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Leibniz-Institut für Katalyse e.V.
Kompetenz in der Katalyse
Das Institut 5
Angewandte Homogenkatalyse (Bereich 01) 6
Koordinationschemische Katalyse (Bereich 02) 8
Asymmetrische Katalyse (Bereich 03) 12
Katalytische in situ-Studien (Bereich 04) 14
Katalytische Verfahren (Bereich 05) 18
Prozessintensivierung und anorganische Synthese (Bereich 06) 20
Katalysatorentwicklung und Reaktionstechnik (Bereich 07) 24
Assoziierte Forschungsbereiche 26
Service-Bereich Analytik 28
Organigramm / Ehrenmitglieder / Anfahrt 30
Inhalt
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Einer Empfehlung des Wissenschaftsrates folgend, wurde mit Beginn des Jahres 2006 durch die Schaffung des Leibniz-Instituts für Katalyse e.V. an der Universität Rostock (LIKAT) die Fusion des Leibniz-Instituts für Organische Katalyse (IfOK) mit dem Institut für Angewandte Chemie Berlin-Adlershof (ACA) erfolgreich umgesetzt. Zwei traditionelle Forschungsgebiete der Katalyse - die homogene und die heterogene Katalyse – wurden so in einem neuen Zentrum für Angewandte Katalyseforschung, dem LIKAT, gebündelt. Hauptziele der wissenschaftlichen Arbeiten am Leibniz-Institut für Katalyse e.V. sind die Gewinnung neuer Erkenntnisse in der Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Katalyse und deren Anwen-dung bis hin zu einer technischen Umsetzung. Das LIKAT fungiert dabei als Bindeglied zwischen Uni-versitäten und Instituten der Max-Planck-Gesellschaft auf der einen sowie Industrieunternehmen auf der anderen Seite. Es definiert seinen Aufgabenschwerpunkt im Umfeld anwendungsnaher Grund-lagenforschung und angewandter Forschung. Die Katalyse als Wissenschaft von der Beschleunigung chemischer Elementarprozesse ist eine Quer-schnittswissenschaft, die mit dazu beiträgt, Lösungen für die wesentlichen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts zu finden. Zu ihrem Verständnis ist das Zusammenwirken verschiedenster Diszip-linen, wie der Anorganischen und Organischen Chemie, der Nanowissenschaften, der Physikalischen Chemie und der Verfahrenstechnik notwendig. Neue Katalyse-Anwendungen in zukunftsorientierten Wirtschaftsbereichen zu realisieren, ist eines der strategischen Ziele des LIKAT. In diesem Kontext sind speziell neue Anwendungen im Life-Science-Bereich, in nachhaltigen chemischen Produktions-
prozessen und zukünftig auch im Energiesektor und der Nanotechnologie von Interesse.
Prof. Dr. Matthias BellerDirektor des Leibniz-Instituts für Katalyse e.V.
Leibniz-Institut für Katalyse e.V. (LIKAT)
www.catalysis.de
6 KONTAKT: Prof. Dr. Matthias Beller, Tel.: +49 (381) 1281 0, Fax: +49 (381) 1281 5000
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01 Angewandte Homogenkatalyse
Wesentliche strategische Ziele unserer Forschung sind die Entwicklung neuer, umweltfreundlicher Katalysa-toren und deren synthetische Anwendung. Dabei ist der Transfer der Ergebnisse von Modellstudien und mechanistischen Untersuchungen zu konkreten che-mischen Produkten oder Prozessen ein besonders wichtiger Aspekt. Inhaltliche Schwerpunkte im ersten Teilbereich sind methodische Untersuchungen zur katalytischen Funk-tionalisierung von Arylhalogeniden. Die von uns in den letzten Jahren entwickelten Liganden werden bereits technisch eingesetzt und wir arbeiten an weiteren technischen Umsetzungen mit Industriepartnern.Im Thema „Carbonylierungen“ werden u.a. die Ent-wicklung atomeffizienter Multi-Komponenten-Reakti-onen sowie Carbonylierungen von Arylhalogeniden bearbeitet. Hier konnten wir einen Palladium-Kataly-sator entwickeln, mit dem eine reduktive Carbonylie-rungen für die Herstellung von Pharmaintermediaten erstmals technisch umgesetzt wurde. Weitere Carbo-nylierungsreaktionen, die in Kooperation mit Unter-nehmen bearbeitet werden, sind Hydroformylierungen von großtechnisch hergestellten Olefinmischungen.
Konzeptionell konnten wir hier zeigen, dass es möglich ist, technische Olefinmischungen regioselektiv zu Aldehyden und Aminen umzusetzen. Im Rahmen der Entwicklung nachhaltiger chemischer Verfahren ist der Einsatz von umweltfreundlichen und kostengünstigen Oxidationsmitteln wie Sauerstoff und Wasserstoffperoxid ein primäres Ziel im Bereich der Redox-Katalyse. Daneben konzentrieren wir uns auf die Entwicklung von kostengünstigen Eisen-Katalysa-toren für Redox-Reaktionen. Im Rahmen der Nutzung von katalytischen Reaktionen zur Wirkstoffsynthese werden verschiedene unserer methodischen Entwicklungen angewandt und weiter vorangetrieben. Schwerpunktmäßig werden verschie-denste Indolderivate für neue Analgetika, Anti-Alzhei-mer-Wirkstoffe und Kinaseinhibitoren hergestellt.
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Schwerpunkte Ausgewählte Publikationen
01/1 AromatenveredelungLigand- und Komplexsynthesen �Pd-katalysierte Kupplungsreaktionen �
01/2 CarbonylierungenMultikomponentenreaktionen �Pd-katalysierte Carbonylierungen �von Arylhalogeniden
01/3 Homogene Redox-KatalyseSauerstoff und Wasserstoffperoxid �als Oxidationsmittelalternative Katalysatorsysteme, �z.B. Eisen-Komplexe
01/4 Katalytische WirkstoffsynthesenÜbertragung von Modellreaktionen �auf „reale Zielstrukturen“Synthese neuer Indolderivate �
01/5 Organische GroßchemikalienHydroformylierung, Hydroamino- �methylierung, Telomerisationprozessbegleitende Katalysator- �optimierungen
01/6 Theorie der KatalyseBerechnungen zu Energieprofilen �katalytischer Reaktionen
T. Schareina, A. Zapf, M. Beller, Chem. Commun. 2004, 1388.
S. Klaus, H. Neumann, A. Zapf, D. Strü-bing, S. Hübner, J. Almena, T. Riermeier, P. Groß, M. Sarich, W.-R. Krahnert, K. Rossen, M. Beller, Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 154.
