Entwicklung einer Systemlösung für chemo-elektro-enzymatische Percarbonsäure-vermittelte Oxidationsreaktionen am Beispiel der Erzeugung chiraler Monoterpene (CEEPOx)

Oxidationen unter Vermittlung hochreaktiver Persäuren stellen eine wichtige Gruppe chemischer Reaktionen mit vielfältigem synthetischem Potential dar. Hervorzuheben sind beispielsweise die Prileschajew-Oxidation zur Erzeugung von Epoxiden, die Bayer-Villiger-Oxidation zur Synthese von Estern (speziell Lactonen) und die Rubottom-Oxidation zur Darstellung von alpha-Hydroxyaldehyden und –ketonen. Bei stöchiometrischem Einsatz der essenziellen Persäuren, beispielsweise m-Chlorperbenzoesäure, ist die Realisierung der Reaktionen im technischen Maßstab jedoch unter ökologischen wie sicherheitstechnischen Aspekten problematisch, da die Bereitstellung der Persäuren zum einen den nicht katalytischen Einsatz starker Mineralsäuren und zum anderen den Transport und die Handhabung konzentrierter Lösungen dieser explosiven Reaktanden in großen Mengen erfordert. Abhilfe kann durch die in situ Erzeugung der Persäuren gekoppelt mit dem direkten Umsatz im Reaktionsverlauf geschaffen werden. Unter besonders milden und umweltverträglichen Bedingungen ist dies bei Verwendung von Biokatalysatoren, konkret Vertretern von (Per)Hydrolasen wie Lipasen und Esterasen, möglich.

In Kooperation mit dem Dechema Forschungsinstitut und der Technischen Universität Dresden wird eine Systemlösung zur technischen Realisierung Persäure-vermittelter Oxidationsreaktionen unter elektro-enzymatischer in situ Generation der Persäuren am Beispiel der Prileschajew-Oxidation bicyclischer Monoterpene (z.B. Pinen) entwickelt. Aufgaben der HTW Berlin sind Reaktordesign und –charakterisierung sowie Modellbildung zur modellgestützten Prozessentwicklung. Voraussetzungen für die wirtschaftliche Umsetzung eines Reaktionssystems sind die Wahl und Dimensionierung eines optimal geeigneten Reaktorkonzepts sowie die Entwicklung eines effizienten und skalierbaren Prozesses. Die im avisierten System auftretenden Randbedingungen wie Mehrphasigkeit (S/L/G) und Inhibierung des Biokatalysators durch H2O2 stellen hierbei die wesentlichen Herausforderungen dar.

Projektlaufzeit

1.1.2014 - 31.8.2016

Projektleitung

Projektmitarbeiter/innen

  • M.Sc. Janine Meyer-Waßewitz

Kooperationspartner

  • DECHEMA Forschungsinstitut
  • Technische Universität Dresden

Mittelgeber

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Förderprogramme

Industrielle Gemeinschaftsforschung

Homepage

http://kwi.dechema.de/Chemo_elektro_enzymatische+Percarbons%C3%A4ure_vermittelte+Oxidationsreaktionen-p-116040.html