DE102009032080A1 - Process for the separation of alcohol-ketone mixtures - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auftrennung einer Mischung mit einer in einem Lösungsmittel gelösten ersten Verbindung, welche zumindest eine Ketogruppe umfasst, und einer zweiten Verbindung, welche ein chirales Kohlenstoffatom mit einer Hydroxygruppe umfasst, die durch stereoselektive Reduktion der Ketogruppe aus der ersten Verbindung entstanden ist, wobei die Mischung mit einem anorganischen Adsorbermaterial in Kontakt gebracht wird und zumindest ein Teil der zweiten Verbindung an dem anorganischen Adsorbermaterial adsorbiert wird, und eine an der zweiten Verbindung abgereicherte Mischung von dem anorganischen Adsorbermaterial abgetrennt wird.The invention relates to a process for the separation of a mixture with a first compound dissolved in a solvent, which comprises at least one keto group, and a second compound, which comprises a chiral carbon atom with a hydroxyl group, which is formed from the first compound by stereoselective reduction of the keto group , wherein the mixture is brought into contact with an inorganic adsorber material and at least part of the second compound is adsorbed on the inorganic adsorber material, and a mixture depleted in the second compound is separated from the inorganic adsorber material.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auftrennung einer Mischung mit einer in einem Lösungsmittel gelösten ersten Verbindung, welche zumindest eine Ketogruppe umfasst, sowie einer zweiten Verbindung, welche ein chirales Kohlenstoffatom mit einer Hydroxygruppe umfasst, die durch Reduktion der Ketogruppe aus der ersten Verbindung entstanden ist.The The invention relates to a method for separating a mixture with a first dissolved in a solvent A compound comprising at least one keto group, as well as a second compound having a chiral carbon atom with a Hydroxy group comprising by reduction of the keto group from the first connection has emerged.
Chirale Hydroxyverbindungen sind wertvolle Synthesebausteine zur Herstellung pharmazeutisch aktiver Verbindungen. Chirale Verbindungen lassen sich durch klassische chemische Verfahren meist nur schwer enantiomerenrein herstellen. Sofern bei einem Syntheseschritt beide Enantiomere entstehen, müssen diese anschließend durch komplexe Trennungsverfahren unter Verwendung optisch aktiver Hilfsstoffe aufgetrennt werden. Zur Herstellung chiraler Verbindungen versucht man daher biotechnologische Verfahren anzuwenden, wobei die Stereoselektivität enzymatischer Reaktionen genutzt wird. Dabei können sowohl vollständige Mikroorganismen verwendet werden als auch vollständig oder teilweise gereinigte isolierte Enzyme.chiral Hydroxy compounds are valuable synthesis building blocks for the production pharmaceutically active compounds. Leave chiral connections usually difficult to enantiomerically pure by classical chemical methods produce. If both enantiomers are formed in one synthesis step, they must subsequently undergo complex separation processes be separated using optically active auxiliaries. For the preparation of chiral compounds therefore biotechnological attempts Apply method, wherein the stereoselectivity enzymatic Reactions is used. It can both complete microorganisms be used as well as completely or partially purified isolated enzymes.
Für
die enzymatische Synthese chiraler Alkohole können verschiedene
Wege beschritten werden. Beispiele geeigneter Enzyme sind Oxireduktasen,
Hydrolasen, sowie
Stereoselektive
Synthesen können auch unter Einsatz vollständiger
Mikroorganismen durchgeführt werden, wie Bakterien oder
Pilzen. Bei dieser Reaktionsführung kann der Metabolismus
der Zellen für eine interne Regenerierung des Cofaktors
genutzt werden. Eine Übersicht über den Einsatz
vollständiger Zellen zur Reduktion von Ketonen zu chiralen
Alkoholen geben
Enzyme aus der Klasse der Oxireduktasen katalysieren Redoxreaktionen, das heißt Reaktionen bei denen Elektronen zum oder vom Substrat übertragen werden. Zur Gruppe der Oxireduktasen gehören unter Anderen die Alkoholdehydrogenasen (ADH), welche auch als Carbonylreduktasen (CR) bezeichnet werden. Alkoholdehydrogenasen katalysieren zum Beispiel die Reduktion prochiraler Ketone zu chiralen Alkoholen.enzymes from the class of the Oxireduktasen catalyze redox reactions, the means reactions in which electrons are transferred to or from the substrate become. The group of the oxidoreductases include, among others the alcohol dehydrogenases (ADH), which are also called carbonyl reductases (CR). Alcohol dehydrogenases catalyze, for example the reduction of prochiral ketones to chiral alcohols.
Die meisten Alkoholdehydrogenasen sind abhängig von den Redox-Cofaktoren β-1,4-Nicotinamidadenindinukleotid (NADH) bzw. β-1,4-Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH), die bei der enzymatischen Reduktion stöchiometrisch verbraucht werden. Ein stöchiometrischer Einsatz dieser Cofaktoren ist wegen der hohen Preise unwirtschaftlich. Die enzymatische Reaktion wird daher meist so geführt, dass der Cofaktor in einer weiteren enzymkatalysierten Reaktion durch Oxidation eines Cosubstrats regeneriert wird. Ein Cosubstrat ist dabei eine Verbindung, die als Reduktionsmittel enzymatisch oxidiert wird, wobei die dabei freigesetzten Elektronen auf NAD bzw. NADP übertragen werden, die dabei zu NADH bzw. NADPH regeneriert werden.The Most alcohol dehydrogenases are dependent on the redox cofactors β-1,4-nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) or β-1,4-nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH), which in the enzymatic reduction stoichiometric consumed. A stoichiometric use of this Cofactors is uneconomical because of the high prices. The enzymatic Reaction is therefore usually conducted so that the cofactor in a further enzyme-catalyzed reaction by oxidation of a Cosubstrats is regenerated. A cosubstrate is a compound, which is enzymatically oxidized as a reducing agent, wherein the case released electrons are transferred to NAD or NADP, which are regenerated to NADH or NADPH.
Um in industriellen Prozessen die eingesetzten Enzyme effizienter nutzen zu können und damit die Kosten zu senken, können die Enzyme auch zurückgewonnen werden, um so in einer weiteren Reaktion eingesetzt werden zu können.Around to use the enzymes used more efficiently in industrial processes to be able to reduce costs The enzymes are also recovered, so in another Reaction can be used.
In
der
Enzymatische Reaktionen sind Gleichgewichtsreaktionen, das heißt es stellt sich im Laufe der Reaktion ein thermodynamisches Gleichgewicht ein. Werden ganze Zellen für die Reaktion eingesetzt, kann das Produkt auch für die Zelle toxisch sein. Übersteigt die Konzentration des Produkts im Ansatz also einen bestimmten Wert, sterben die Zellen ab. In beiden Fällen kommt daher die Reaktion nach einer Anfangsphase zum Erliegen. Um eine Desaktivierung bzw. eine Reduzierung der Syntheseaktivität zu vermeiden, besteht die Möglichkeit, das Produkt in situ aus der Reaktionsmischung zu entfernen, sodass das Gleichgewicht auf die Seite des Produkts verschoben wird. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem ein gasförmiges Produkt kontinuierlich aus der Reaktionsmischung entfernt wird oder ein Produkt kontinuierlich ausgefällt wird.Enzymatic reactions are equilibrium reactions, which means that a thermodynamic equilibrium sets in during the reaction. If whole cells are used for the reaction, the product may also be toxic to the cell. Thus, if the concentration of the product in the batch exceeds a certain value, the cells die. In both cases, therefore, the reaction comes to an end after an initial phase. In order to avoid a deactivation or a reduction of the synthesis activity, it is possible to remove the product in situ from the reaction mixture, so that the balance on the Page of the product. This can be done, for example, by continuously removing a gaseous product from the reaction mixture or continuously precipitating a product.
