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.
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.
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).
Mikroemulsionen haben sich fuer eine Vielzahl von Anwendungen als geeignetes Loesungsmittel zum Loesen sehr unterschiedlicher chemischer Substanzen erwiesen. So haben ME in vielen Reinigungsprozessen die vorher benutzten chlorierten Kohlenwasserstoffe ersetzt. Auch in der Reaktionstechnik bieten ME die Moeglichkeit, toxische Loesungsmittel oder Phasentransfer-Katalysatoren zu ersetzen. Im Projekt werden ME als Medium fuer organische Synthesen, enzymkatalysierte Reaktionen und die Bildung von anorganischen Nanoteilchen untersucht.