In this thesis, reductive and non-reductive catalytic routes for the utilization and valorization of CO₂ and other renewable resources are investigated. The focus is on the development of sustainable catalytic systems based on earth abundant metals, organocatalysts and enzymes, that can operate under mild conditions.

Initially, the non-reductive cycloaddition of CO₂ to epoxides was studied. A catalytic system based on CaI₂ combined with readily available ligands, e.g., Et₃N, was reported for the synthesis of terminal and internal cyclic carbonates. Subsequently, the enzymatic kinetic resolution of the prepared cyclic carbonates was studied to access enantiopure cyclic carbonates. Recycling of the immobilized enzyme and upscaling of the reaction allowed the isolation of an enantiopure chiral building block that was used for the one-pot synthesis of pharmaceuticals. Finally, the reductive functionalization of CO₂ with amines was studied. A phosphonium methylcarbonate salt was found to be an efficient catalyst for the synthesis of N-methylamines, N‑formamides and benzoheterocycles.

In dieser Arbeit werden reduktive und nicht-reduktive katalytische Wege zur Nutzung und Wertschöpfung von CO₂ und anderen erneuerbaren Ressourcen untersucht. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung nachhaltiger katalytischer Systeme auf Basis von leicht verfügbaren Metallen der Erdkruste, Organokatalysatoren und Enzymen, die unter milden Bedingungen arbeiten können.

Zunächst wurde die nicht-reduktive Cycloaddition von CO₂ mit Epoxiden untersucht. Ein katalytisches System auf Basis von CaI₂ in Kombination mit leicht verfügbaren Liganden wie z. B. Et₃N wurde für die Synthese terminaler und interner cyclischer Carbonate realisiert. Anschließend wurde die enzymatische kinetische Racematspaltung der hergestellten cyclischen Carbonate untersucht, um enantiomereinreine cyclische Carbonate zugänglich zu machen. Das Recycling des immobilisierten Enzyms und das Hochskalieren der Reaktion ermöglichten die Isolierung eines enantiomereinreinen chiralen Bausteins, der für die Ein-Topf-Synthese von Arzneimitteln verwendet wurde. Schließlich wurde die reduktive Funktionalisierung von CO₂ mit Aminen untersucht. Ein Phosphoniummethylcarbonatsalz erwies sich als effizienter Katalysator für die Synthese von N-Methylaminen, N-Formamiden und Benzoheterocyclen.