Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-4064
Es wurde eine effektive Kofaktorregenerierung (A,B) entwickelt. Nach Substrat- und
Enzymscreening wurden zwei Enzym/Substratpaare ausgewählt, die zwei verschiedene
Möglichkeiten zur Umgehung der Inhibierung durch das Oxidationsprodukt zeigen.
Intramolekulare Cyclisierung (Abbildung 1) ist eine verfahrenstechnisch wenig aufwendige
Möglichkeit, das intermediär gebildete inhibierende Produkt in situ zu entfernen. Gleichzeitig
eröffnen die hier dargestellten Verfahren einen Zugang einerseits zu Zwischenstoffen für die
Pharmaindustrie (Diole) und andererseits zu Produkten im Bereich Flavour&Fragrances
(Lactone).
Eine prozesstechnisch wesentlich anspruchsvollere Aufgabe ergibt sich, wenn das gebildete
Oxidationsprodukt, der Inhibitor, nicht über eine chemische Folgereaktion abgefangen wird,
sondern in der Reaktionslösung verbleibt (Abbildung 2).
Für die Umsetzung der integrierten Extraktion wurde ein neuer Reaktor, der extrative
elektrochemische Enzym-Membranreaktor (E3MR) entwickelt, der schematisch vereinfacht
in der folgenden Abbildung gezeigt ist. Die einzelnen Teilschritte der Reaktion wurden verfahrenstechnisch charakterisiert und über
eine adaptive Prozesssimulation wurden die Selektivität der Extraktion und die Stabilität des
Enzyms als kritische Prozessgrößen identifiziert.
This thesis describes a newly developed effective procedure for cofactor regeneration (A, B).
Following exhaustive screening for suitable substrates and enzymes an enzyme/substrate pair
was chosen that allows two different ways to circumvent inhibition by the oxidation product.
Intra-molecular cyclization (Fig. 1) for in situ removal of the intermediary product is easier to
realize in process development. Moreover, the described procedure opens up synthetic
pathways towards diols as intermediate compounds for the pharmaceutical industry as well as
toward lactones for flavors and fragrances.
When the inhibiting intermediary oxidation product cannot be removed by subsequent
chemical reaction but remains in the reaction volume (Fig. 2), a more sophisticated process
has to be developed. To solve this problem, a new type of reactor for integrated product extraction was developed,
the extractive electrochemical enzyme membrane reactor (E3MR) which is schematically
shown in Fig. 3.
During process development, the single steps of the reaction were characterized and the
selectivity of the extraction process as well as enzyme stability as critical process parameters
were identified by adaptive process simulation.
Schröder, Iris
Elektrochemische Oxidation von Nukleotidkofaktoren
XIV, 232 S., 2003
Alkoholdehydrogenase (ADH)-katalysierte Oxidationen stellen verfahrenstechnisch eine
besondere Herausforderung dar, da sie zumeist durch eine doppelte Produktinhibition durch
den reduzierten Kofaktor und das gebildete Oxidationsprodukt gekennzeichnet sind.
From the process development point of view, alcohol dehydrogenase (ADH)-catalyzed
oxidations represent a major challenge as they are usually characterized by double product
inhibition by both the reduced co-factor and the oxidation product formed in the reaction.
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