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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch führt in die industrielle Gewinnung und Verarbeitung natürlicher Ressourcen ein. Es gliedert sich in sechs große Themenbereiche (Fette und Öle, Kohlenhydrate, Lignin, Terpenoide, Weitere Naturprodukte, Bioraffinerie), die in insgesamt 20 Kapitel unterteilt sind.

Jedes Kapitel ist in sich geschlossen und dadurch eine kompakte Lerneinheit, die von Studierenden auch im Selbststudium gut bearbeitet bzw. von Dozenten präsentiert werden kann. Übersichtliche Abbildungen, Fließschemata, Apparatezeichnungen und Fotos erleichtern das Verständnis des Lernstoffs. Alle Kapitel enden mit einer prägnanten Zusammenfassung, den „Take Home Messages“. Ergänzt wird jedes Kapitel durch zehn kurze Testfragen, die sich nach dem Durcharbeiten des Kapitels schnell lösen lassen; die Antworten stehen am Ende des Buches. Zu allen Kapiteln findet man Literaturangaben, die sich auf wesentliche Lehrbücher und Nachschlagewerke konzentrieren. Als Vorkenntnisse werden Grundkenntnisse der Chemie vorausgesetzt.

Die Autoren

Arno Behr ist Leiter des Lehrstuhls Technische Chemie an der TU Dortmund und hält seit 30 Jahren Vorlesungen über die Gewinnung, Verarbeitung und Verwendung nachwachsender Rohstoffe.

Thomas Seidensticker hat im Jahr 2016 am Lehrstuhl Technische Chemie der TU Dortmund promoviert und ist seit mehreren Jahren Dozent und Übungsleiter für Vorlesungen über nachwachsende Rohstoffe.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Der Überblick

Einführung
Kapitelfahrplan
- Hier erfahren Sie, welche Materialien zu den nachwachsenden Rohstoffen gehören.
- Sie lernen die mengenmäßig wichtigsten nachwachsenden Rohstoffe (die primären Inhaltsstoffe) kennen, aber auch die strukturell bedeutsamen sekundären Rohstoffe.
- Die nachwachsenden Rohstoffe werden mit den fossilen Rohstoffen Kohle, Erdöl und Erdgas verglichen. Wir diskutieren, ob die nachwachsenden Rohstoffe die fossilen vollständig ersetzen können.
- Die Vorteile, aber auch einhergehende Problematiken der nachwachsenden Rohstoffe werden erläutert.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

FETTE UND ÖLE

Frontmatter

2. Fette Pflanzen

Fette und Öle
Kapitelfahrplan
- Die Nomenklatur der Oleochemie wird erläutert und die wichtigsten Fettsäuren werden besprochen.
- Sie erfahren, welche Fette und Öle von technischer Bedeutung sind und warum.
- Die zwölf wichtigsten pflanzlichen Fette und Öle werden der Reihe nach vorgestellt, jeweils mit der Beschreibung der Pflanze, des Öls, seiner Gewinnung, seiner Zusammensetzung und seiner wichtigsten Anwendungen.
- Die tierischen Fette und Öle werden Ihnen kurz vorgestellt.
- Am Ende erhalten Sie einen Einblick in die Produktionszahlen der Fette und Öle.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

3. Fette Großprodukte

Oleochemische Basischemikalien
Kapitelfahrplan
- Sie lernen mehrere Methoden kennen, wie man die Triglyceride in die Basischemikalien Fettsäuren (bzw. Fettsäureester) und Glycerin aufspaltet.
- Wir besprechen die Chemie an der Carboxygruppe der Fettsäuren, die uns u. a. zu den Fettalkoholen und Fettaminen führt.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

4. Reaktionen an der Fettsäurekette

Oleochemische Spezialprodukte
Kapitelfahrplan
- Wir besprechen kurz die Chemie an der gesättigten Fettsäurekette.
- Wesentlich vielseitiger ist die Chemie an der C=C-Doppelbindung ungesättigter Fettsäureverbindungen. Sie lernen hier die Möglichkeiten kennen, über C–O- und C–C-Verknüpfungen zu neuen funktionalisierten oder verzweigten Molekülen zu gelangen.
- Ebenfalls wird die selektive Hydrierung der C=C-Doppelbindung besprochen.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

5. Das Koppelprodukt der Oleochemie

Glycerin
Kapitelfahrplan
- Sie erfahren, welche Eigenschaften Glycerin besitzt und wo man es entsprechend anwenden kann.
- Der Hauptteil dieses Kapitels beschäftigt sich mit der Folgechemie des Glycerins, die in den letzten Jahren sehr intensiv beforscht wurde.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

KOHLENHYDRATE

Frontmatter

6. Süße Chemie

Mono- und Disaccharide
Kapitelfahrplan
- Eine Einführung in die Stoffklasse der Kohlenhydrate wird gegeben.
- Sie lernen die wichtigsten Monosaccharide kennen, ihre Gewinnung und ihre Verarbeitung. Ein Hauptaugenmerk liegt auf den zukünftigen Möglichkeiten der Glucosechemie.
- Wir besprechen die Zuckergewinnung aus Rohr- und Rübenzucker sowie die Überführung der Saccharose in zahlreiche Folgeprodukte, z. B. durch Hydrolyse, Oxidation oder Biotransformation.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

7. Von Holz zu Zellstoff

Cellulose
Kapitelfahrplan
- Sie lernen die Zusammensetzung von Holz kennen und wie man Cellulose aus Holz gewinnt.
- Die Papierherstellung als wichtigste Verwendung der Cellulose wird erläutert.
- Wir besprechen die Derivatisierung der Cellulose zu Fasern, Estern und Ethern.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