Eine
weitere Möglichkeit, die Kosten für eine enzymatisch
katalysierte Reaktion zu verringern, besteht darin, das Enzym an
ein Adsorptionsmittel zu binden, welches nach dem Ende einer Reaktion
aus der Reaktionsmischung abgetrennt und in einem weiteren Ansatz
eingesetzt werden kann. In der
Die oben beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren verwenden relativ teure Komponenten für die Synthese. Solche Verfahren sind daher nur dann gerechtfertigt, wenn die optisch aktiven Alkohole, welche bei der Reaktion erhalten werden, für die Synthese sehr teurer Stoffe eingesetzt werden. Sofern daher chirale Alkohole für die Herstellung von Produkten verwendet werden sollen, welche unter einem hohen Kostendruck stehen, sind die geschilderten Verfahren an sich nicht geeignet.The described above, known from the prior art use relatively expensive components for the synthesis. Such Processes are therefore justified only if the optically active alcohols, which are obtained in the reaction, for the synthesis very expensive fabrics are used. Therefore, if chiral alcohols to be used for the production of products which are under a high cost pressure, are the described Procedure not suitable in itself.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Auftrennung einer Mischung aus einem Keton und einem aus dem Keton durch Reduktion erhaltenen optisch aktiven Alkohol zur Verfügung zu stellen, welches einfach und kostengünstig durchgeführt werden kann.Of the The invention was therefore based on the object, a method for separation a mixture of a ketone and one from the ketone by reduction to provide the obtained optically active alcohol, which is simple and inexpensive can be.
Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These
The object is achieved by a method having the features of the
Der Erfindung lag die Beobachtung zugrunde, dass Ketone weniger stark von anorganischen Adsorbentien gebunden werden als Alkohole. Anorganische Adsorbentien stehen im Allgemeinen kostengünstig und in großer Menge zur Verfügung. Das Verfahren kann daher auch sehr leicht an industrielle Maßstäbe angepasst werden, ohne dass ein hoher Kostendruck durch die Bereitstellung des anorganischen Adsorptionsmittels ausgelöst wird. Das Verfahren eignet sich daher insbesondere auch für die Bereitstellung solcher optisch aktiven Alkohole, welche u. a. als Bausteine für die Herstellung von Feinchemikalien beispielsweise für die chemische Industrie eingesetzt werden, wo die Gewinnmargen durch einen relativ hohen Konkurrenzdruck beschränkt werden.Of the The invention was based on the observation that ketones are less strong of inorganic adsorbents are bound as alcohols. inorganic Adsorbents are generally inexpensive and in large amount available. The procedure can therefore very easy to industrial standards be adjusted without a high cost pressure by providing of the inorganic adsorbent is triggered. The Method is therefore particularly suitable for the provision such optically active alcohols, which u. a. as building blocks for the production of fine chemicals for example for The chemical industry will be used where profit margins go through be limited to a relatively high competitive pressure.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Auftrennung einer Mischung mit einer in einem Lösungsmittel gelösten ersten Verbindung, welche zumindest eine Ketogruppe umfasst, und einer zweiten Verbindung, welche ein chirales Kohlenstoffatom mit einer Hydroxygruppe umfasst, die durch Reduktion der Ketogruppe aus der ersten Verbindung entstanden ist, zur Verfügung gestellt, wobei die Mischung mit einem anorganischen Adsorbermaterial in Kontakt gebracht wird und zumindest ein Teil der zweiten Verbindung an dem anorganischen Adsorbermaterial adsorbiert wird, und eine an der zweiten Verbindung abgereicherte Mischung von dem anorganischen Adsorbermaterial abgetrennt wird.According to the present invention, there is provided a method for separating a mixture with a first compound dissolved in a solvent comprising at least one keto group and a second compound comprising a chiral carbon atom having a hydroxy group formed by reducing the keto group from the first compound Provided, wherein the mixture is brought into contact with an inorganic adsorbent material and at least a part of the second compound on the anorgani Adsorber material is adsorbed, and a depleted in the second compound mixture is separated from the inorganic adsorber.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich also für die Auftrennung von Mischungen, wie sie typischerweise bei einer Reduktion einer prochiralen Ketoverbindung zu einem Alkohol erhalten werden. Die Reduktion wird in Lösung durchgeführt, weshalb sowohl das Edukt als auch das Produkt in Lösung vorliegen. Die Reduktion wird dabei bevorzugt in der Weise durchgeführt, dass im Wesentlichen nur eines der Enantiomeren entsteht. Es ist daher nicht notwendig, an dem anorganischen Adsorbermaterial eine Enantiomerentrennung vorzunehmen. Die Information über die Stereochemie, welche sich während der Reduktion am Kohlenstoffatom der Ketogruppe einstellt, wird also bereits während der Reduktion der Ketogruppe in die zweite Verbindung eingebracht. Dabei ist es zunächst nicht erheblich, auf welche Weise die stereoselektive Reduktion erfolgt. Es ist also auch möglich, die Reduktion beispielsweise mit einem stereoselektiven Katalysator im Zuge einer üblichen Hydrierung durchzuführen, wobei über den Katalysator die Information über die Stereochemie am Kohlenstoffatom der Ketogruppe eingeführt wird, beispielsweise durch Verwendung asymmetrischer Katalysatoren.The inventive method is therefore suitable for the separation of mixtures, as typically in a Reduction of a prochiral keto compound to give an alcohol become. The reduction is carried out in solution, Therefore, both the starting material and the product in solution available. The reduction is preferably carried out in the manner that essentially only one of the enantiomers is formed. It is therefore not necessary, on the inorganic adsorber a To perform enantiomer separation. The information about the stereochemistry that occurs during reduction on Carbon atom of the keto group is set, so already during introduced the reduction of the keto group in the second compound. It is not significant at first, in what way the stereoselective reduction takes place. So it's also possible the reduction for example with a stereoselective catalyst in the course of a conventional hydrogenation, wherein the information about introduced the stereochemistry at the carbon atom of the keto group is, for example, by using asymmetric catalysts.
Bei der Reduktion bleibt das Kohlenstoffgerüst der ersten Verbindung im Wesentlichen erhalten, sodass sich bevorzugt erste Verbindung und zweite Verbindung in ihrer Struktur nur am Kohlenstoffatom der Ketogruppe der ersten Verbindung, welche in einen optisch aktiven Alkohol überführt wird, unterscheiden. Bei der Reduktion wird eine möglichst hohe Stereoselektivität angestrebt. Bevorzugt weist die Mischung einen Enantiomerenüberschuss zugunsten einer der beiden enantiomeren Alkohole von mehr als 98%, bevorzugt mehr als 99%, insbesondere bevorzugt mehr als 99,5% auf.at the reduction remains the carbon skeleton of the first compound essentially obtained, so preferably first compound and second compound in their structure only at the carbon atom of Keto group of the first compound, which in an optically active Alcohol is differentiated. In the reduction the highest possible stereoselectivity is sought. Preferably, the mixture has an enantiomeric excess in favor of one of the two enantiomeric alcohols of more than 98%, preferably more than 99%, particularly preferably more than 99.5%.