D. Hollmann, S. Bähn, A. Tillack, M. Beller, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 8291.
F. Shi, M. K. Tse, M.-M. Pohl, A. Brückner, S. Zhang, M. Beller, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 8866.
X. Tong, M. Beller, M. K. Tse, J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4906.
F. G. Gelalcha, B. Bitterlich, A. Gopina-than, M.-K. Tse, M. Beller, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 7293.
K. Alex, A. Tillack, N. Schwarz, M. Beller, Angew. Chem. Int. Ed. 2008; 47, 2304.
N. S. Shaikh, S. Enthaler, K. Junge, M. Beller, Angew. Chem. Int Ed. 2008; 47, 2497.
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KONTAKT: Prof. Dr. Uwe Rosenthal, Tel.: +49 (381) 1281 176, Fax: +49 (381) 1281 51 176
In drei Themen werden koordinationschemische Aspekte der homogenen Katalyse von Übergangsme-tallkomplexen (vorzugsweise von Ti, Zr, Hf, Cr, Co) mit dem Ziel von Anwendungen in der chemischen Industrie, ausgehend vom molekularen Modell über Reaktionsoptimierungen bis hin zur möglichst selek-tiven Bildung von Produkten in technischen Prozessen untersucht. „Katalysen früher Übergangsmetalle“ werden unter-sucht, um komplexchemische und katalyserelevante Kenntnisse sowohl zur Optimierung bekannter als auch zur Auffindung neuartiger Katalysen zu erar-beiten. Mit Metallocen-Komplexen wurde ein breites Spektrum von stöchiometrischen und katalytischen Reaktionen mit funktionellen Gruppen diverser Sub-strate möglich, um ungewöhnliche Metallacyclen von Ti, Zr und Hf, Polymerisationen von Olefinen, Ring-öffnungspolymerisationen, Hydrodehalogenierungen, Aktivierungen von C-C-, C-H und C-F-Bindungen etc. zu realisieren. „Cycloadditionen“ werden in Form von übergangs-metall-/photokatalysierten [2+2+2]-Cycloadditionen von Nitrilen und Alkinen zu ungewöhnlich substitu-
ierten Pyridinen mit zentraler oder axialer Chiralität sowie von derivatisierten Alkinen zu chiralen Diphe-nylliganden genutzt. Darüber hinaus sind solche kata-lytischen Reaktionen bedeutsam sowie für die Synthese von potentiellen Pharma-Wirkstoffen wie auch von Vi-tamin B6-Derivaten. Hydroheterofunktionalisierungen von Acetylen werden ebenfalls untersucht.„Oligomerisierungen“ von Ethylen als hochselek-tive Prozesse zu linearen alpha-Olefinen wurden mit Metallacyclen verschiedener Metalle und innovativen Liganden erreicht. Ein neues Katalysatorsystem dafür ist derzeit zur Testung in einer Pilotanlage und ver-fahrenstechnische Verbesserungen des SABLIN®-Verfahrens werden in einer Anlage in Al-Jubail (Saudi Arabien) mit 120.000 Tonnen/Jahr genutzt.
Koordinationschemische Katalyse
Schwerpunkte Ausgewählte Publikationen
02/1 Katalyse früher ÜbergangsmetalleExotische Fünfringmetallacyclen von �Titan und Zirconium Ungewöhnliche Spaltung von �C-F-Bindungen Katalytische Hydrodeflourierung �Polymerisations- und Oligomerisations- �katalyse für Olefine
02/2 Cycloadditionen Axial-Chirale Biaryle �Potentielle Wirkstoffe und Vitamin- �forschungKatalytische Reaktionen von �Acetylenen Hydroheterofunktionalisierungen �Photokatalyse �
02/3 Oligomerisierungen Selektivoligomerisierung von Ethylen �Innovative Ligand- und Komplexsynthesen �Prozessbegleitende Industriekoopera- �tionen
U. Rosenthal, V. V. Burlakov, P. Arndt, W. Baumann, A. Spannenberg, Organometal-lics 2005, 24, 456.
P. Arndt, U. Jäger-Fiedler, M. Klahn, W. Baumann, A. Spannenberg, V. V. Burlakov, U. Rosenthal, Angew. Chem. 2006, 118, 4301; Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 4195.
T. Beweries, V. V. Burlakov, M. A. Bach, S. Peitz, P. Arndt, W. Baumann, A. Spannen-berg, U. Rosenthal, B. Pathak, E. D. Jem-mis, Angew. Chem. 2007, 119, 7031; An-gew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 6907.
U. Rosenthal, V. V. Burlakov, M. A. Bach, T. Beweries, Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 719.
B.Heller, M. Hapke, Chem. Soc. Rev. 2007, 36, 1085.
B. Heller, A. Gutnov, C. Fischer, H.-J. Drex-ler, A. Spannenberg, D. Redkin, C. Sun-dermann, B. Sundermann, Chem. Eur. J. 2007, 13, 1117.
