoch funktionalisierter Fettstoffe zu erweitern, wurden Enophile wie z.B. Methylvinylketon und Acetamidoacrylsäuremethylester mit ungesättigten Fettstoffen umgesetzt. Hierbei kam die im Rahmen des Vorhabens etablierte EtAlCl2-induzierte Reaktion von Alkenen mit Aldehyden, Ketonen und Carbonsäuren zum Einsatz. Einen zweiten Schwerpunkt bildeten die Arbeiten zur Synthese von heterocyclischen Fettstoffen. Verschiedene neuartige heterocyclische Fettsäurederivate konnten synthetisiert werden. Dabei handelt es sich zum einen um Bis- und Trisaziridin-Derivate, um Tetrazol- und Oxadiazolderivate sowie um Oxazoline, Oxazolidine, Imidazol, Oxazol und Imidazolinthion. Die Herstellung der Aziridine geht dabei von den Epoxyfettsäurederivaten aus. So gelang z.B. die Herstellung von Aziridinen auf Basis von epoxidiertem Sonnenblumenöl, Leinöl, Ricinus-öl und Vernoniaöl. Aus den Aziridinen wurde eine Vielzahl von N-substituierten Aziridin-Derivaten hergestellt.
Das Projekt "Teilvorhaben 5: Tenside, Kunststoffbausteine und Polymere aus heimischen Pflanzenölen durch Metall- und Biokatalyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Getreide-, Kartoffel- und Fettforschung, Institut für Biochemie und Technologie der Fette durchgeführt. Heimische Pflanzenoele sowie die daraus zugaenglichen Fettsaeuren (-ester) sollen durch biokatalytische Konversionsverfahren in Tenside, Kunststoffmonomere und in Polymere ueberfuehrt werden.