Das Gesamtziel dieses Projektes ist es zu untersuchen, ob nachwachsende Rohstoffe als Ausgangsbasis für wettbewerbsfähige biokatalytisch hergestellte Polyacrylnitril (PAN)-Fasern /-Precursoren dienen können und 'grüne Alternativen' zu Erdöl basierten Produktionsrouten zu identifizieren.
Dafür soll Acrylnitril (ACN) über mehrere Stufen aus Biomasse hergestellt werden. Ausgangsstoff ist Bioethanol aus Biomasse. Dieses wird über etablierte Verfahren zu 'Bioethen' umgesetzt. Das Ethen wird im folgenden Schritt über einen katalytischen Prozess zu Oxiran epoxidiert. Das Oxiran wird dann enzymatisch zu Cyanoethanol und anschließend zum Acrylnitril umgewandelt. Diese Route würde somit die Herstellung von biobasiertem Acrylnitril ermöglichen.
Die Enzymicals AG wird dabei die biokatalytische Synthese von biobasierten Acrylnitril etablieren, maßstabsvergrößern und über die Erstellung von 1-kg Ansätzen demonstrieren und charakterisieren (Teilvorhaben: Etablierung der Syntheseroute). Die Dralon GmbH wird die Polymerisierung des biokatalytisch hergestellten Acrylnitrils untersuchen. Dieses Polyacrylnitril wird dann zu Fasern versponnen, um so dessen Eignung zur Herstellung biobasierten PAN-Fasern bewerten. (Teilvorhaben: Polymerisierung).
Dieses Projekt wird bis März 2019 durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe gefördert, FKZ 22020315 und 22013616.
Ziel des Vorhabens ist die rationale Entwicklung eines nachhaltigen Syntheseansatzes zur Herstellung enantiomerenreiner alpha-Hydroxyketone als attraktive Schlüsselverbindungen für Pharmaka und Feinchemikalien. Innovative Schlüsseltechnologie ist die dynamisch-kinetische Racematspaltung, die durch integrierte chemisch katalysierte Racemisierung der Ausgangsenantiomere eine quantitative, hoch enantioselektive Darstellung der Zielenantiomere ermöglicht. Dieser ressourcenschonende Zugangsweg substituiert bisherige materialintensive und sicherheitsaufwändige organisch-synthetische Zugangswege und erweitert signifikant das Spektrum möglicher Produkte mit hohem Marktpotenzial. Die Vorhabensziele werden durch Entwicklung adäquater Routen zur Bereitstellung der racemischen Vorstufen und die Identifizierung, Optimierung und Bereitstellung von Biokatalysatoren mit hoher Stabilität und breitem Produktspektrum erreicht. Die praktische Relevanz des Ansatzes wird anhand der Herstellung ausgewählter Zielverbindungen im wiederholten Eintopfverfahren demonstriert.
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 ?-Hydroxyaldehyden und -ketonen. Bei stöchiometrischem Einsatz der essentiellen 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. Zielstellung des Projektes ist die Entwicklung einer 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).
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Die industrielle (Weiße) Biotechnologie, also die Nutzung von Enzymen und Mikroorganismen zur biotechnologischen Gewinnung von (Fein-)Chemikalien, Wertstoffen, neuen Materialien und Energieträgern, befindet sich in einem rasanten Aufschwung. Biotechnologische Verfahren unter Einsatz von Biokatalysatoren führen vielfach zu einer besseren Ausnutzung von Rohstoffen, einer Minimierung von Schadstoffemissionen und einer Herabsetzung des Energieverbrauchs bei gleichzeitig verbesserter Produktqualität und -reinheit. Die Weiße (industrielle) Biotechnologie verfügt über ein hohes Maß an öffentlicher Akzeptanz und entwickelt seit etwa zwei Jahren eine ungeheure Dynamik. Im Jahr 2002 wurde mit der erstmaligen Durchführung des DBU-geförderten International Congress on Biocatalysis (biocat 2002) der Grundstein für eine neue Kongressreihe gelegt, deren Ziel es ist, die neuesten Erkenntnisse auf dem Gebiet der Biokatalyse unter Fachleuten zu diskutieren und gleichzeitig neue Anstöße für die industrielle Biotechnologie zu geben. Die positive Resonanz auf diese Veranstaltung war Anlass, den International Congress on Biocatalysis auch im Jahr 2004 wieder stattfinden zu lassen. Fazit: Die Tagung lag im richtigen Zeitfenster, um die Diskussion um die Weiße Biotechnologie zu beschleunigen und gemeinsame Ziele im Expertenkreis zu erörtern (Exzellenzinitiative, BioIndustrie2021, 7. EU-Rahmenprogramm). Der biocat2006-Kongress hat sich zu einer 'Leistungsschau' der Weißen Biotechnologie entwickelt, von der wichtige Impulse für die Weiterentwicklung dieser Zukunftstechnologie ausgehen. Es ist anzunehmen, dass die Weiße Biotechnologie in den nächsten Jahren noch weiter in den Fokus politisch und wirtschaftlich verantwortlicher Entscheidungsträger rücken wird. Die biocat-Kongresse werden hierbei ein wichtiger Gradmesser für den Erfolg und die Entwicklungspotenziale der Weißen Biotechnologie sein. Eines steht auf jeden Fall fest: Biocat ist zu einem Markenzeichen in der internationalen Kongresslandschaft geworden. Diese erfolgreiche Entwicklung gilt es in Zukunft fortzusetzen. Genauso wie die Weiße Biotechnologie selbst stehen auch die biocat-Kongresse für Interdisziplinarität, Netzwerke und Innovation. Dieser hohe Anspruch soll auch bei der biocat2008, die vom 31. August bis 4. September 2008 in Hamburg stattfinden wird, erfüllt werden.