K. Rufanov, B. Mueller, A. Spannenberg, U. Rosenthal, New J. Chem. 2006, 30, 29.
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Kompetenz in der Katalyse
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Asymmetrische Katalyse
KONTAKT: Prof. Dr. Armin Börner, Tel.: +49 (381) 1281 202, Fax: +49 (381) 1281 51 202
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Hydrierungen und Hydroformylierungen spielen eine zentrale Rolle in der Chemischen und Pharmazeu-tischen Chemie sowie bei der Herstellungen von Geruchsstoffen und Agrochemikalien. Insbesondere die Hydrierung kann als eine der am weitest verbrei-teten Transformationen zur Herstellung von Alkanen, Alkoholen und Aminen aus unterschiedlichsten Aus-gangsprodukten angesehen werden. Die Hydrofor-mylierung ist eine wichtige Reaktion zur Umwandlung von Alkenen in Aldehyde, wobei letztere wiederum wichtige Edukte für weiterführende Umsetzungen sind. Ein besonderer Vorteil homogener Reaktionsführung ergibt sich aus dem hohen Potential zur Steuerung von Chemo-, Regio- und Stereoselektivität. Die Herstel-lung von enantiomerenreinen Produkten stellt einen besonderen Schwerpunkt dar. Im Bereich existiert eine langjährige Expertise auf beiden Gebieten. Dabei werden alle Aspekte moderner Katalyseforschung berücksichtigt, z.B. Synthese von Substraten und chiralen Liganden, Synthese und voll-ständige Charakterisierung, (103Rh-NMR-, in situ HP-NMR, in situ HP-IR-Spektroskopie von Präkatalysa-toren und Katalysatoren) Stabililitätsuntersuchungen
03von Liganden und Komplexen, DFT-Rechnungen und kinetische Untersuchungen. Es stehen für die Reak-tionen unter Normal- und erhöhtem Druck (bis 200 bar) Autoklaven unterschiedlichem Volumens, ein-schließlich Parallelreaktoren zur Verfügung. Ein Up-scaling bis zu 600 l ist möglich. Totalsynthesen, z.B. im Rahmen von Patentumgehungsverfahren, von bis zu 20 Reaktionsstufen unter Einbeziehung von Hydrier- bzw. Hydroformylierungsschritten werden ebenfalls durchgeführt. Seit kurzem werden auch Alkoxycarbonylierungen und Hydroxycarbonylierung sowie heterogen katalysierte Hydrierung untersucht.
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Schwerpunkte Ausgewählte Publikationen
03/3 Hydroformylierungn-regioselektive Hydroformylierung �in situ HPNMR-Spektroskopie �In situ HPIR-Spektroskopie �Prozessbegleitende Industrie- �kooperationen
03/4 Heterogene HydrierungHydrierungsreaktionen mit Glycerol �Charakterisierung von heterogenen �KatalysatorenSynthese von heterogenen Katalysatoren �
03/1 Asymmetrische HydrierungSynthese neuer phosphorhaltiger �LigandenSynthese und Hydrierung neuer �prochiraler Substrate Charakterisierung von Hydrier- �katalysatorenLösungsmitteleffekte �Totalsynthesen von Pharmaka �Prozessbegleitende Industrie- �kooperationen
03/2 Kinetik von SelektionsprozessenGenerierung von Katalysatoren aus �PräkatalysatorenEnzymmodelle �Clusterkatalysen �in situ-UV-Vis-Spektroskopie �
Phosphorus Ligands in Asymmetric Cataly-sis – Synthesis and Application, A. Börner, Hrsg.; Wiley-VCH, Weinheim, 2008, 3 Bände.
H.-J. Drexler, W. Baumann, T. Schmidt, S. Zhang, A. Sun, A. Spannenberg, C. Fischer, H. Buschmann, D. Heller, Angew. Chem. 2005, 117, 1208.
J. Bayardon, J. Holz, B. Schäffner, V. An-drushko, S. Verevkin, A. Preetz, A. Börner, Angew. Chem. 2007, 119, 6075-6078; Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 5971.
M.-N. Gensow, N. V. Dubrovina, H. Jiao, D. Michalik, J. Holz, R. Paciello, B. Breit, A. Börner, Chem. Eur. J. 2007, 13, 5896.
D. Selent, D. Hess, K.-D. Wiese, D. Röttger, C. Kunze, A. Börner, Angew. Chem. 2001, 113, 1739.
V. Tararov, A. Korostylev, A. Börner, G. König, P. Bobál’, J. Frantisek, G. König, N. Jeker, K. Denike, (ratiopharm GmbH), EP 2005006577.0 (24.03.2005), WO/ 2006/ 066823 (29.06.2006).
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KONTAKT: Priv.-Doz. Dr. Angelika Brückner, Tel.: +49 (381) 1281 244, Fax: +49 (381) 1281 51 244
Katalytische in situ-Studien04Rationales Katalysatordesign erfordert authentische Kenntnisse zum Zusammenhang von Struktur und Wir-kungsweise von Katalysatoren, die nur unter realen Reaktions- bzw. Synthesebedingungen gewonnen werden können. Es werden verschiedene Methoden (z. B. FTIR-, Raman-, UV-vis-, EPR-, XAS-Spektro-skopie, Röntgenbeugung) für das Monitoring von katalytischen Reaktionen (operando-Spektroskopie) und Katalysator-Synthesen adaptiert und weiterentwi-ckelt, wobei Simultankopplungen mehrerer operan-do-Techniken im selben Experiment (z.B. EPR/UV-vis/Raman, FTIR/UV-vis/Raman, XRD/Raman) besondere Bedeutung zukommt. Diese erhöhen Zuverlässigkeit und Umfang der Ergebnisse, auf deren Basis verbes-serte Synthesestrategien erarbeitet werden sollen.Hauptsächlich werden heterogen katalysierten Gasphasenreaktionen untersucht (z.B. selektive Oxidation und Ammoxidation aliphatischer und aro-matischer Kohlenwasserstoffe, selektive katalytische Reduktion und Zersetzung von NOx und N2O). Wich-tige Katalysatorsysteme sind übergangsmetallhaltige Mischoxide (z.B. von Mo, V, Bi, Cr, Fe), Zeolithe und mesoporöse Materialien, Heteropolysäuren in geträ-
gerter und ungeträgerter Form, aber auch Edelme-tall-Trägerkatalysatoren (z.B. Au, Pd, Pt). In jüngster Zeit werden verstärkt auch geeignete Reaktionszellen zur Untersuchung katalytischer Flüssigphasenreak-tionen in heterogener und homogener Phase unter erhöhtem Druck entwickelt (z.B. operando-Hoch-druck-EPR). Neben der Verfolgung katalytischer Reaktionen werden gekoppelte in situ-Methoden (FTIR(ATR)/UV-vis/Raman, XRD/SAXS/Raman) für das Monito-ring der Synthese von Mischoxid-Katalysatoren in wässrigen Lösungen entwickelt und eingesetzt.