Die Mischung, welche sowohl die erste Verbindung, also das Keton, als auch die zweite Verbindung, also den optisch aktiven Alkohol, enthält, wird dann mit einem anorganischen Adsorbermaterial in Kontakt gebracht. Das anorganische Adsorbermaterial wird dabei so ausgewählt, dass es bevorzugt eine möglichst hohe Adsorptionskraft zugunsten des Alkohols, also der zweiten Verbindung besitzt. Beispielhafte anorganische Adsorbermaterialien sind Aluminiumoxide, Aluminiumoxidhydrate, Bentonite, Kieselgele, Silikate, wie Alumosilikate, Magnesiumsilikate, Calciumsilikate und Hydrotalcite. Die Mischung wird so lange mit dem anorganischen Adsorbermaterial in Kontakt gebracht, dass zumindest ein Anteil der zweiten Verbindung an dem anorganischen Adsorbermaterial adsorbiert wird und damit die Mischung an der zweiten Verbindung abgereichert wird. Die zweite Verbindung wird damit aus der Reaktion entfernt, sodass im Fall einer Gleichgewichtsreaktion das Gleichgewicht zugunsten des Produkts verschoben wird oder, falls das Produkt hemmend oder toxisch auf den Katalysator wirkt, aus der Reaktionsmischung entfernt wird.The Mixture containing both the first compound, ie the ketone, as also contains the second compound, ie the optically active alcohol, is then contacted with an inorganic adsorber material. The inorganic adsorber material is thereby selected that it preferably has the highest possible adsorption in favor of the alcohol, that is the second compound. exemplary inorganic adsorbent materials are aluminum oxides, alumina hydrates, Bentonites, silica gels, silicates, such as aluminosilicates, magnesium silicates, Calcium silicates and hydrotalcites. The mixture will be with you for so long brought into contact with the inorganic adsorbent material, at least a proportion of the second compound on the inorganic adsorbent material is adsorbed and thus the mixture at the second compound is depleted. The second compound thus becomes out of the reaction removed so that in the case of an equilibrium reaction the equilibrium in favor of the product or, if the product is inhibitory or toxic to the catalyst, from the reaction mixture Will get removed.
Das Verfahren lässt sich insbesondere dann vorteilhaft einsetzen, wenn in der Reaktionsmischung keine oder zumindest nur eine geringe Konzentration an Molekülen enthalten sind, welche mit der zweiten Verbindung um Adsorptionsplätze am anorganischen Adsorbermaterial konkurrieren. Da Wasser ein sehr polares Lösungsmittel ist und daher sehr stark mit dem bei der Reduktion der Ketogruppe entstehenden Alkohol um Bindungsplätze am anorganischen Adsorbermaterial konkurrieren kann, wird das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer Ausführungsform bevorzugt in der Weise durchgeführt, dass als Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel verwendet wird. Insbesondere bevorzugt werden dabei organische Lösungsmittel eingesetzt, welche keine protonierbaren oder deprotonierbaren Gruppen aufweisen. Bevorzugt ist das organische Lösungsmittel so ausgewählt, dass es eine geringere Polarität aufweist als der bei der Reduktion entstehende Alkohol. Insbesondere bevorzugt werden Lösungsmittel verwendet, welche eine relativ geringe Polarität aufweisen. Solche Lösungsmittel zeichnen sich durch einen relativ niedrigen Siedepunkt bei Normaldruck aus. Bevorzugt werden organische Lösungsmittel eingesetzt, welche bei Normaldruck einen Siedepunkt von weniger als 90°C, bevorzugt weniger als 80°C, insbesondere bevorzugt weniger als 70°C aufweisen. Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise Ester, wie Essigsäureethylester, Ether, wie Methyl-t-butylether, Alkane, wie Hexan oder Petrolether, oder auch aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol.The Method can be used in particular advantageous if in the reaction mixture no or at least only a small Concentration of molecules are included, which with the second compound around adsorption sites at the inorganic Adsorber material compete. Because water is a very polar solvent is and therefore very strong with that in the reduction of the keto group Alcohol formed around binding sites on the inorganic Adsorber material can compete, the inventive Method according to one embodiment preferably carried out in such a way that as a solvent an organic solvent is used. Especially preference is given to using organic solvents, which have no protonatable or deprotonatable groups. Preferably, the organic solvent is selected that it has a lower polarity than that in the Reduction of resulting alcohol. Especially preferred are solvents used, which have a relatively low polarity. Such solvents are characterized by a relative low boiling point at atmospheric pressure. Preference is given to organic Solvent used, which at atmospheric pressure a Boiling point of less than 90 ° C, preferably less than 80 ° C, more preferably less than 70 ° C exhibit. Suitable solvents are, for example Esters, such as ethyl acetate, ethers, such as methyl t-butyl ether, Alkanes, such as hexane or petroleum ether, or else aromatic hydrocarbons, like toluene.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden als Lösungsmittel solche organische Lösungsmittel verwendet, welche mit Wasser im Wesentlichen nicht mischbar sind. Als organische Lösungsmittel, welche mit Wasser im Wesentlichen nicht mischbar sind, werden bevorzugt solche organische Lösungsmittel verwendet, welche bei 20°C und Normaldruck weniger als 5 Gew.-% bevorzugt, weniger als 2 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 1 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,5 Gew.-% Wasser aufnehmen. Sofern bei dieser Ausführungsform die Mischung größere Mengen an Wasser enthält, bilden sich daher zwei Phasen aus, wobei die Reduktion der Ketogruppe zur chiralen Hydroxygruppe im Wesentlichen in der organischen Phase stattfindet. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch die Umsetzung polarer Verbindungen als Reaktionspartner umfassen, welche sich nur in der Wasserphase lösen. Ohne an diese Theorie gebunden sein zu wollen, gehen die Erfinder von der Vorstellung aus, dass in diesem Fall die Reaktion an Grenzflächen zwischen organischer Phase und Wasserphase abläuft, wobei das Produkt im Wesentlichen in der organischen Phase gelöst ist und von dort am anorganischen Adsorbermaterial adsorbiert wird.According to a further preferred embodiment, the solvents used are those organic solvents which are substantially immiscible with water. As organic solvents which are substantially immiscible with water, preference is given to using those organic solvents which at 20 ° C. and normal pressure are less than 5% by weight, less than 2% by weight, particularly preferably less than 1% by weight .-%, in particular less than 0.5 wt .-% water. Thus, in this embodiment, if the mixture contains greater amounts of water, two phases are formed, with the reduction of the keto group to the chiral hydroxy group occurring substantially in the organic phase. In this way, the inventive method may also include the reaction of polar compounds as reactants, which dissolve only in the water phase. Without thinking of this theory To be bound, the inventors start from the idea that in this case the reaction takes place at interfaces between the organic phase and the water phase, wherein the product is essentially dissolved in the organic phase and is adsorbed thereon on the inorganic adsorber material.
