2023-06-252024-02-122023-06-25https://hdl.handle.net/11420/16716In diesem als interdisziplinäres Tandemprojekt von den Arbeitsgruppen Liese (Bioverfahrenstechnik) und Gröger (Industrielle Organische Synthese) beantragten Forschungsvorhaben ist das Ziel, ein grundlagenwissenschaftliches Verständnis für effiziente diastereoselektive Syntheseprozesse unter Einsatz von L- Threoninaldolasen zu gewinnen. Diese Enzyme katalysieren asymmetrische Aldolreaktionen unter Bildung von a-Amino-ß- hydroxycarbonsäuren. Derzeitig liegt der große Nachteil dieses enzymatischen Reaktionstyps, resultierend aus dem thermodynamischen Gleichgewicht, in dem ungünstigen Diastereomerenverhältnis der Produkte. Ausgehend von einer Modelreaktion wird ein grundlegendes Verständnis über die konkurrierende thermodynamische und kinetische Kontrolle des biokatalytischen Reaktionssystems entwickelt. Durch die Etablierung von inline (NMR) und offline (HPLC) analytischen Methoden wird eine vollständige kinetische und thermodynamische Charakterisierung in Abhängigkeit vom Reaktionsfortschritt ermöglicht. Hiervon ausgehend werden reaktions- und enzymtechnische Maßnahmen zur Überwindung der thermodynamischen als auch der kinetischen Limitierungen evaluiert und in einem kontinuierlich betriebenen Reaktor implementiert. Am Ende dieses Projekts soll diese umfassende Studie aufgrund des generierten grundlagenwissenschaftlichen Verständnisses der den Diastereomerenüberschuss beeinflussenden enzym- und verfahrenstechnischen Parameter aufzeigen, dass durch L- Threoninaldolasen katalysierte Aldol-Reaktionen eine erforschungswürdige Alternative zu herkömmlichen chemischen Syntheseverfahren für die Herstellung von alpha-Amino-beta- hydroxycarbonsäuren darstellen.In this interdisciplinary tandem project by the working groups Liese (Bioprocess Engineering) and Gröger (Industrial Organic Synthesis), the aim is to generate a basic scientific understanding of efficient diastereoselective synthesis processes using L-threonine aldolases. These enzymes catalyze asymmetric aldol reactions to form a-amino ß-hydroxy carboxylic acids. Currently, the major disadvantage of this enzymatic reaction type is the unfavorable thermodynamic equilibrium, which leads to unwanted diastereomeric ratios of the products. Starting from a model reaction, a fundamental understanding of the competing thermodynamic and kinetic control of the biocatalytic reaction system will be developed. The establishment of inline (NMR) and offline (HPLC) analytical methods will allow a comprehensive kinetic and thermodynamic characterization depending on the reaction progress. Based on this, reaction and enzyme measures to overcome the thermodynamic and kinetic limitations are evaluated and implemented in a continuously operated reactor. At the end of this project, this comprehensive study should demonstrate that aldol reactions catalyzed by L-threonine aldolases are a worthy alternative to conventional chemical synthesis processes for the synthesis of alpha-amino beta-hydroxy carboxylic acids.