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The aim of this thesis was the development and optimization of an innovative one-step liquid phase process for the sustainable production of bio-acrylic acid (bio-AA) from lactic acid (LA) and its oligomers. In the first part of this work, the novel one-step liquid phase process was developed by identifying and investigating the key reaction parameters for this process. After defining the so-called NADA (Nucleophilic Assisted Dehydration to Acrylic acid) – concept, the main part of this thesis dealt with the detailed optimization of the NADA process. The reactive but simple model substrate 2 acetoxypropionic acid (2-APA) was used for a first optimization to obtain a better understanding of the reaction system. Afterwards, a second and final round of optimization was performed with the cyclic LA dimer lactide. In this context, the in-situ separation of AA from the reaction mixture was investigated and successfully realized. Furthermore, a final reaction mechanism for the NADA – process using lactide could be developed. By testing LA and LA-derived mixed oligomers (LADMOs) in the optimized NADA – process it could also be demonstrated that a high oligomerization degree of the reactant is indispensable to obtain high AA yields. Based on these results, the NADA – process can be considered as a very promising liquid phase process for a future sustainable production of bio-AA from LA and its oligomers. Even though further optimization will be necessary to outdo the well-established oil-based gas phase process, by developing this novel route to AA, a major step towards a greener process alternative was made. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung und Optimierung eines innovativen einstufigen Flüssphasenprozesses für die nachhaltige Herstellung von Bio-Acrylsäure (bio-AA) aus Milchsäure (LA) und ihren Oligomeren. Im ersten Teil dieser Arbeit konnte durch die Identifizierung und Untersuchung der Schlüssel Reaktionsparameter ein neuartiger einstufiger Flüssigphasenprozess entwickelt werden. Nach der Definition des sogenannten NADA (Nukleophil Assistierte Dehydratisierung zu Acrylsäure) – Konzeptes beschäftigte sich der Hauptteil dieser Arbeit mit der detaillierten Optimierung des NADA Prozesses. Um das neuartige Reaktionssystem besser zu verstehen, wurde eine erste Optimierung mit dem reaktiven aber zugleich simplen Modellsubstrat 2 Acetoxypropionsäure (2 APA) durchgeführt. Anschließend wurde eine finale Optimierung mit dem zyklischen LA Dimer Lactid durchgeführt. In diesem Zusammenhang wurde unter anderem die in-situ Abtrennung von AA aus dem Reaktionsgemisch untersucht und erfolgreich realisiert. Außerdem konnte auf Basis der in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse ein Reaktionsmechanismus für den NADA – Prozess mit Lactid als Reaktant entwickelt werden. Abschließend wurde durch Untersuchungen mit LA und LA-abgeleiteten gemischten Oligomeren (LADMOs) im optimierten NADA – Prozess gezeigt, dass ein hoher Oligomerisierungsgrad des Reaktanten für hohe AA-Ausbeuten unverzichtbar ist. Aufgrund dieser Ergebnisse kann der NADA – Prozess als ein sehr vielversprechender Flüssigphasenprozess für eine zukünftig nachhaltige Herstellung von bio-AA aus LA und ihren Oligomeren angesehen werden. Auch wenn weitere Optimierungen nötig sein werden, um den etablierten und erdölbasierten Gasphasenprozess zu übertrumpfen, wurde durch die Entwicklung dieser neuartigen Route zu AA ein bedeutender Schritt in Richtung einer grüneren Prozessalternative gemacht. |