Wie bereits oben erläutert, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Reduktion der Ketogruppe in der Weise durchgeführt, dass im Wesentlichen nur eines der Enantiomeren entsteht. Dazu können beispielsweise stereoselektive Katalysatoren verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Reduktion der Ketogruppe zu der an einem chiralen Kohlenstoffatom gebundenen Hydroxygruppe in der Weise durchgeführt, dass die Reduktion unter Katalyse durch ein Enzym erfolgt. Enzyme weisen eine hohe Regio- sowie Stereoselektivität auf, sodass die Reduktion mit einem hohen Enantiomerenüberschuss zugunsten eines Enantiomers durchgeführt werden kann. Die Enzyme werden bevorzugt aus der Klasse der Oxireduktasen ausgewählt. Die spezifische Oxireduktase wird dabei in Abhängigkeit vom Substrat ausgewählt. Die Enzyme können sowohl in isolierter und ggf. gereinigter Form eingesetzt werden als auch in Zellen, sodass die Reduktion der Ketogruppe in Form einer Fermentation durchgeführt wird. An sich unterliegt das erfindungsgemäße Verfahren hier keinen Beschränkungen. Sofern die Enzyme in Substanz eingesetzt werden, können sie sowohl in Form aufgeschlossener Zellen verwendet werden als auch in gereinigter Form. Im letzteren Fall ist es sowohl möglich, die Enzyme in gelöster Form einzusetzen als auch in einer gebundenen Form, das heißt in einer Form, in welcher das Enzym an eine feste Matrix gebunden ist. Der Fachmann kann hier auf bekannte Techniken zurückgreifen.As already explained above, in the inventive Method carried out the reduction of the keto group in the manner that essentially only one of the enantiomers is formed. Can do this For example, stereoselective catalysts can be used. According to one preferred embodiment is the reduction of the keto group to the hydroxy group bonded to a chiral carbon atom performed in such a way that the reduction under catalysis done by an enzyme. Enzymes have high regio- and stereoselectivity so that the reduction with a high enantiomeric excess in favor of an enantiomer. The Enzymes are preferably selected from the class of the oxidoreductases. The specific Oxireduktase is dependent selected from the substrate. The enzymes can both be used in isolated and possibly purified form as well in cells, so that the reduction of the keto group in the form of a fermentation is carried out. In itself subject to the inventive method no restrictions here. Unless the enzymes are in substance can be used, they are both in the form of more open-minded Cells are used as well as in purified form. In the latter Case it is both possible to dissolve the enzymes Use form as well as in a bound form, that is in a form in which the enzyme is bound to a solid matrix is. The skilled person can refer here to known techniques.
Die enzymatische Reduktion durch Oxireduktasen erfordert im Allgemeinen die Gegenwart eines Cofaktors, welcher bei der Reduktion in stöchiometrischer Menge verbraucht wird. Gemäß einer Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass die Reduktion der Ketogruppe zu der an einem chiralen Kohlenstoff gebundenen Hydroxygruppe durch das Enzym in Gegenwart eines Cofaktors erfolgt. Als Cofaktoren werden dabei übliche Cofaktoren eingesetzt. Beispielhafte Cofaktoren sind NADH und NADPH. Es ist allerdings auch möglich, andere bekannte Cofaktoren einzusetzen.The enzymatic reduction by oxireductases generally requires the presence of a cofactor which, when reduced to stoichiometric Quantity is consumed. According to one embodiment Therefore, provided that the reduction of the keto group to that on a chiral carbon-bonded hydroxy group by the enzyme in Presence of a cofactor occurs. Cofactors are customary cofactors used. Exemplary cofactors are NADH and NADPH. It is however, it is also possible to use other known cofactors.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird als Enzym für die stereoselektive Reduktion des Ketons eine Alkoholdehydrogenase verwendet. Die Alkoholdehydrogenase wird in Abhängigkeit vom Substrat ausgewählt. Geeignete Alkoholdehydrogenasen sind beispielsweise Yeast alcoholdehydrogenase (YADH), alcoholdehydrogenase-A (ADH-A), Lactobacillus brevis alcoholdehydrogenase (LbADH), 6-Hydroxyhexanoic acid dehydrogenase (HCADH) oder die Reduktase Carbonyl reductase aus Rhodococcus erythropolis (RECR) oder auch carbonyl reductase (CPCR) aus Candida parapsilosis.According to one preferred embodiment is used as an enzyme for the stereoselective reduction of the ketone an alcohol dehydrogenase used. The alcohol dehydrogenase becomes dependent selected from the substrate. Suitable alcohol dehydrogenases are, for example, yeast alcoholdehydrogenase (YADH), alcoholdehydrogenase-A (ADH-A), Lactobacillus brevis alcoholdehydrogenase (LbADH), 6-hydroxyhexanoic acid dehydrogenase (HCADH) or the reductase carbonyl reductase from Rhodococcus erythropolis (RECR) or carbonyl reductase (CPCR) from Candida parapsilosis.
Die Alkoholdehydrogenasen werden nach üblichen Verfahren gewonnen. Bevorzugt werden solche Alkoholdehydrogenasen verwendet, welche auch in organischen Lösungsmitteln die Reduktion der Ketogruppe zu einer an einem chiralen Kohlenstoffatom gebundenen Hydroxyguppe katalysieren.The Alcohol dehydrogenases are recovered by conventional methods. Preference is given to using those alcohol dehydrogenases which also in organic solvents, the reduction of the keto group a hydroxy group bonded to a chiral carbon atom catalyze.
Wie bereits oben erläutert, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in Gegenwart einer geringen Menge einer Wasserphase durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, um einen sehr polaren Cofaktor, wie NAD+ oder NADP+ zu lösen. Nach der Oxidation kann der Cofaktor, beispielsweise NADH oder NADPH, ggf. in die organische Phase übertreten und dort in der enzymatisch katalysierten Reduktion der Ketogruppe verbraucht werden. Da große Mengen an Wasser dazu führen, dass Wassermoleküle um Adsorptionsplätze am anorganischen Adsorbermaterial konkurrieren, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Cofaktor in einer Wasserphase gelöst ist und die Wasserphase neben dem organischen Lösungsmittel in einem Anteil von weniger als 1 Gew.-%, bezogen auf das organische Lösungsmittel, in der Mischung enthalten ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Wasserphase in einem Anteil von zumindest 0,1 Gew.-%, bezogen auf das organische Lösungsmittel, in der Mischung enthalten. Der Anteil der Wasserphase wird gemäß einer Ausführungsform zumindest so groß gewählt, dass der Cofaktor vollständig in der Wasserphase gelöst werden kann.As already explained above, the process according to the invention can also be carried out in the presence of a small amount of a water phase. This may be required, for example, to solve a very polar cofactor, such as NAD + or NADP + . After the oxidation, the cofactor, for example NADH or NADPH, may optionally pass into the organic phase and be used there in the enzymatically catalyzed reduction of the keto group. Since large amounts of water cause water molecules to compete for adsorption sites on the inorganic adsorber, it is provided according to a preferred embodiment of the method according to the invention that the cofactor is dissolved in a water phase and the water phase in addition to the organic solvent in a proportion of less than 1 wt .-%, based on the organic solvent, is contained in the mixture. In one embodiment, the water phase is contained in the mixture in a proportion of at least 0.1% by weight, based on the organic solvent. The proportion of the water phase is chosen according to an embodiment at least so large that the cofactor can be completely dissolved in the water phase.