8. Starke Chemie

Stärke
Kapitelfahrplan
- Der chemische Aufbau und die Struktur sowie die Zusammensetzung von Stärke werden diskutiert. Sie lernen die wichtigsten Stärkequellen und die technische Gewinnung von Stärke kennen.
- Wir besprechen die stoffliche Nutzung von Stärke sowie ihre chemische Umwandlung in interessante Folgeprodukte.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

9. Kohlenhydrate aus dem Meer

Chitin und Chitosan
Kapitelfahrplan
- In diesem Kapitel werden wir die Struktur des Polysaccharids Chitin kennenlernen, wo es in der Natur vorkommt und wie man es technisch nutzen kann.
- Die Umwandlung des Chitins in Chitosan wird erläutert.
- Einige Anwendungen von Chitin und Chitosan werden näher besprochen.
- Abschließend lernen wir noch weitere, aus Algen stammende Polysaccharide kennen.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

10. Runde Kohlenhydrate

Cyclodextrine
Kapitelfahrplan
- Wir werden uns die Struktur und die Herstellung der Cyclodextrine näher ansehen.
- Die besondere Reaktivität der Cyclodextrine wird besprochen.
- Die wichtigsten Anwendungen und Derivatisierungen werden kurz behandelt.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

LIGNIN

Frontmatter

11. Der „Holzstoff“

Lignin Lignin
Kapitelfahrplan
- In diesem Kapitel werden wir uns das Vorkommen und die Bedeutung des Lignins für Pflanzen näher anschauen.
- Die besondere chemische Struktur des Lignins wird anhand einiger Bindungsprinzipien näher beleuchtet.
- Wir werden uns ansehen, bei welchen Prozessen Lignin anfällt und wie man es besonders rein gewinnen kann.
- Abschließend werden die wichtigsten Anwendungen des Lignins besprochen.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

TERPENOIDE

Frontmatter

12. Der Balsam der Bäume

Terpene Terpen
Kapitelfahrplan
- Sie lernen die verschiedenen Klassen der Terpene sowie ihre technische Gewinnung kennen:
- Die wichtige Klasse der acyclischen und cyclischen Monoterpene.
- Die Klasse der höheren Terpene, der Sesqui-, Di-, Tri- und Tetraterpene.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

13. Gib Gummi!

Naturkautschuk Naturkautschuk und seine Verarbeitung
Kapitelfahrplan
- Wir lernen den Naturkautschuk und seine Gewinnung aus Latex kennen.
- Die besonderen Eigenschaften des Naturkautschuks führen zu vielen interessanten Anwendungen, die wir näher betrachten.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

WEITERE NATURSTOFFE

Frontmatter

14. Bausteine des Lebens

Aminosäuren Aminosäure und Proteine
Kapitelfahrplan
- In diesem Kapitel lernen Sie die Aminosäuren kennen, ihren Aufbau, ihre physikalischen Besonderheiten, ihr Vorkommen, ihre Synthese und ihre Verwendung.
- Mehrere Aminosäuren verknüpfen sich zu den Peptiden.
- Weiterhin lernen Sie die Proteine und Enzyme kennen.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

15. Nachhaltig Farbe bekennen!

Natürliche Farbstoffe Farbstoff natürlicher
Kapitelfahrplan
- Wir werfen einen Blick in die Geschichte der Färbekunst.
- Sie lernen die historisch wichtigsten natürlichen Farbstoffe Purpur, Alizarin und Indigo kennen.
- Schließlich werden noch weitere wichtige Naturfarbstoffe, wie z. B. Karmin und die Carotene, vorgestellt.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

16. Die Natur als Apotheke

Natürliche Pharmaka Pharmaka natürliche
Kapitelfahrplan
- Ein Blick in die Geschichte der natürlichen Pharmaka zeigt uns, dass viele Wirkstoffe schon seit Jahrtausenden von der Menschheit genutzt werden.
- Beispielhaft werden wir uns einige besonders wichtige Wirkstoffe näher anschauen: Die Acetylsalicylsäure, einige Alkaloide, die Antibiotika und die Steroide.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

17. Die lebensnotwendigen „Amine“

Vitamine
Kapitelfahrplan
- Vorab wird ein Überblick darüber gegeben, welche Bedeutung die Vitamine für die Menschheit haben.
- Anschließend werden die 13 Vitamine kurz einzeln vorgestellt.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

18. Betörende Chemie

Natürliche Duft Duftstoff - und Aromastoffe Aromastoff
Kapitelfahrplan
- Wir definieren den Begriff Riechstoff und lernen die historische Entwicklung der Duft- und Aromastoffe kennen.
- Wir grenzen natürliche Duft- und Aromastoffe von synthetischen ab und betrachten einige wichtige Vertreter der synthetischen Riechstoffe.
- Die wichtigsten Herstellungsmethoden für ätherische Öle werden erläutert.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

19. Kunststoffe aus der Natur

Biopolymere Biopolymer
Kapitelfahrplan
- Der Begriff der Biopolymere wird definiert und anhand verschiedener Beispiele genauer erläutert.
- Die unterschiedlichen Anforderungen an Biopolymere werden näher beleuchtet und anhand typischer Vertreter diskutiert.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

BIORAFFINERIE

Frontmatter

20. Raffinierte Rohstoffe!

Bioraffinerien
Kapitelfahrplan
- Wir werden den Begriff „Bioraffinerien“ genauer besprechen und ihn in den Kontext der nachwachsenden Rohstoffe setzen.
- Anhand von Beispielen werden wir die Klassifizierung der unterschiedlichen Bioraffinerie-Konzepte kennen lernen.
Arno Behr, Thomas Seidensticker

Backmatter

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