Biokatalyse

Biokatalyse – eine nachhaltige und ressourcenschonende Chemie

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Praxisbeispiele zeigen den Nutzen

Ein Beispiel aus der Forschung ist hier die chemoenzymatische Synthese von nicht natürlichen ß-Aminosäureestern in einer zweistufigen Reaktionssequenz (Abbildung 2). Im ersten Schritt werden in einer chemischen C-N Knüpfungsreaktion (aza-Michael Addition) zwei einfache Ausgangsstoffe miteinander zu einem razemischen Zwischenprodukt verknüpft, welches in dem folgenden biokatalytischen Schritt eine Razematspaltung erfährt. Als Zielprodukt wird enantioselektiv ein ß-Aminosäureester mit > 98% ee bei 59% Umsatz gewonnen.

Das Alleinstellungsmerkmal dieser Reaktionssequenz ist, dass diese kontinuierlich in einem gekoppelten Reaktorsystem ohne Lösungsmittel (weder Wasser noch ein organisches Lösungsmittel) nur in den reinen Reaktanden ohne zusätzliche Zwischenaufreinigungsschritte durchgeführt wird. Hierdurch werden zudem Lösungsmittelabfälle vermieden. (S. Strompen, M. Weiss, T. Ingram, I. Smirnova, H. Gröger, L. Hilterhaus, A. Liese, Biotechnol. Bioeng. 109 (2012) 1479–1489)

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Neue Reaktorkonzepte sind nötig

Am Beispiel der biokatalytischen Veresterung von Fettsäuren mit Fettalkoholen zu Fettsäureestern als Inhaltstoffe für Kosmetika wird deutlich, dass es für die Prozessierung von nachwachsenden Rohstoffen auch neuer Reaktorkonzepte bedarf. So konnten im Festbettreaktor, dem Stand der Technik, mit immobilisierten Biokatalysatoren nur niedrigviskose einphasige Systeme prozessiert werden. Für die biokatalytische Umsetzung von zweiphasigen hochviskosen Reaktandensystemen, wie z.B. Polyglycerol und Laurinsäure, musste ein neues Reaktorkonzept verwirk-licht werden.

Ein mit Evonik Industries gemeinsam entwickelter Blasensäulenreaktor ermöglichte die effiziente Durchmischung des hochviskosen zweiphasigen Reaktandensystems bei gleichzeitiger Verschiebung des Reaktionsgleichgewichtes durch Wasseraustrag. Auch diese Biotransformation wird lösungsmittelfrei in den reinen Reaktanden durchgeführt, welche aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden. (L. Hilterhaus, O. Thum, A. Liese, Org. Proc. Res. Dev. 12 (4) (2008) 618-625)

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