Wie bereits oben erläutert, kann der Cofaktor beispielsweise nur in der reduzierten Form in der Wasserphase gelöst sein und nach seiner Oxidation wieder in die organische Phase übergehen. Es kann aber auch sein, dass der Cofaktor sowohl in der reduzierten als auch in der oxidierten Form in der Wasserphase enthalten ist und die enzymkatalysierte Reduktion des Ketons an einer Grenzphase zwischen organischer Phase und Wasserphase erfolgt. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist bevorzugt, dass die Wasserphase in fein verteilter Form in der organischen Phase dispergiert ist.As already explained above, the cofactor, for example only be dissolved in the reduced form in the water phase and return to the organic phase after its oxidation. But it may also be that the cofactor is reduced in both and in the oxidized form in the water phase and the enzyme-catalyzed reduction of the ketone at a limiting phase between organic phase and water phase takes place. In this embodiment the method according to the invention is preferred that the water phase in finely divided form in the organic Phase is dispersed.
Die Enzyme, welche bei der enzymatischen Reduktion der ersten Verbindung, also der Reduktion der Ketogruppe eingesetzt werden, erfordern meist die Gegenwart eines Cofaktors, welcher während der enzymatischen Reaktion oxidiert wird. Diese Cofaktoren werden, wie oben erläutert, in stöchiometrischen Mengen verbraucht. Da sie sehr teuer sind, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Cofaktor während der Reduktion der Ketogruppe regeneriert wird, also der Cofaktor zwischen seinem oxidierten und seinem reduzierten Zustand im Kreislauf geführt wird.The enzymes which are used in the enzymatic reduction of the first compound, ie the reduction of the keto group, usually require the presence of a cofactor which, during the enzyma The reaction is oxidized. These cofactors are consumed in stoichiometric amounts as explained above. Since they are very expensive, it is provided according to a preferred embodiment that the cofactor is regenerated during the reduction of the keto group, ie the cofactor is circulated between its oxidized and its reduced state.
Die Regenerierung des Cofaktors kann an sich nach üblichen Verfahren durchgeführt werden. So kann die Regenerierung auf elektrochemischem Weg erfolgen. Es ist aber auch möglich, die Regenerierung chemisch durchzuführen, indem der Mischung ein weiteres Reduktionsmittel zugegeben wird, beispielsweise Natriumdithionit. Bevorzugt wird die Regenerierung des Cofaktors jedoch ebenfalls enzymkatalysiert durchgeführt. Hierbei können übliche Systeme verwendet werden. Beispielsweise können Ameisensäure oder Formiate durch Formiatdehydrogenase zu Kohlendioxid oxidiert werden. Weiter kann als Reduktionsmittel beispielsweise auch Glucose bzw. Glucose-6-phosphat eingesetzt werden, welche durch Glucosedehydrogenase oder Glucose-6-phosphatdehydrogenase zu den entsprechenden Zuckersäuren oxidiert werden.The Regeneration of the cofactor can in itself after usual Procedures are performed. So can the regeneration done electrochemically. But it is also possible to carry out the regeneration chemically by mixing the mixture another reducing agent is added, for example, sodium dithionite. However, the regeneration of the cofactor is preferred as well enzyme-catalyzed performed. This can usual Systems are used. For example, formic acid or formates are oxidized by formate dehydrogenase to carbon dioxide become. Next, as a reducing agent, for example, glucose or glucose-6-phosphate are used, which by glucose dehydrogenase or glucose-6-phosphate dehydrogenase to the corresponding sugar acids be oxidized.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Regenerierung des Cofaktors ebenfalls durch eine Alkoholdehydrogenase durchgeführt, wobei die Alkoholdehydrogenase sowohl für die Reduktion des Ketons zum chiralen Alkohol als auch für die Oxidation eines sogenannten Opferalkohols zum entsprechenden Keton eingesetzt werden kann. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher vorgesehen, dass die Mischung als weiteren Bestandteil einen Opferalkohol zur Regenerierung des Cofaktors enthält. Als Opferalkohol werden bevorzugt niedere sekundäre Alkohole eingesetzt, welche bevorzugt 3 bis 10 Kohlenstoffatome umfassen, insbesondere bevorzugt Isopropanol oder Isobutanol. Der Opferalkohol kann dabei im Überschuss eingesetzt werden. Gemäß einer Ausführungsform beträgt der Anteil des Opferalkohols in der Mischung weniger als 25 Gew.-%, bevorzugt weniger als 10 Gew.-%, insbesondere bevorzugt weniger als 5 Gew.-%, bezogen auf das organische Lösungsmittel, welches an der enzymatischen Reduktion nicht teilnimmt. Bevorzugt wird der Opferalkohol zumindest in einer Menge in der Mischung eingesetzt, welche der doppelten stöchiometrischen Menge, insbesondere bevorzugt zumindest der dreifachen stöchiometrischen Menge entspricht, welche für die Regenerierung des Cofaktors erforderlich ist.According to one Embodiment will also be the regeneration of the cofactor carried out by an alcohol dehydrogenase, wherein the Alcohol dehydrogenase for both the reduction of the ketone to the chiral alcohol as well as the oxidation of a so-called Alcohol can be used to the corresponding ketone. at this embodiment of the invention Process is therefore intended that the mixture as another Component contains a sacrificial alcohol for the regeneration of the cofactor. As the sacrificial alcohol are preferably lower secondary alcohols used, which preferably comprise 3 to 10 carbon atoms, especially preferred isopropanol or isobutanol. The victim alcohol can be used in excess. According to one Embodiment is the proportion of the sacrificial alcohol in the mixture less than 25 wt .-%, preferably less than 10 Wt .-%, particularly preferably less than 5 wt .-%, based on the organic solvent which is involved in the enzymatic Reduction does not participate. Preferably, the sacrificial alcohol is at least used in an amount in the mixture, which of the double stoichiometric amount, more preferably at least which corresponds to three times the stoichiometric amount is required for the regeneration of the cofactor.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Opferalkohol ein geringeres Molekülgewicht aufweist als die zweite Verbindung. Bevorzugt beträgt das Molekülgewicht des Opferalkohols weniger als 75%, weiter bevorzugt weniger als 55% des Molekülgewichts der zweiten Verbindung.According to one Embodiment is provided that the sacrificial alcohol lower molecular weight than the second compound. The molecular weight of the sacrificial alcohol is preferably less than 75%, more preferably less than 55% of the molecular weight the second connection.