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Schwerpunkte Ausgewählte Publikationen
04/1 Optische Spektroskopie und thermoanalytische Methoden
Untersuchung der Bildung, Stabilität und �Reaktivität von Oberflächenad- sorbaten bei heterogenkatalytischen Reaktionen mittels in situ-FTIR (Trans- mission und DRIFTS)Kopplung von in situ-ATR/Raman/UV- �vis-Spektroskopie zur Untersuchung struktureller Änderungen während der Katalysator-Precursor-Synthese und zur zeitnahen Verfolgung von Reaktionen in flüssiger Phase (auch unter Druck)Kopplung von in situ-Röntgenstreuung �(WAXS) und Raman-Spektroskopie zur Verfolgung von Kristallisationsprozes- sen bei der Katalysatorsynthese in flüs- siger Phase (in Kooperation mit der BAM)Adaption thermoanalytischer Metho- �den (TG/DSC/DTA/MS) zur Charakterisie-rung von Katalysatoren und zur Ver- folgung von Desaktivierungsprozessen
04/2 Magnetische Resonanz- und Röntgenmethoden
Neue Reaktorzellen für Flüssigphasen- �EPR unter Druck Aktivzentren in V-haltigen Oxiden und �Oxynitriden für (Amm)oxidationen XRD/Raman-Studien von Phasenum- �wandlungen in Übergangsmetall- MischoxidenEntwicklung der simultanen XAS/ �XRD/SAXS an BESSY II zum Studium von Edelmetall-Katalysatoren (in Kooperation mit der BAM)
A. Brückner, Adv. Catal. 2007, 51, 265.
A. Brückner, G. Scholz, D. Heidemann, M. Schneider, D. Herein, U. Bentrup, M. Kant, J. Catal. 2007, 245, 369.
M. Santhosh Kumar, M. Schwidder, W. Grünert, U. Bentrup, A. Brückner, J. Catal. 2006, 239, 173.
U. Bentrup, A. Brückner, M. Fait, B. Kubias, J. B. Stelzer, Catal. Today, 2006, 112, 78.
U. Bentrup, A. Brückner, M. Kant , S. Kolf , U. Dingerdissen, S. Jansen, D. Maschmey-er, H. Siegert, H.W. Zanthoff, Oil Gas Euro-pean Magazine 2006, 32, 145.
U. Bentrup, L. Küpper, U. Budde, K. Lovis, K. Jähnisch, Chem. Eng. Technol. 2006, 29, 1216.
A. Brückner, Chem. Commun. 2005, 13, 1761.
U. Bentrup, M. Richter, R. Fricke, Appl. Ca-tal. B: Environmental, 2005, 55, 213.
A. Brückner, Catal. Rev. Sci. Eng. 2003, 45, 97.
KONTAKT: Prof. Dr. Armin Börner, Bereichsleiter, Tel.: +49 (381) 1281 202, Fax: +49 (381) 1281 52 02
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KONTAKT: Dr. habil. Andreas Martin, Tel.: +49 (381) 1281 246, Fax: +49 (381) 1281 51 246
Katalytische Verfahren05Im Forschungsbereich werden vorrangig Aspekte der Oxidationskatalyse (Ammoxidation, Acetoxylierung, Epoxidierung, Oxychlorierung, oxidative Carbony- lierung) sowie der stofflichen und energetischen Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen (Biomasse- pyrolyse, Glycerinchemie, Deoxygenierung) bearbei- tet, auf die in den letzten Jahren weiter fokussiert wurde. Ergänzt werden diese Arbeiten durch Unter-suchungen auf den Gebieten Raffineriechemie (kata-lytische Dehydrierung, Dehydrohalogenierung) und der Autoabgaskatalyse. Vordringliche Ziele dieser Forschungsarbeiten sind die Entwicklung neuer, umweltfreundlicher Katalysatoren und nachhaltiger katalytischer Stoffwandlungen sowie der Ergebnis-transfer in die Wirtschaft. So wurden u.a. neue, hocheffektive Pd-haltige Trä-gerkatalysatoren für die Acetoxylierung von Toluol zu Benzylacetat gefunden. Neuartige Gold-Träger-katalysatoren werden für Oxidationen von Polyolen genutzt. Ölsäuremethylester werden in Gegenwart von Sauerstoff als „grünem“ Oxidationsmittel epoxi-diert. Die Synthese substituierter aromatischer Alde-hyde, industriell begehrte Zwischenprodukte, wird
unter Nutzung von H2O2 oder molekularem Sauer-stoff als Oxidans bearbeitet. Ferner wurden neue chirale Brönstedsaure Katalysatoren synthetisiert und in C-C-Knüpfungsreaktionen eingesetzt. Projekte der stofflichen Nutzung nachwachsender Rohstoffe beschäftigen sich u.a. mit der Umsetzung von Glycerin, so z.B. zur Gewinnung von Acrolein oder Oligomeren. Des Weiteren wurden leistungsfä-hige Katalysatoren für die Glycerin-Reformierung in H2 bzw. der Umsetzung zu Diolen an Edelmetallka-talysatoren entwickelt. In einem explorativen Projekt wurde begonnen, die Nutzung halmgutartiger Roh-stoffe zur Erzeugung von Pyrolyseflüssigkeiten zu untersuchen.
