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18.06.2013

Bio- und Chemokatalyse unter einem Dach

In der Biotechnologie sind Enzyme als Biokatalysatoren im Einsatz, die Synthese-Chemie wiederum setzt oftmals auf Chemokatalysatoren.  Doch bisher gibt es kaum Fälle, in denen chemo- und biokatalytische Reaktionen erfolgreich kombiniert wurden. Diese enge Verzahnung der beiden „Katalyse-Welten“ hat sich ein Forschertandem um den Bielefelder Chemiker Harald Gröger und den Enzymtechnologen Werner Hummel von der Universität Düsseldorf vorgenommen. Das Forschertandem will das Konzept der chemoenzymatischen Mehrstufen-Eintopfsynthesen vorantreiben, um damit Spezial- oder Feinchemikalien herzustellen.

Bio- und Chemokatalyse
Auf eine enge Liäson von chemischer Synthese und Biokatalyse haben es Forscher aus Bielefeld und Düsseldorf abgesehen.
Quelle: 
Harald Gröger/ Universität Bielefeld

Mehrstufen-Eintopfverfahren sind deswegen für industrielle Anwendungen attraktiv, weil sie Synthesen effizienter machen: es sind weniger Aufarbeitungs- und Reinigungsschritte nötig. Das macht solche Eintopfsysteme auch nachhaltiger, weil Abfälle reduziert werden können. Als ein Schlüssel für funktionierende Mehrstufen-Eintopfverfahren gilt die Kompatibilität der Einzelschritte miteinander. Das ist die große Herausforderung in dem Tandem-Projekt von Chemiker Gröger und Biotechnologen Hummel: Biokatalyse und Chemokatalyse miteinander zu kombinieren. Ließen sich solche chemoenzymatischen Mehrstufen-Eintopfverfahren zukünftig im größeren Maßstab effizient und umfangreich anwenden, könnten heutige Grenzen biotechnologischer Verfahren überwunden werden. Zudem wäre das ein wichtiger Fortschritt, mit der die industrielle Biotechnologie in der Chemieindustrie in noch größerem Umfang eingesetzt werden könnte.

Die beiden Forscher arbeiten schon seit vielen Jahren zusammen und haben bereits mehr als 20 gemeinsame Publikationen veröffentlicht. Hummel bringt seine Expertise in der Entwicklung und Herstellung rekombinanter Enzyme ein, während Gröger auf die Entwicklung von chemoenzymatischen Synthesen und deren Prozessoptimierung spezialisiert ist. Ein Beispiel für einen Prozess, den das Duo entwickeln will, ist ein sechsstufiges chemoenzymatisches Eintopf-Syntheseverfahren im wässrigen Reaktionsmedium. Zu den angestrebten Produkten zählen ausgewählte Schmierstoffe, die als Spezialchemikalien bereits in der Industrie im Einsatz sind. Deren Herstellung ist bis dato aber sehr energieintensiv: Die Herstellungstemperatur liegt zwischen 180 und 300 Grad Celsius, so dass Nebenreaktionen auftreten können. Mit der Kombination aus Chemo- und Biokatalyse, so die Hoffnung der Forscher, ließen sich diese Produkte bei Raumtemperatur und somit deutlich nachhaltiger und selektiver produzieren. (pg)

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