L535 – Organische Chemie auf der Basis nachwachsender Rohstoffe

Modul
Organische Chemie auf der Basis nachwachsender Rohstoffe
Organic Chemistry using Renewable Resources
Modulnummer
L535 [MC-MA3]
Version: 3
Fakultät
Landbau/Umwelt/Chemie
Niveau
Master
Dauer
1 Semester
Turnus
Sommersemester
Modulverantwortliche/-r

Prof. Dr. rer. nat. Marina Vogel
marina.vogel(at)htw-dresden.de
Dozent/-in(nen)

Prof. Dr. rer. nat. Marina Vogel
marina.vogel(at)htw-dresden.de
Lehrsprache(n)

Deutsch
in "Organische Chemie auf der Basis nachwachsender Rohstoffe (MC-MA3)"
ECTS-Credits

10.00 Credits

Workload

300 Stunden

Lehrveranstaltungen

8.00 SWS (4.00 SWS Vorlesung | 4.00 SWS Praktikum)
Selbststudienzeit

180.00 Stunden

Prüfungsvorleistung(en)

Praktikum
in "Organische Chemie auf der Basis nachwachsender Rohstoffe (MC-MA3)"
Prüfungsleistung(en)

Schriftliche Prüfungsleistung
Prüfungsdauer: 120 min | Wichtung: 70% | nicht kompensierbar
in "Organische Chemie auf der Basis nachwachsender Rohstoffe (MC-MA3)"

Alternative Prüfungsleistung - Protokolle
Wichtung: 30% | nicht kompensierbar
in "Organische Chemie auf der Basis nachwachsender Rohstoffe (MC-MA3)"
Lehrform

Dieses Modul gliedert sich in die Vorlesung mit den beiden Teilen "Grüne Chemie und Katalyse" und "Nachwachsende Rohstoffe" und das Praktikum, in dem sowohl Methoden der chemischen als auch der biochemischen Katalyse angewandt werden.
Medienform

Material zur Vorlesung und Vorlagen zum Praktikum zum Download
Lehrinhalte/Gliederung

Vorlesung

Grüne Chemie und Katalyse

  • Einführung in die Prinzipien der grünen Chemie
  • Rolle und Bedeutung der Katalyse in der organischen Chemie
  • Ausgewählte Verfahren der Katalyse(chemisch, enzymatisch):
    • Katalyse durch Säuren und Basen
    • Katalytische Reduktionen und Oxidationen
    • Katalytische C-C-Bindungsbildung
    • Biokatalytische Methoden zur Stoffgewinnung und Stoffwandlung -Katalyse in neuen Reaktionsmedien -Biokatalytische Prozesse und Verfahren auf der Basis nachwachsender Materialien
    • Verfahren zur stereoselektiven Stoffgewinnung

Nachwachsende Rohstoffe

  • Übersicht über Verfügbarkeit, Gewinnung, Reinigung, Verarbeitung nachwachsender Rohstoffe
  • Folgeprodukte
  • charakteristische Struktur-Eigenschaftsbeziehungen bzw. Eigenschaftsprofile von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen
  • Einsatzgebiete von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen
  • Möglichkeiten zum Abbau der Materialien (Bioabbaubarkeit, hydrolytische, oxidative, mechanische Abbaubarkeit)
  • Konzepte der Bioraffinerie als Alternative zu Erdölraffinerie

Praktikum

Schwerpunkt: Grüne Chemie und Katalyse

  • Selbstständige Planung des Versuchsprogrammes für den vorgegebenen Praktikumszeitraum (freies Praktikum)
  • Durchführung von Versuchen zur katalytischen und biokatalytischen Stoffwandlung, Arbeiten unter Inertgas und bei tiefen Temperaturen, Synthese von Mehrstufenpräparaten
  • Isolierung und Reinigung der Produkte durch Flash-Chromatographie und präparative HPLC
  • Charakterisierung der Produkte durch IR-Spektroskopie, Auswertung von Massen- und NMR-Spektren
  • Bewertung der durchgeführten Versuche einschließlich der Reinigungsprozesse in Hinblick auf ihre Effizienz
  • SciFinder-Recherche und selbständige Literaturauswertung als Basis für den Vergleich unbd die Bewertung chemisch adäquater Verfahren unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit; Ermittlung der Atomeffizienz der durchgeführten Synthesen; Vergleich von Zeit- und apparativem Aufwand und Chemikalienkosten, Entsorgungsaufwand; Auswertung in einem Diskussionsteil des Syntheseberichtes. Vorschläge für Verbesserungen des Syntheseprozesses
  • Durchführung eines Teils des Praktikums als Projekt mit Forschungscharakter
    in kleinen Gruppen
Qualifikationsziele