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Schwerpunkte Ausgewählte Publikationen
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+ NH3 , 1.5 O2
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+ 3 H2O
CH3
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CH2OAc
O2 ++ 1/2 H2O+catalyst
05/1 Produktorientierte VerfahrenOxidation von Alkylaromaten, Alko- �holen, Polyolen, AldehydenAmmoxidation aromatischer �VerbindungenEpoxidierung, Dihydroxylierung und �C=C-Spaltung von Ölen und FettenKohlendioxid als Plattformchemikalie �für nachhaltige Synthesen
05/2 Technologieorientierte VerfahrenReaktionen mit Glycerin �Kontinuierliche Hochdruckreaktionen �Umweltkatalyse �Dehydrierung niederer Paraffine �
A. Martin, V. Narayana Kalevaru, B. Lü-cke, A. Brückner, Appl. Catal. A: General, 2008, 335, 196.
A. Martin, U. Armbruster, D. Decker, T. Ge-dig, A. Köckritz, ChemSusChem, 2008, 3, 242.
J. Deutsch, A. Martin, H. Lieske, J. Catal. 2007, 245, 426.
A. Martin, M. Kant, H. Klein, R. Jackstell, M. Beller, J. Supercrit. Fluids, 2007, 42, 325.
V. Narayana Kalevaru, A. Benhmid, J. Rad-nik, M.-M. Pohl, U. Bentrup, A. Martin, J. Catal., 2007, 246, 399.
A. Köckritz, M. Sebek, A. Dittmar, J. Rad-nik, A. Brückner, U. Bentrup M.-M. Pohl, H. Hugl, W. Mägerlein, J. Mol. Catal. A: Chem., 2006, 246, 85.
J. Radnik, A. Benhmid, K.V. Narayana, M.-M. Pohl, A. Martin, B. Lücke, U. Din-gerdissen, Angew. Chem. Int. Ed., 2005, 44, 6771.
A. Martin, V. Narayana Kalevaru, B. Lü-cke, A. Brückner, Appl. Catal. A: General, 2008, 335, 196.
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O- H+ HO
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OH HO
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OH + H2O
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Prozessintensivierung und anorganische Synthese06
KONTAKT: Prof. Dr. Bernhard Lücke, Tel.: +49 (381) 1281 245, Fax: +49 (381) 1281 51 245
Mikrostrukturreaktoren (mit Strukturen von weniger als 1 mm) verfügen über ein höheres Oberflächen-/Volumenverhältnis mit gegenüber üblichen chemi-schen Reaktoren stark beschleunigtem Wärme- und Stofftransport. Zusätzlich wird durch die geringen Volumina in diesen Mikroreaktoren das Gefähr-dungspotential stark exothermer und explosionsge-fährlicher Reaktionen deutlich reduziert. Wandreaktoren, insbesondere mikrostrukturierte, erfordern aktive und stabile Katalysatorbeschich-tungen. Hierzu wird neben dem traditionellen „wash- coating“ die templatbasierte Synthese nanokristal-liner poröser Metalloxidschichten direkt auf mikro-strukturierten Substratoberflächen verfolgt. Nach einer Funktionalisierung mit Edelmetall-Nanoparti-keln werden die katalytischen (Hydrierung, Oxidation, Epoxidierung), kinetischen sowie physikochemischen Eigenschaften (XRD, SAXS, UV/Vis, AFM, SEM) unter-sucht. Innovative anorganischen Synthesen sind von grund-legender Bedeutung bei Prozessintensivierungen. Im Mittelpunkt steht die Weiterentwicklung oxidischer, metallischer und hybrider Systeme sowie von porösen
Materialien für die heterogene Katalyse. Hierfür werden Auswirkungen von Strukturmodifikationen, Elementsubstitutionen und Morphologievariationen auf die Funktionalität der Materialien untersucht.Darauf aufbauend werden neue nanoporöse und dichte anorganische Membranen für den Einsatz in der Stofftrennung und im Membranreaktor entwi-ckelt, charakterisiert und erprobt. Dabei erfolgt die Stofftrennung kleiner Moleküle nach Molekülgröße, Wechselwirkung oder an gasdichten Hochtempe-ratur-Mischoxid-Membranen durch Transport von Sauerstoffionen im Sauerstoff-Defizit-Kristallgitter. Im Membranreaktor können Ausbeuten und Selek-tivitäten von Gleichgewichts- und Folgereaktionen erhöht werden.
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Schwerpunkte Ausgewählte Publikationen
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Permeative Stofftrennung � - Gleichgewichtsverschiebung an Membranreaktoren - Trennung von Alkanen und H2/O2/CO2 aus Reaktionsgasen
06/3 Poröse KatalysatorfilmeSynthese mesoporöser Kataly- �satorbeschichtungen und PulverWash-coating �Katalyse in mikrostrukturierten �Reaktoren(Ko)Fällung anorganischer �Materialien in Mikromischernin-situ-Charakterisierung in �Mikroreaktoren
06/1 MikroverfahrenstechnikHerstellung von Feinchemikalien und �pharmazeutischen ZwischenproduktenProzessentwicklung und Prozess- �optimierung Heterogen katalysierte asymmetrische �HydrierungenWasserstofferzeugung durch kata- �lytische Reformierung von Alkoholen und KohlenwasserstoffenMehrphasenkatalyse �Herstellung von Katalysatoren �und Nanomaterialien
06/2 Anorganische FunktionsmaterialienMaterialentwicklung �
- Nano-Edelmetalle, -Oxide, und -Hybride - Mikro- und mesoporöse Materialien - Sauerstoffleitende Strukturen
Dichte Sauerstoffleitende Membranen � - Sauerstoffabtrennung aus der Luft - Synthesegaserzeugung, Partialoxidationen
K. Jähnisch, V. Hessel, H. Löwe, M. Baerns; Angew. Chem. 2004, 116, 410; Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 406.
K. Jähnisch, U. Dingerdissen; Chem. Eng. Technol. 2005, 28, 426.
N. Steinfeldt, R. Abdallah, U. Dingerdissen; Chem. Eng. Technol. 2005, 28, 426.
N. Steinfeldt, R. Abdallah, U. Dingerdissen, K. Jähnisch; Org. Process. Res. Dev. 2007, 11(6), 1025.
J. Caro, P. Kölsch, M. Noack; Adsorption Science and Technology 2005, 11, 215.
J. Caro, H. Wang, C. Tablet, A. Feldhoff, T. Schiestel, M. Kilgus, P. Kölsch, S. Werth; Cat. Today 2006, 118, 128.
A. Dittmar, M. Schneider, J. Radnik, M. Noack, P. Kölsch; Proc. 9th Int. Conf. on In-organic Membranes, Lillehammer, Norway, 2006, 603.