Wie bereits oben erläutert, wird die Information über die Stereochemie am chiralen Kohlenstoffatom, an welches die Hydroxygruppe gebunden ist, bevorzugt während der Reduktion der Ketogruppe eingeführt. Es ist dann nicht notwendig, eine Enantiomerentrennung beim entstandenen Alkohol durchzuführen. Gemäß einer Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass das anorganische Adsorptionsmittel ein achirales Adsorptionsmittel ist. Unter einem achiralen Adsorptionsmittel wird ein Adsorptionsmittel verstanden, bei welchem beide Enantiomere im Wesentlichen gleich adsorbiert werden, sodass durch die Adsorption keine Trennung der beiden möglichen Enantiomeren erfolgt. Im erfindungsgemäßen Verfahren können daher sehr günstige anorganische Adsorptionsmittel eingesetzt werden, was insbesondere für eine technische Anwendung vorteilhaft ist.As already explained above, the information about the stereochemistry at the chiral carbon atom, to which the hydroxy group is bonded, preferably during the reduction of the keto group introduced. It is then not necessary, a separation of enantiomers to carry out the resulting alcohol. According to one Embodiment is therefore intended that the inorganic Adsorbent is an achiral adsorbent. Under a achiral adsorbent is understood to mean an adsorbent in which both enantiomers adsorb essentially the same be so that by the adsorption no separation of the two possible Enantiomers take place. In the method according to the invention can therefore very cheap inorganic adsorbents be used, which is particularly for a technical Application is advantageous.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise durchgeführt, dass der bei der Reduktion der Ketogruppe entstehende Alkohol kontinuierlich aus der Reaktionsmischung entfernt wird. Dazu kann das Enzym beispielsweise von der Lösungsmittelphase abgetrennt werden. Das Lösungsmittel, welches die Mischung aus erster und zweiter Verbindung enthält, wird mit dem anorganischen Adsorptionsmittel in Kontakt gebracht, sodass die zweite Verbindung durch das anorganische Adsorptionsmittel zumindest teilweise aus dem Lösungsmittel entfernt wird. Dazu kann vorgesehen sein, dass die Reaktionsmischung, in welcher die enzymatische Reaktion durchgeführt wird, beispielsweise über eine Membrane aufgetrennt wird, sodass das Enzym von einem Teil des Lösungsmittels separiert wird. Das Lösungsmittel wird dann mit dem anorganischen Adsorptionsmittel in Kontakt gebracht, indem das Lösungsmittel beispielsweise über eine Säule geleitet wird, die aus dem anorganischen Adsorptionsmittel gepackt wurde, sodass die Lösungsmittelphase an der zweiten Verbindung abgereichert wird. Die an der zweiten Verbindung abgereicherte Lösungsmittelphase kann dann wieder in den Reaktionsansatz zurückgeleitet werden.Prefers the process according to the invention becomes such performed that in the reduction of the keto group resulting alcohol is continuously removed from the reaction mixture becomes. For this purpose, the enzyme may, for example, from the solvent phase be separated. The solvent, which is the mixture contains first and second connection, is with the Inorganic adsorbent brought into contact, so that the second compound through the inorganic adsorbent at least partially removed from the solvent. This can be provided that the reaction mixture in which the enzymatic Reaction is carried out, for example, over a membrane is separated so that the enzyme from a part of the solvent is separated. The solvent is then contacted with the inorganic adsorbent, for example, the solvent over a Column is passed from the inorganic adsorbent was packed so that the solvent phase on the second compound is depleted. The solvent phase depleted in the second compound can then be returned to the reaction mixture become.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Reduktion der Ketogruppe zu einer an einem chiralen Kohlenstoffatom gebundenen Hydroxygruppe in Gegenwart des anorganischen Adsorptionsmittels durchgeführt wird.According to one Embodiment of the invention Method is provided that the reduction of the keto group to a hydroxy group bonded to a chiral carbon atom performed in the presence of the inorganic adsorbent becomes.
Bei dieser Ausführungsform wird also das anorganische Adsorptionsmittel zum Reaktionsgemisch zugegeben. Die Menge an anorganischem Adsorptionsmittel wird dabei ausreichend hoch gewählt, sodass eine ausreichend große Menge der zweiten Verbindung am anorganischen Adsorptionsmittel adsorbiert werden kann, um die Reduktion der Ketogruppe der ersten Verbindung zugunsten einer möglichst hohen Ausbeute zu Gunsten der zweiten Verbindung einzustellen.In this embodiment, therefore, the inorganic adsorbent to the reaction mixture to given. The amount of inorganic adsorbent is selected to be sufficiently high, so that a sufficiently large amount of the second compound can be adsorbed on the inorganic adsorbent to adjust the reduction of the keto group of the first compound in favor of the highest possible yield in favor of the second compound.
Nach der Reaktion kann die Reaktionsmischung sehr einfach aufgetrennt werden, indem das anorganische Adsorptionsmittel beispielsweise sedimentieren gelassen wird und die Lösungsmittelphase, welche das Enzym sowie gegebenenfalls noch Anteile der ersten Verbindung enthält, abdekantiert wird. Ebenso ist es möglich, das anorganische Adsorptionsmittel nach erfolgter Reduktion der Ketogruppe durch Filtration von der Lösungsmittelphase abzutrennen.To the reaction, the reaction mixture can be separated very easily by adding the inorganic adsorbent, for example sediment and the solvent phase, which the enzyme and optionally also shares of the first compound contains, is decanted off. It is also possible the inorganic adsorbent after reduction of the Keto group by filtration from the solvent phase separate.
Das anorganische Adsorptionsmittel wird bevorzugt so ausgewählt, dass die zweite Verbindung in erhöhtem Maß an dem anorganischen Adsorptionsmittel adsorbiert wird.The inorganic adsorbents are preferably selected that the second connection increased adsorbed to the inorganic adsorbent.
Ein geeignetes anorganisches Adsorptionsmittel ist beispielsweise Siliziumdioxid, das bevorzugt in feindisperser Form eingesetzt wird.One suitable inorganic adsorbent is, for example, silicon dioxide, which is preferably used in finely dispersed form.
Bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren anorganische Adsorptionsmittel eingesetzt, welche einen Aluminiumanteil, berechnet als Al2O3 von mehr als 40 Gew.-% aufweisen. Das Aluminium kann in dem anorganischen Adsorptionsmittel in Form von Aluminiumoxid enthalten sein. Es ist aber auch möglich, dass das anorganische Adsorptionsmittel das Aluminium in Form beispielsweise eines gemischten Oxids enthält. Neben dem Aluminium können noch weitere Metalle in dem anorganischen Adsorptionsmittel enthalten sein, wie beispielsweise Silizium. Das aluminiumoxidhaltige anorganische Adsorptionsmittel kann aus einer natürlichen Quelle abgebaut sein, also ein natürliches Mineral sein. Bevorzugt werden jedoch synthetische Verbindungen eingesetzt. Diese lassen sich unter kontrollierten Bedingungen herstellen und führen daher zu reproduzierbaren Eigenschaften und Ergebnissen beim erfindungsgemäßen Verfahren. Das anorganische Adsorptionsmittel besteht bevorzugt überwiegend aus einem aluminiumoxidhaltigen anorganischen Adsorptionsmittel. Es ist möglich, dass das anorganische Adsorptionsmittel neben dem eigentlichen Adsorptionsmittel beispielsweise ein Bindemittel enthält, welches selbst auch keine Adsorptionseigenschaften aufweisen kann. Vorzugsweise umfasst das anorganische Adsorptionsmittel mehr als 60 Gew.-%, bevorzugt mehr als 80 Gew.-%, besonders bevorzugt mehr als 90 Gew.-% Al2O3. Die Differenz zu 100% könnte beispielsweise jeweils durch einen Anteil eines Bindemittels gebildet werden, mit welchem das anorganische Adsorptionsmittel beispielsweise zu einem Partikel gebunden wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das anorganische Adsorptionsmittel nur aus Aluminiumoxid.In the process according to the invention, preference is given to using inorganic adsorbents which have an aluminum content, calculated as Al 2 O 3, of more than 40% by weight. The aluminum may be contained in the inorganic adsorbent in the form of alumina. However, it is also possible that the inorganic adsorbent contains the aluminum in the form of, for example, a mixed oxide. In addition to aluminum, other metals may be included in the inorganic adsorbent, such as silicon. The alumina-containing inorganic adsorbent may be degraded from a natural source, so be a natural mineral. Preferably, however, synthetic compounds are used. These can be produced under controlled conditions and therefore lead to reproducible properties and results in the process according to the invention. The inorganic adsorbent preferably consists predominantly of an aluminum oxide-containing inorganic adsorbent. It is possible that the inorganic adsorbent in addition to the actual adsorbent, for example, contains a binder, which itself may also have no adsorption properties. Preferably, the inorganic adsorbent comprises more than 60 wt .-%, preferably more than 80 wt .-%, more preferably more than 90 wt .-% Al 2 O 3 . The difference to 100% could for example be formed in each case by a proportion of a binder, with which the inorganic adsorbent is bound, for example, to a particle. According to a particularly preferred embodiment, the inorganic adsorbent consists only of alumina.
Das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete anorganische Adsorptionsmittel weist vorzugsweise eine sehr hohe spezifische Oberfläche auf. Bevorzugt weist das anorganische Adsorptionsmittel eine spezifische Oberfläche von mehr als 100 m2/g auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das anorganische Adsorptionsmittel eine spezifische Oberfläche im Bereich von 100 bis 750 m2/g, besonders bevorzugt 120 bis 700 m2/g, insbesondere bevorzugt 140 bis 650 m2/g auf. Die spezifische Oberfläche wird nach dem BET-Verfahren bestimmt.The inorganic adsorbent used in the process according to the invention preferably has a very high specific surface area. Preferably, the inorganic adsorbent has a specific surface area of more than 100 m 2 / g. According to a preferred embodiment, the inorganic adsorbent has a specific surface area in the range of 100 to 750 m 2 / g, particularly preferably 120 to 700 m 2 / g, particularly preferably 140 to 650 m 2 / g. The specific surface area is determined by the BET method.
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das im erfindungsgemäßen
Verfahren verwendete anorganische Adsorptionsmittel ein hohes Porenvolumen
auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
weist das anorganische Adsorptionsmittel ein Porenvolumen von mehr
als 0,1 ml/g auf, besonders bevorzugt ein Porenvolumen von mehr
als 0,2 ml/g. Das Porenvolumen wird als kumulatives Porenvolumen nach
BJH (
Als aluminiumoxidhaltige Komponente werden bevorzugt Aluminiumoxide, Aluminiumhydroxide, Boehmit oder Alumosilikate verwendet. Diese Verbindungen können in reiner Form oder auch in Form von Mischungen der genannten Verbindungen verwendet werden. Als Aluminiumoxid kann sowohl α-, γ- als auch ε-Al2O3 verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform werden als anorganisches Adsorptionsmittel Aluminiumoxide eingesetzt, wobei γ-Al2O3 weiter bevorzugt ist. Die Aluminiumoxide können in reiner Form verwendet werden oder als Mischung aus zwei oder drei der genannten Phasen. Es können Aluminiumhydroxide unterschiedlicher Zusammensetzung verwendet werden, welche auch einen unterschiedlichen Grad an Dehydratisierung bzw. Polymerisation aufweisen können. Bei Boehmit handelt es sich um AlOOH.As the alumina-containing component, aluminum oxides, aluminum hydroxides, boehmite or aluminosilicates are preferably used. These compounds can be used in pure form or else in the form of mixtures of the compounds mentioned. As alumina, both α-, γ- and ε-Al 2 O 3 can be used. According to one embodiment, aluminum oxides are used as the inorganic adsorbent, with γ-Al 2 O 3 being more preferred. The aluminas can be used in pure form or as a mixture of two or three of said phases. It is possible to use aluminum hydroxides of different composition, which may also have a different degree of dehydration or polymerization. Boehmite is AlOOH.
Aluminiumoxide und deren Hydrate können beispielsweise hergestellt werden, indem basische Aluminatlösungen durch Zugabe von Säure neutralisiert werden. Die Fällung der Aluminiumhydroxide bzw. deren Hydrate kann durch die Zugabe von Kristallisationskeimen unterstützt werden. Es ist auch möglich, hydratisierte Aluminiumhydroxide aus sauren Lösungen von Aluminiumsalzen durch Zugabe von Basen oder durch Kombination von basischen Lösungen von Aluminaten mit sauren Lösungen von Aluminiumsalzen auszufällen. Die von der wässrigen Phase abgetrennten hydratisierten Aluminiumoxide können dann durch Glühen in Aluminiumoxide umgewandelt werden.aluminas and their hydrates can be prepared, for example, by adding basic aluminate solutions by adding acid be neutralized. The precipitation of aluminum hydroxides or their hydrates can by the addition of crystallization nuclei get supported. It is also possible hydrated Aluminum hydroxides from acidic solutions of aluminum salts by adding bases or by combining basic solutions of aluminates with acidic solutions of aluminum salts precipitate. The separated from the aqueous phase hydrated aluminas can then be removed by annealing be converted into aluminum oxides.
Ein
geeignetes Verfahren zur Herstellung hydratisierter Aluminiumoxide
ist beispielsweise in der
Die Aluminiumoxide und deren Hydrate können auch über einen Sol-Gel Prozess hergestellt werden. Dazu können beispielsweise Aluminiumalkoxide hydrolisiert werden. Die Hydrolyse kann allgemein in einem Temperaturbereich von 30 bis 150°C durchgeführt werden. Das feste Aluminiumoxidhydrat wird von der wässrigen Alkoholphase abgetrennt. Die erhaltenen Kristalle können beispielsweise noch unter hydrothermalen Bedingungen gealtert werden.The Aluminum oxides and their hydrates can also over be prepared a sol-gel process. This can, for example Aluminum alkoxides are hydrolyzed. The hydrolysis can be general performed in a temperature range of 30 to 150 ° C. become. The solid alumina hydrate is separated from the aqueous Alcohol phase separated. The resulting crystals can for example, be aged under hydrothermal conditions.
Ein
geeignetes Verfahren ist beispielsweise in der
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die aluminiumoxidhaltige Komponente ein synthetisches Alumosilikat.According to one Another preferred embodiment is the alumina-containing Component a synthetic aluminosilicate.
