2023-06-252024-02-122023-06-25https://hdl.handle.net/11420/16718Dieses gemeinsame Vorhaben der Arbeitsgruppen von Prof. Holtmann und Prof. Liese zielt auf ein tiefgreifendes Verständnis der Einflüsse und Wechselwirkungen von Prozessparametern auf die biokatalytische Effizienz der Oxyfunktionalisierung von kurzkettigen Alkanen. Am Beispiel der asymmetrischen Hydroxylierung von Butan zu 2-Butanol, katalysiert durch die erst kürzlich erstmalig beschriebenen Enzymgruppe der unspezifischen Peroxidasen (UPO), werden detaillierte interdisziplinäre Prozessstudien durchgeführt. In gemeinsamen Vorarbeiten der beiden Gruppen wurde bereits die Machbarkeit des Reaktionssystems gezeigt in ersten Blasensäulen-Experimenten gezeigt und gleichzeitig die Notwendigkeit detaillierterer Untersuchungen, um die beobachteten antagonistischen Effekte zu beschreiben, dargestellt. Zunächst soll das Modellenzym, die AaeUPO, charakterisiert werden. Von besonderem Interesse ist dabei die Stabilität gegenüber Wasserstoffperoxid und den Begasungseffekten des gasförmigen Butans Um die Selektivitäten der Prozesse zu verbessern, wird ein Screening nach neuen UPO-Varianten (Enantioselektivität) mit Reaktionstechnik kombiniert, wobei der Schwerpunkt auf der in situ Produktentfernung durch Extraktion liegt (Prozessselektivität). Da UPOs ein breites Substratspektrum aufweisen, ist ein "umgekehrtes" Substratscreening notwendig, um geeignete Lösungsmittel zu finden, die nicht auch gleichzeitig als Substrat dienen. Schließlich werden vielversprechende UPO-Varianten auf einer Gasdiffusionselektrode immobilisiert, die in den Reaktor integriert wird. Auf diese Weise werden neue grundlegende Erkenntnisse hinsichtlich der Überwindung limitierender Faktoren für Hydroxylierungen, die durch unspezifische Peroxidase katalysiert werden, generiert.This joint proposal of the working groups of Prof. Holtmann and Prof. Liese aims at the profound understanding of the influences and interactions of process parameters on the biocatalytic efficiency of the oxy functionalization of short chain alkanes. On the example of the asymmetric hydroxylation of butane to 2-butanol catalyzed by the recently emerging enzyme group, the unspecific peroxidases (UPO) detailed interdisciplinary process studies are carried out. The feasibility of the reaction system was already demonstrated in common preliminary research by the two groups in first bubble column experiments and at the same time the necessity for more detailed investigations to grasp the observed antagonistic effects. At first a model enzyme, the AaeUPO, will be characterized. Of particular interest is the stability regarding hydrogen peroxide feed rate and gassing effects from gaseous butane feed. To improve relevant selectivities a screening for new UPO variants (enantioselectivity) will be combined with reaction engineering, focusing on in situ product removal by extraction (process selectivity). As UPOs display a broad substrate scope, a “reversed” substrate screening is necessary to find suitable solvents that are not substrates at the same time. Lastly, promising UPO variants will be immobilized on a gas diffusion electrode that is integrated in the reactor. By this means new fundamental knowledge is generated in terms of overcoming limiting factors for hydroxylations catalyzed by UPOs.Grant