Integrierte Produktabtrennung zur Optimierung thermodynamisch limitierter enzymatischer C-C-Knüpfungen

Stipendiatin/Stipendiat: Dr. Vera Zimmermann

Eine nachhaltige zukunftsfähige Entwicklung ist ein Ziel, an dessen Umsetzung alle Teile unserer Gesellschaft arbeiten müssen. Dabei kommt auch der chemischen Industrie eine große Verantwortung zu. Ein Ansatz zur Umsetzung dieses Zieles ist der so genannte produktionsintegrierte Umweltschutz. Eine Maßnahme, Umweltschutz direkt in den Produktionsprozess zu integrieren, ist die integrierte Produktabtrennung (ISPR).ISPR bietet die Möglichkeit die Produktivität zu erhöhen und aufwendige Aufreinigungsschritte bei der Produktgewinnung zu vermeiden. Dabei wird das Produkt schon während der Reaktion aus dem Reaktionsraum entfernt. Die Anwendungsbreite der ISPR wird heute vor allem durch die mangelnde Selektivität und Kapazität der Hilfsmittel eingeschränkt. Eine hervorragende Möglichkeit zum Verständnis und zur Optimierung komplexer Systeme ist die Modellierung von Reaktionssystemen. Durch Untersuchung eines Modellsystems soll ein tiefgreifendes Verständnis für die im Reaktionssystem ablaufenden Vorgänge gewonnen und Rahmenbedingungen festgelegt werden, unter denen die Einführung einer ISPR sinnvoll ist. Die erlangten Ergebnisse werden im Anschluss auf weitere enzymatische C-C-Knüpfungen übertragen.Als Modellsystem wurde die Synthese von N-Acetyl-D-Neuraminsäure (Neu5Ac) gewählt. Für N-Acetyl-D-Neuraminsäure besteht auf Grund der Bedeutung des Produktes als Baustein für die Pharmaindustrie eine stetige Nachfrage. Die industrielle Produktion erfolgt über zwei Reaktionsschritte aus N-Acetyl-D-Glucosamin. Die Ausbeute beider Schritte ist auf Grund der Lage des thermodynamischen Gleichgewichts limitiert. Außerdem ist die Produktaufreinigung aufwendig und kosten- sowie abfallintesiv, so dass die Produktion durch die Einführung einer ISPR erheblich verbessert werden könnte.Als eine mögliche ISPR-Methode für dieses System wird eine carriergestützte Extraktion entwickelt, bei der die Neuraminsäure zunächst mit Phenylborsäure reagiert und dann mit dem Carrier Trioctylmethylammoniumchlorid in eine organische Phase überführt wird (s. Abbildung). Mit diesem System lassen sich für eine Neuraminsäurekonzentration von bis zu 0,1 mol/l mehr als 75% der Neuraminsäure in die organische Phase überführen.Zur Beschreibung der Extraktion wurden verschiedene Modelle, die auf der Zweifilmtheorie beruhen, implementiert. Die Gleichgewichtslage der Extraktion läßt sich mit diesen sehr gut beschreiben. Zur Simulation der ISPR wurden die Zweifilmmodelle mit dem kinetischen Modell der Reaktion kombiniert, wobei bei einer Modellreaktion eine Ausbeuteerhöhung von 20% mit dem Modell berechnet wurde.

Förderzeitraum:
31.12.2007 - 31.12.2007

Institut:
Array

Betreuer:
Prof. Dr. Udo Kragl

E-Mail: E-Mail schreiben

URL: http://www.chemie.uni-rostock.de/atu/tc/

Integrierte Produktabtrennung zur Optimierung enzymatischer C-C-Knüpfungen
Integrierte Produktabtrennung zur Optimierung enzymatischer C-C-Knüpfungen