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.
Biotechnologie, Biokatalyse- und Synthese von Chemikalien.
Biokatalysatoren - Enzyme oder Mikroorganismen - werden in der Zukunft eine Schlüsselrolle bei der Herstellung wertvoller Verbindungen für die chemische und pharmazeutische Industrie spielen. Insbesondere bei der Synthese chiraler Verbindungen haben Biokatalysatoren ein großes Potenzial. Im Sinne einer integrierten Produktionsweise ist daher die biokatalytische Synthese von enantiomerenreinen Wirkstoffen von Vorteil, weil nur so die kostenintensive Enantiomerentrennung vermieden werden kann. Ziel des vorliegenden Vorhabens war die umweltfreundliche Gewinnung von Amino- und Carbonsäuren aus Amiden durch den Einsatz neu entdeckter Amidasen aus extremophilen Mikroorganismen. Im Gegensatz zu den bereits beschriebenen Amidasen zeichnen sich die Enzyme aus extremophilen Mikroorganismen durch eine hohe Stabilität gegenüber hohen Temperaturen und anderen denaturierenden Einflüssen aus. Darüber hinaus verfügen die neu entdeckten Amidasen über breite pH-Spektren, die insbesondere auch den sauren und neutralen Bereich abdecken. Die Zusammenarbeit innerhalb des Projektkonsortiums verlief ausgezeichnet und sehr vertrauensvoll. Die Expertisen der Projektpartner ergänzen sich sehr gut. Schwerpunkte lagen bei der AG Antranikian in der Bereitstellung extremophiler Mikroorganismen und in der Klonierung von Amidasegenen. Die molekularbiologische Seite wurde durch den Projektpartner X-Zyme GmbH hervorragend ergänzt. Mit dem Industriepartner Degussa AG wurden mögliche Strategien zur Umklonierung der Amidasen in ein industrielles Expressionssystem erarbeitet.
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).