Reaction engineering in biocatalytic reactive distillation

Abstract

Die Reaktivrektifikation ist ein etabliertes Verfahren in der chemischen Industrie, welches die chemische Reaktion und Trennung in einem Apparat vereint. In dieser Arbeit wurde der Einsatz von Candida antarctica Lipase B in einer kinetischen Racematspaltung chiraler Alkohole und Ester untersucht, um die Erweiterung des Reaktionsspektrums in der Reaktivrektifikation zu ermöglichen. Durch gezielte in situ Isolierung der chiralen Zielkomponente (S)-2-Pentanol mit hoher Reinheit (x = 0.95 mol/mol, ee > 99 %) konnte die erfolgreiche Anwendung demonstriert werden. Insgesamt wurde über die erstellten experimentellen Daten ein Vorgehen zur Integration verschiedener Reaktanden abgeleitet und ein experimentelles Prozessfenster definiert.

Reactive distillation is a well-established unit operation in chemical industry incorporating reaction and separation in one device. In this study, practicability of Candida antarctica lipase B is evaluated for biocatalytic kinetic resolution of either secondary alcohols or chiral esters to broaden the scope of feasible reactions in reactive distillation. In fact, successful operation of an integrated batch biocatalytic reactive distillation column is approved by in situ isolation of the chiral target compound (S)-2-pentanol with high purity (x = 0.95 mol/mol) and excellent enantiomeric excess (ee > 99 %). Finally, generated experimental data are used to propose an approach comprising criteria for selection of reaction candidates as well as the definition of an operation window.