Mit natürlichen Katalysatoren nahezu reine Feinchemikalien herstellen
Die chemische Synthese ist eine heikle Sache. In den mehreren Schritten, die von den Reaktionspartnern bis zum Endprodukt führen, können zahlreiche Verbindungen entstehen, die nur von geringem Nutzen für die Chemieingenieure sind. Und diese müssen dann entfernt werden, um eine hohe Reinheit der gewünschten Verbindung zu erreichen. Eines der wahrscheinlichsten Nebenprodukte der chemischen Synthese ist das Enantiomer (oder Spiegelbildisomer) einer Verbindung. Trotz der Ähnlichkeiten verfügen die Enantiomere in der angezielten Anwendung über wenig oder gar keine Aktivität. Dehydrogenasen sind Proteinenzyme, welche die Entfernung der Wasserstoffatome auf enantioselektive Weise katalysieren. EU-finanzierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzen die Dehydrogenasen in einem System aus, das auf den Wasserstoffionenaustausch zur Reduktion von Ketonen zu Alkoholen setzt. Das Projekt ERUDESP ("Development of electrochemical reactors using dehydrogenases for enantiopure synthon preparations") wendet einen elektrochemischen Prozess an, um Zwischenprodukte (Kofaktoren) zu regenerieren. Das Gesamtsystem ist auf der Elektrodenoberfläche eines nanostrukturierten Minireaktors immobilisiert, um praktisch alle Ausgangsstoffe ohne Verunreinigungen oder Verluste in Reaktionsprodukte umzuwandeln. Im Lauf der zweiten Berichtsperiode entwickelten die Wissenschaftler effiziente Immobilisierungsverfahren für katalytisch aktive Spezies, chemische Mediatoren und Kofaktoren an der Elektrodenoberfläche und übernahmen diese in einen größeren Maßstab. Eine Mikroreaktorzelle wurde mit einer maßstabsgetreuen porösen Elektrode zur Umwandlung von Sorbitol in Fruktose getestet, womit höhere Ströme erzielt wurden, als bisher jemals für einen solchen Aufbau registriert wurden. Zusätzlich wurde eine neue Mehrfachzellenanordnung (Multi-cell-Array) entwickelt, hergestellt und validiert. Man überführte Elektrobeschichtungsverfahren in einen höheren Maßstab. Man stellte mehrere Arten bioelektrokatalytischer Systeme her und testete diese. Da das Projekt zusätzlich zur Reduktion auf die elektroenzymatische Oxidation erweitert wurde, hat man den Demonstrator auf geeignete Weise modifiziert und kalibriert. Zu den Testfällen zählen die Herstellung kalorienarmer Süßstoffe und von für die pharmazeutische Industrie relevanten Molekülen. Der endgültige bioelektrochemische Reaktor stellt in Abhängigkeit von der Wahl der immobilisierten Enzyme ein funktionelles und hochselektives System für Oxidations- und Reduktionsreaktionen dar. Die ERUDESP-Technologie soll umfassende Anwendung bei der selektiven Produktion von Feinchemikalien mit sehr hoher Reinheit und quasi ohne anfallenden Abfall finden.
