Monolithische Hybridträgermaterialien für die kontinuierliche Biokatalyse in ionischen Flüssigkeiten

Von:

Bernhard Sandig

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Manche Enzyme behalten ihre native dreidimensionale Struktur, wenn sie in ionischen Flüssigkeiten (ILs) gelöst vorliegen. Somit resultieren höhere Enzymaktivitäten und Selektivitäten im Vergleich zu herkömmlichen nicht-wässrigen Lösemitteln. Dies ermöglicht zudem den Zugang zu biokatalytischen Reaktionen, welche in wässrigen Systemen auf Grund eingeschränkter Löslichkeiten und eventueller Rückreaktionen nicht möglich sind. Von besonderem ökologischem und ökonomischem Interesse sind kontinuierliche Reaktionsführungen, wodurch aufwändige Extraktionen von Produkten überflüssig sowie die Regeneration der Biokatalysatoren vereinfacht werden. Jedoch besteht aktuell ein Mangel an Trägermaterialien, welche ILs immobilisieren können. In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiger Bioreaktor entwickelt, wodurch ILs und darin gelöste Biokatalysatoren auf neuartige Weise auf den Trägermaterialien immobilisiert werden konnten. Hierfür wurden zunächst sphärische Perlzellulose-2,5-acetat-Partikel hergestellt, welche im Anschluss in poröse, monolithische Polyurethanmatrizes eingebettet wurden, um die benötigten Hybridmaterialien zu erhalten. Nach der Immobilisierung der ILs und des Enzyms auf den polymeren Hybridträgern mittels SILP (supported ionic liquid phase) Technologie wurden Umesterungen, Veresterungen und Amidierungen unter kontinuierlichem Durchfluss mit Substratlösung zu enantiomerenreinen Produkten durchgeführt. Die mittels der Polymerträger durchgeführten enantioselektiven Reaktionen waren den entsprechenden klassischen, diskontinuierlichen Reaktionen bzgl. Produktivität und Enzymaktivität überlegen. Zusätzlich konnten die Träger regeneriert und für mehrere enzymkatalysierte Reaktionen im kontinuierlichen Verfahren mit gleichbleibenden Produktivitäten verwendet werden.