Das Projekt "Innovative enzymatische Gasphasenreaktionen zur umweltschonenden Herstellung optisch aktiver Feinchemikalien - Förderschwerpunkt Biotechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule (RWTH) Aachen, Lehrstuhl für Bioverfahrenstechnik durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens:
Der größte Anteil derzeit hergestellter optisch aktiver Feinchemikalien wird noch klassisch chemisch synthetisiert. Enzymatische Biotransformationen gewinnen aber zunehmend an Bedeutung. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines kontinuierlichen enzymatischen Gasphasenreaktors zur Herstellung optisch aktiver Alkohole und die Entwicklung eines Verfahrens, welches mit den etablierten Verfahren konkurrieren kann. Der Einsatz enzymkatalysierter Stoffwandlungsverfahren in der Gasphase ist aus ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten deshalb so interessant, da Edukte umgesetzt werden können, die in wässrigen Medien nur sehr schlecht löslich sind, ohne dass organische Lösungsmittel verwendet werden müssen. Die problematische Entsorgung oder Aufarbeitung der organischen Lösungsmittel entfällt daher. Weiterhin ergeben sich bedeutende Vorteile bei der Aufarbeitung der Produkte und bei deren Abtrennung von eventuell nicht umgesetzten Edukten. Auch in der Aufarbeitung entfällt die Notwendigkeit, organische Lösungsmittel einzusetzen, woraus sich eine zusätzliche Umweltentlastung bei der Produktion ergibt.
Fazit:
Das Forschungsvorhaben Innovative Ansätze zur umweltschonenden Herstellung optisch aktiver Feinchemikalien konnte mit wenigen Änderungen von Projektmethodik und Projektstruktur zum Ziel geführt werden. Es konnte ein wettbewerbsfähiges Verfahren zur Herstellung von (R)-1-Phenylethanol etabliert werden, wobei gleichzeitig gezeigt wurde, dass auch höher siedende Substanzen erfolgreich in der Gas-phase umgesetzt werden können.
Aus den während des Projekts gewonnenen Erfahrungen konnten für die Etablierung neuer Reaktionssysteme wesentliche Prinzipien erarbeitet werden. Bei der Immobilisierung von Enzymen werden sich zukünftige Optimierungen auf Stabilisatoren und Puffersysteme beschränken können. Allerdings muss die Aktivität und Stabilität in der Gasphase untersucht werden, da keine Übertragbarkeit dieser Eigenschaften von der Flüssig- auf die Gasphase besteht. Gleichermaßen kann nicht davon ausgegangen werden, dass ein Enzym aus einem thermophilen Organismus zwangsläufig auch in der Gasphase bessere Stabilität als ein Enzym aus einem mesophilen Organismus zeigt.
Zur Optimierung des Reaktionssystems zeigte der kontinuierliche Gasphasenreaktor insbesondere durch die online-Analytik unerwartete positive Eigenschaften. Die kinetischen und Gleichgewichtsuntersuchungen konnten mit einem hohen Grad an Genauigkeit und direkt für die Auslegung genutzt werden.