R. Krähnert, M. Baerns; Applied Catalysis A: General 2007, 327, 73.
P. Beato, R. Kraehnert, S. Engelschalt, T. Frauk, R. Schlögl; Chemical Engineering Journal 2008, 135, 247.
B E R E I C H
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KONTAKT: Prof. Dr. Armin Börner, Bereichsleiter, Tel.: +49 (381) 1281 202, Fax: +49 (381) 1281 52 02
Asymmetrische Katalyse
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Katalysatorentwicklung und Reaktionstechnik07Im Forschungsbereich werden Aspekte der hetero-genen Katalyse und der technischen Chemie unter-sucht. Ziel ist die Entwicklung und Anwendung von Methoden, Verfahren und Apparaten, die zu einer Beschleunigung der Entwicklung bzw. Verbesserung von katalytischen Verfahren und Katalysatoren bei-tragen oder zu einem besseren Verständnis der kata-lytischen Prozessstufe führen. Reaktionsseitig liegt der Schwerpunkt auf heterogen katalysierten Reaktionen, die bereits technisch in großem Maßstab durchge-führt werden bzw. die in Zukunft eine Realisierung in großem Maßstab erwarten lassen. Der Bereich umfasst die drei Themen Hochdurchsatz-technologien, Reaktionsmechanismen und Reaktions-technik. Es werden Hochdurchsatztechnologien zur Katalysatorsynthese, Ausprüfung und Charakterisie-rung entwickelt und eingesetzt (sowohl Apparatur- als auch Software-Entwicklungen, letztere insbesondere zur Versuchs- und Syntheseplanung). Im Thema Reaktionsmechanismen werden statio-näre und instationäre Methoden weiterentwickelt und angewendet, um ein quantitatives mikrokineti-sches Verständnis heterogen katalysierter Reaktionen
zu erlangen. Diese Kenntnisse sind die Basis für eine wissensbasierte Katalysatorentwicklung bzw. –ver-besserung. Im Thema Reaktionstechnik wird das Verhalten hete-rogener Katalysatoren bzw. der Ablauf katalytischer Reaktionen unter industriellen Bedingungen unter-sucht und Vorschläge für optimale Reaktor- und Pro-zesskonzepte erarbeitet. Dies umfasst die Aufklärung des Reaktionsablaufs, die Messung kinetischer Daten, die kinetische Modellierung sowie die modellbasierte Voraussage und experimentelle Überprüfung des Verhaltens unterschiedlicher Reaktortypen.
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Schwerpunkte Ausgewählte Publikationen
07/1 HochdurchsatztechnologienHochdurchsatz-Katalysatorentwicklung �für die heterogene KatalyseRobotergestützte Materialsynthesen �Entwicklung von Hochdurchsatz- �WerkzeugenOptimierstrategien für die �Katalysatorentwicklung
07/2 ReaktionsmechanismenTransienten-Methoden �Mikrokinetische Analyse �Stationäre und instationäre �ReaktionsführungElektronische Eigenschaften �in der Katalyse
07/3 ReaktionstechnikKinetik katalytischer Reaktionen �Reaktor- und Prozessdesign �Modellierung und Optimierung �Informationsmanagement �
M. Holena, T. Cukic, U. Rodemerck, D. Linke, J. Chem. Information and Modelling, 2008, 48, 274.
D. Montolio-Rodriguez, D. Linke, P. Linke, Chemical Engineering Science, 2007, 62, 5602.
E. V. Kondratenko, J. Pérez-Ramírez, J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 22586.
E. V. Kondratenko, M. Cherian, M. Baerns, D. Su, R. Schlögl, X. Wang, I. E. Wachs, J. Catal. 2005, 234, 131.
U. Rodemerck, M. Baerns, High-Through- put Experimentation in the Development of Heterogeneous Catalysts - Tools for syn-thesis and testing of catalytic materials and data analysis, in: M. Baerns (Ed.), Basic Principles of Applied Catalysis, Springer-Verlag 2004, 259.
26 KONTAKT: Tel.: +49 (381) 1281 0, Fax: +49 (381) 1281 5000
Assoziierte Forschungsbereiche
Um der insbesondere im strukturschwachen Meck-lenburg-Vorpommern sehr wichtigen Forderung der Gegenwart nach Nutzung und Bündelung aller vorhandenen Ressourcen nachzukommen, hat das Rostocker Katalyseinstitut neue Wege der Zusam-menarbeit mit der Universität Rostock beschritten. Sommer 2006 unterzeichneten das Leibniz- Institut für Katalyse und die Universität Rostock einen sehr weit reichenden Kooperationsvertrag. Das Leib-niz-Institut ist auf der Grundlage dieses Vertrages in vielfältiger Weise in die wichtigen Profillinien der Universität eingebunden so auch in die deutsch-landweit erste Interdisziplinäre Fakultät. Andererseits verbreitern ‚assoziierte’ Universitätsprofessoren, die gleichzeitig als Bereichsleiter im LIKAT fungieren, das wissenschaftliche Forschungsspektrum des LIKAT und realisieren engste Verbindungen zwischen Universität und LIKAT. Das LIKAT stellt neben hochwertigen Laboren und moderne Geräte auch bestens ausgebildetes Per-sonal zur Verfügung, Professoren der Universität greifen so aktiv in den Forschungsbetrieb des LIKAT ein. Ihre Forschungsbereiche sind sowohl an der Uni-versität Rostock als auch am LIKAT angesiedelt.