Ziel der Lehrveranstaltungen ist es, die Studierenden mit der Rohstoffquelle nachwachsende Rohstoffe, ihrer volkswirtschaftlichen Bedeutung und Nutzbarmachung vertraut zu machen. Dabei sollen grundlegende Kenntnisse von Techniken zur Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen zur Erzeugung von Energie und zur Herstellung von Materialien und Chemikalien erworben und die Studierenden zur Berücksichtigung nachwachsender Rohstoffe und ihrer Folgeprodukte bei der Gestaltung technischer Verfahren und Produkte befähigt werden. Die Studierenden erwerben Spezialwissen in Form von Grundkenntnissen über moderne und innovative Methoden der grünen Chemie, insbesondere der Katalyse und Biokatalyse. Im Rahmen des Praktikums erfolgt eine Vertiefung und Erweiterung der Kenntnisse und Fertigkeiten spezieller organisch-präparativer Arbeitstechniken und analytischer Methoden. Sie erwerben Fähigkeiten zur Bewertung von Verfahren unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit durch Ermittlung der Atomeffizienz sowie zur Planung und Verwendung neuer effektiver katalytischer und biokatalytischer Verfahren unter Einbeziehung selbständiger Datenbankrecherchen (SciFinder) und Literaturauswertung. Im Praktikum wird das selbständige Arbeiten, aber gleichzeitig dasgemeinsames Arbeiten und der forschungsbezogene wissenschaftliche Austausch in der Gruppe trainiert.
Sozial- und Selbstkompetenzen
  • Trainieren von Planungskompetenz durch Erstellen des Versuchsplanes für den vorgegebenen Zeitraum des freien Praktikums
  • Beurteilung der eigenen Arbeitseffizienz durch regelmäßige Überprüfung anhand des erstellten Versuchsplanes, Einbringen von Änderungen
  • Effizienzanalyse am Beispiel einer der durchgeführten Synthesen einschließlich der Reinigungsschritte. Beurteilung durch Vergleich mit einer aus der Literatur bekannten Synthese in Hinblick auf Chemikalienkosten, apparativen Aufwand, Zeitaufwand, Entsorgungsaufwand
  • Trainieren von Teamfähigkeit durch Arbeit in der Gruppe
Besondere Zulassungsvoraussetzung
Keine Angabe
Empfohlene Voraussetzungen

Es ist ein breites chemisches Grundwissen, insbesondere in organischer Chemie erforderlich (Bachelor-Niveau).
Fortsetzungsmöglichkeiten
Keine Angabe
Literatur

Lehrveranstaltung Nachwachsende Rohstoffe:

Kamm, B., Gruber, P.R., Kamm, M. (Eds.): Biorefineries - Industrial Processes and Products, WILEY-VCH Weinheim, 2006 C.

Stevens, R. Verhe (Eds.), Renewable Bioresources: Scope and Modification for Non-Food Applications, WILEY-VCH. Weinheim, 2004

H. Zoebelein(Ed.), Dictionary of Renewable Resources, 2nd ed., WILEY-VCH Weinheim, 2001

Lehrveranstaltung Grüne Chemie und Katalyse:

Sheldon, R.A., Arends, I., Hanefeld, U.: Green Chemistry and Catalysis, Wiley-VCH 2007

Rothenberg, G.: Catalysis, Wiley-VCH 2008

Cavani, F., Centi, G., Perathoner, S., Trifiro, F.: Sustainable Industrial Chemistry, Wiley-VCH Weinheim, 2009

Faber, K. Biotransformations in Organic Chemistry, Springer Verlag Berlin, 5. Aufl., 2004

Praktikum Grüne Chemie und Katalyse:

Jeromin, G.E., Bertau, M.: Bioorganikum, Wiley-VCH Weinheim, 2005

Brückner, R. et al., Praktikum Präparative Organische Chemie, Band 1: Organisch-Chemisches Grundpraktikum und Band 2: Organisch-Chemisches Fortgeschrittenen-praktikum, Spektrum Verlag Heidelberg 2008 bzw. 2009
Aktuelle Lehrressourcen

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Hinweise
Keine Angabe
Link zu Kurs/Lernressourcen im OPAL
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