Nachwachsende Rohstoffe (Prof. Udo Kragl)Nachwachsende Rohstoffe im Bereich der Landwirt-schaft gewinnen zunehmend an Bedeutung. Ziel der Forschung sind neue Lösungen für die Veredlung nachwachsender Rohstoffe zu interessanten Pro-dukten des Non-Food-Bereiches. Natürliche Rohstoffe sind entweder über- oder unter-funktionalisiert. Gewünscht ist eine effiziente Vered-lung, die zur chemischen Synthese konkurrenzfähig ist, dazu dienen bekannte Methoden wie:
Hydroformylierung von Ölsäureethylester �Kreuz-Metathese von Undecensäuremethyl- �ether mit 3-Methylbuten Mehrphasen-Suzuki-Reaktion �Oligo- und Polymerisation von racemischen �und chiralen Epoxiden
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Organische Synthese (Prof. Peter Langer)Der Forschungsbereich beschäftigt sich mit der Organischen Synthesechemie in voller Breite. Kerngebiete sind die Entwicklung neuer katalytischer Synthesemethoden und -strategien. So ermöglichen zahlreiche neu-artige Ein-Topf-Cyclisierungen einen einfa-chen Zugang zu komplexen Molekülen. Die neuen Reaktionen werden zur Synthese von Wirk- und Naturstoffen und von materialwis-senschaftlich interessanten Molekülen ange-wendet.
Schwingungsspektroskopie (Prof. Ralf Ludwig)Der Forschungsbereich konzentriert sich auf den Einsatz der Schwingungsspektroskopie in der Katalyse. Dies umfasst den Aufbau einer Hochdruck in-situ-IR-Spektroskopie, die Optimierung der experimentellen Anordnung sowie die Entwicklung und Anwendung von Programmen zur Entfaltung der Schwingungs-
spektren. Berechnete Schwingungsspektren unterstützen die Interpretation der gemes-senen Spektren und erlauben Vorhersagen für die Empfindlichkeit der IR-Spektroskopie. Die schwingungsspektroskopischen Eigenschaften können mit Resultaten aus der NMR-Spekt-roskopie korreliert und so daraus Struktur- Eigenschaftsbeziehungen gewonnen werden.
Materialdesign (Prof. Axel Schulz)Anorganische und elementorganische Nicht-metall-Molekülchemie aus den Bereichen der CN-, EN- (E = P, As, Sb, Bi) und SN-Synthe-se-Chemie stehen im Mittelpunkt der Unter-suchungen des Bereiches Materialdesign. Der Forschungsbereich gliedert sich in zwei The-menbereiche:
Innovative Ligand- und Materialsynthesen �Funktionsmaterialien (CN, PN, SN) �
wobei die Verknüpfung von Hauptgruppenele-mentverbindungen-Nebengruppenelement-verbindungen-Katalyse im Vordergrund steht.
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Service-Bereich Analytik
Leistungsfähige analytische Methoden sind für ein erfolgreiches chemisches Arbeiten unverzichtbar. Im Service-Bereich Analytik unterstützt hochqualifiziertes Personal die Forschergruppen im Leibniz-Institut mit kompetenten analytischen Dienstleitungen unter Nutzung modernster Geräte. In enger Abstimmung mit den Auftraggebern werden Methoden erarbeitet und an die konkreten Fragestellungen angepasst. Spezielle Erfahrungen bestehen beispielsweise auf dem Gebiet der Analytik chiraler Verbindungen (chromatographische Methoden), der Kernreso-nanzspektroskopie von Übergangsmetallen und der Festkörper- und Oberflächenanalytik an festen Kata-lysatoren. Dabei kann eine Vielfalt katalytischer Systeme von geträgerten Edellmetallkatalysatoren bis zu komplexen Mischoxiden untersucht werden. In Kooperation mit der Bundesanstalt für Material-forschung und –prüfung (BAM) ist auch die Nutzung von Synchrotronstrahlung (XRD, XAS-Spektroskopie, Kleinwinkelstreuung) möglich.Spektroskopische in-situ-Untersuchungen mittel-hochauflösender NMR-Spektroskopie unter Druck und mit kontinuierlicher Gasdosierung in flüssiger
Phase werden in enger Kooperation mit interessierten Themengruppen durchgeführt. In enger Zusammen-arbeit mit dem Forschungsbereich 04 „Katalytische in-situ-Studien“ werden darüber hinaus neue Mess-methoden und Methodenkopplungen zur Aufklärung von Struktur-Wirkungs-Beziehungen und Reaktions-mechanismen unter Reaktionsbedingungen entwi-ckelt.Einige Großgeräte werden gemeinsam mit dem Ins-titut für Chemie der Universität Rostock betrieben, um sie optimal auszunutzen. Neben der Unterstützung der Forschergruppen des LIKAT stellt der Service-Be-rich Analytik auch Dienstleistungen für externe Auf-traggeber zur Verfügung.
Schwerpunkte Ausgewählte Publikationen
Spektroskopie und StrukturanalyseRöntgenbeugung (Einkristall �und Pulverdiffraktometrie)Elektronenmikroskopie �Optische Spektroskopie �(IR, Raman, UV/Vis, CD/ORD)NMR-Spektroskopie �(Flüssigkeiten/Hochauflösung)Elektronenspektroskopie (ESCA) �mit Röntgen- und UV-StrahlungMassenspektroskopie (einschl. �Hochauflösung, HPLC-MS-Kopplung)
ChromatographieGas-Chromatographie �HPLC, GPC �GC-MS-Kopplung �
Nasschemische und Elementar-AnalytikVerbrennungsanalyse (CHNS) �Metallanalyse (AAS, ICP) �Photometrie und Titration �
D. Heller, W. Baumann, DE 102 02 173 C2 2003.
D. Selent, W. Baumann, A. Börner, DE 103 33 143 A1, 2005.
W. Baumann, NMR Spectroscopic Me-thods, in: A. Börner (Hrsg.), Phosphorus Li-gands in Asymmetric Catalysis, Wiley-VCH, Weinheim, 2008.
J. Radnik, M.-M. Pohl, V. Narayana Kale-varu, A. Martin, J. Phys. Chem. C 2007, 111, 10166.
J. Radnik, L. Wilde, M. Schneider, M.-M. Pohl, D. Herein, J. Phys. Chem. B 2006, 110, 23688.
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Analytik
Prof. Dr.Matthias Beller
OrganischeGroßchemikalien:Dr. Ralf Jackstell
Übergangsmetall-katalysierte Synthesen von Feinchemikalien:Dr. Helfried Neumann
KatalytischeWirkstoffsynthesen:Dr. Annegret Tillack
Oxidationen:Dr. Man Kin Tse
Neue chirale Liganden:Dr. Kathrin Junge
Theorie der Katalyse:Dr. habil. Haijun Jiao
AngewandteHomogenkatalyse
BERE ICH 01 BERE ICH 02 BERE ICH 03 BERE ICH 04 BERE ICH 05 BERE ICH 06 BERE ICH 07
Fo r s chungsbe re i che
As so z i i e r t e Fo r s chungsbe re i che
Koordination-chemische Katalyse
Prof. Dr.Uwe Rosenthal
Katalyse früherÜbergangsmetalle:Dr. Perdita Arndt
KatalytischeCycloadditionen:Dr. Marko Hapke
SelektiveOligomerisierungenDr. Bernd Müller
AsymmetrischeKatalyse
Prof. Dr.Armin Börner
Kinetik vonSelektionsprozessen:PD Dr. Detlef Heller
AsymmetrischeHydrierungen:Dr. Jens Holz
Hydroformylierungen:Dr. Detlef Selent
PD Dr. Angelika Brückner
Optische Spektroskopie und Thermoanalyse:Dr. Ursula Bentrup
Magnetische Resonanz- und Röntgenmethoden:PD Dr. Angelika Brückner
Katalytischein situ-Studien
KatalytischeVerfahren
Dr. habil.Andreas Martin
Produktorientierte Verfahren:Dr. Angela Köckritz
Technologieorientierte Verfahren:Dr. Manfred Richter
Prof. Dr. Bernhard Lücke
Mikroverfahrens-technik: Dr. habil. Klaus Jähnisch
Anorganische Funktionsmaterialien: Dr. Sebastian Wohlrab
Poröse Katalysatorfilme:Dr.-Ing. Ralph Krähnert
Prozessinten-sivierungen
Dr. David Linke
Hochdurchsatz-technologie:Dr. Uwe Rodemerck
Reaktionstechnik:Dr. David Linke
Reaktions-mechanismen:Dr. habil. Evgenii Kondratenko
Katalysatorent-wicklung undReaktionstechnik
Dr. habil. Wolfgang Baumann
UV/VIS, IR, EA, NMR,
Chromatographie,MS: Dr. Christine FischerXRD:Dr. Anke Spannenberg/ Dr. Matthias Schneider TEM:Dr. Marga-Martina Pohl ESCA: Dr. Jörg Radnik
Prof. Dr.Udo Kragl
FunktionalisierungnachwachsenderRohstoffe
NachwachsendeRohstoffe
Materialdesign
Prof. Dr.Axel Schulz
Ligand- und Materialsynthesen,Funktions-materialien
OrganischeSynthese
Prof. Dr.Peter Langer
Cyclisierungs- undDominoraktionen,Natur- undWirkstoffsynthesen
Schwingungs-spektroskopie
Prof. Dr.Ralf Ludwig
Schwingungs-spektroskopie in der Katalyse
Vorstand
KuratoriumVors.: Dr. Martin Dube / Hermann Fischer, BM-MV
MitgliederversammlungVors.: Prof. Dr. Norbert Stoll / Universität Rostock
Wissenschaftlicher BeiratVors.: Prof. Dr. Carsten Bolm, RWTH Aachen
Prof. Dr. Matthias Beller (Direktor), Prof. Dr. Uwe Rosenthal, PD Dr. Angelika Brückner, Prof. Dr. Bernhard Lücke
Leitungsstab
Referent:Dr. Alexander Zapf
Öffentlichkeitsarbeit:Dr. Barbara Heller
Projektmanagement:Caroline Cottard-Vandroy
Verwaltung
Susanne Feist
Personal:Anke KirmseFinanzen:Elke MienertEinkauf:Dr. Torsten DwarsDokumentation
Haustechnik
Andreas Schupp
Werkstatt:Wolfgang WilhelmGlaswerkstatt:Matthias Auer
Informations-technik
Jens Bindernagel,Dr. Detlef Salzwedel
Personalvertretungen: Gleichstellung: Ombudsmann: Datenschutz:
Rostock:Dr. Barbara HellerBerlin:Dr. Michael Bartoszek
Dr. Kathrin Junge Dr. Wolfgang Baumann
Dr. Thomas Schareina
Sekretariat
Rostock:Ingrid Schmitt, Karin ThielBerlin: Manuela Lax
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Ehrenmitglieder des
Leibniz-Instituts für Katalyse e.V.
an der Universität Rostock
Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Dr. E. h. Günther Wilke
ehem. Vizepräsident der MPG und Direktor
des MPI für Kohlenforschung,
Mülheim an der Ruhr
Prof. Dr. rer. nat. Günther Oehme
ehem. Direktor des IFOK,
Rostock
Prof. Dr. rer. nat. Manfred Baerns
ehem. Direktor des ACA,
Berlin
Dr. rer. nat. Wolfgang Schulz
Parlamentarischer Staatssekretär a. D.
Rostock
Prof. Dr. rer. nat. Klaus Kühlein
ehem. Leiter der Zentralforschung der Hoechst AG
Kelkheim
Herausgeber/Fotos: Leibniz-Institut für Katalyse e.V. Layout: www.design-meets-science.de
Südring
Südr
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Erich-Schlesinger-Str.
Rudo
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Joachim-Jungius-Str.
Albert-Einstein-Str.
Albert-Einstein-Str.
Nob
el-S
tr.
von A 20Abfahrt 15Rostock-Südstadt
Erich-Schlesinger-Str.
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Leibniz-Institut für Katalyse e.V.an der Universität RostockAlbert-Einstein-Straße 29a18059 Rostock
www.catalysis.de
![Enantioselektive Katalyse, IX. Neue optisch reine 3,4-Bis ...anorganik.uni-tuebingen.de/aknagel/VEROEFFEN/19931260505_ftp.pdf · U. Nagel, T. Krink Enantioselektive Katalyse, IX"]](https://img.pdfslide.org/doc/110x75/5e1385baf543157800699fef/enantioselektive-katalyse-ix-neue-optisch-reine-34-bis-u-nagel-t-krink.jpg)