Die Alumosilikate weisen bevorzugt einen Siliziumgehalt, berechnet als SiO2, von weniger als 60 Gew.-%, bevorzugt weniger als 55 Gew.-%, weiter bevorzugt weniger als 50 Gew.-% auf. Gemäß einer Ausführungsform beträgt der Siliziumgehalt des Alumosilikats, berechnet als SiO2, mehr als 0,5 Gew.-%, gemäß einer weiteren Ausführungsform mehr als 0,75 Gew.-%.The aluminosilicates preferably have a silicon content, calculated as SiO 2 , of less than 60% by weight, preferably less than 55% by weight, more preferably less than 50% by weight. According to one embodiment, the silicon content of the aluminosilicate, calculated as SiO 2 , is more than 0.5% by weight, according to a further embodiment more than 0.75% by weight.
Alumosilikate
lassen sich beispielsweise herstellen, indem organische Aluminiumverbindungen
unter sauren Bedingungen hydrolisiert und dann gemeinsam mit Kieselsäure
oder Kieselsäureverbindungen unter hydrothermalen Bedingungen
gealtert werden. Geeignete Aluminiumverbindungen sind beispielsweise
Aluminiumalkoholate, Aluminiumhydroxyalkoholate, Aluminiumacetylacetonate,
Aluminiumalkylchloride oder auch Aluminiumcarboxylate. Ein geeignetes
Verfahren ist beispielsweise in der
Um
besonders reine Alumosilikate zu erhalten, können an Stelle
von Kieselsäure auch hydrolisierbare Organosiliziumverbindungen
verwendet werden, wobei die Hydrolyse der Organosiliziumverbindungen
und der hydrolisierbaren Aluminiumverbindungen gemeinsam durchgeführt
wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der
Besonders bevorzugt werden Alumosilikate verwendet, die lediglich SiO2 und Al2O3 als Bestandteile enthalten. Der Anteil weiterer Metalle, berechnet als stabilstes Oxid, wird bevorzugt geringer als 1 Gew.-% gewählt.Particular preference is given to using aluminosilicates which contain only SiO 2 and Al 2 O 3 as constituents. The proportion of other metals, calculated as the most stable oxide, is preferably chosen to be less than 1% by weight.
Das anorganische Adsorptionsmittel kann beispielsweise in Form eines Pulvers bereitgestellt werden. Die Partikelgröße des Pulvers wird allgemein so eingestellt, dass sich das anorganische Adsorptionsmittel ohne Schwierigkeit mit einem geeigneten Verfahren, wie beispielsweise Filtration, innerhalb einer geeigneten Zeitspanne vom Reaktionsansatz abtrennen lässt.The inorganic adsorbent can be in the form of a Powder be provided. The particle size of the powder is generally adjusted so that the inorganic Adsorbents without difficulty with a suitable method, such as filtration, within a suitable period of time can be separated from the reaction mixture.
Insbesondere für eine Anwendung des anorganischen Adsorptionsmittels in Form einer Säulenpackung sind jedoch auch höhere Korngrößen geeignet. Hierzu wird das anorganische Adsorptionsmittel bevorzugt in Form eines Granulats eingesetzt. Insbesondere für die Herstellung von Säulenpackungen wird bevorzugt ein Granulat verwendet, welches eine Korngröße von mehr als 0,1 mm aufweist. Bevorzugt weist das Granulat eine Korngröße im Bereich von 0,2 bis 5 mm, insbesondere bevorzugt 0,3 bis 2 mm auf. Die Korngröße lässt sich beispielsweise durch Sieben einstellen.Especially for an application of the inorganic adsorbent but in the form of a column packing are also higher Grain sizes suitable. For this purpose, the inorganic adsorbent preferably used in the form of granules. Especially for the preparation of column packs is preferred Granules used, which has a particle size of more than 0.1 mm. The granules preferably have a particle size in the range of 0.2 to 5 mm, particularly preferably 0.3 to 2 mm on. The grain size can be, for example set by sieving.
Das Granulat kann nach üblichen Verfahren hergestellt werden, indem beispielsweise das fein gemahlene anorganische Adsorptionsmittel mit einem Granuliermittel, beispielsweise Wasser, beaufschlagt und dann in einer üblichen Granuliervorrichtung in einer mechanisch erzeugten Wirbelschicht granuliert wird. Es können jedoch auch andere Verfahren eingesetzt werden, um das Granulat herzustellen. So kann das pulverförmige anorganische Adsorptionsmittel beispielsweise durch Kompaktierung zu einem Granulat geformt werden.The Granules can be prepared by conventional methods, by, for example, the finely ground inorganic adsorbent with a granulating agent, such as water, applied and then in a conventional granulating in a mechanical produced fluidized bed is granulated. It can, however Other methods are used to produce the granules. Thus, the powdery inorganic adsorbent be formed for example by compaction to a granulate.
Das anorganische Adsorptionsmittel kann auch als Formkörper bereitgestellt werden, die beispielsweise durch Extrusion einer plastischen Masse erhalten werden können. Hierzu wird aus der aluminiumoxidhaltigen Komponente und ggf. weiteren Komponenten, wie beispielsweise einem Bindemittel, durch Zusatz einer Flüssigkeit, bevorzugt Wasser, eine Paste hergestellt. Diese Paste wird dann extrudiert und das Extrudat zerkleinert, beispielsweise indem der extrudierte Strang in kurze zylinderförmige Stücke geschnitten wird, und dann die erhaltenen Formkörper getrocknet. Neben massiven Zylindern können auf diese Weise z. B. auch Hohlzylinder hergestellt werden.The Inorganic adsorbents can also be used as shaped bodies be prepared, for example, by extrusion of a plastic mass can be obtained. This will be off the alumina-containing component and optionally further components, such as a binder, by adding a liquid, preferably water, a paste made. This paste is then extruded and crushed the extrudate, for example by the extruded strand into short cylindrical pieces is cut, and then dried, the obtained shaped bodies. In addition to massive cylinders z. B. also hollow cylinder getting produced.
Nach der Formgebung können das Granulat bzw. die Formkörper noch wärmebehandelt werden und beispielsweise durch Erhitzen gesintert werden. Dadurch kann die Stabilität des Granulats bzw. der Formkörper erhöht werden. Für die Wärmebehandlung werden die Formkörper bzw. das Granulat bevorzugt auf eine Temperatur von mehr als 300°C, gemäß einer weiteren Ausführungsform auf eine Temperatur von mehr als 400°C, und gemäß noch einer weiteren Ausführungsform auf eine Temperatur von mehr als 500°C erhitzt. Gemäß einer Ausführungsform wird die Temperatur geringer als 1200°C, gemäß einer weiteren Temperatur geringer als 1000°C gewählt.To The shaping can be the granules or the shaped bodies are still heat treated and, for example, by heating be sintered. As a result, the stability of the granules or the molded body can be increased. For the Heat treatment, the moldings or the Granules preferably at a temperature of more than 300 ° C, according to a further embodiment to a temperature of more than 400 ° C, and according to still a further embodiment to a temperature of heated more than 500 ° C. According to one embodiment the temperature is lower than 1200 ° C, according to a further temperature less than 1000 ° C chosen.
Um stabile Formkörper zu erhalten, wird die Wärmebehandlung bevorzugt für eine Dauer von zumindest 30 Minuten, gemäß einer weiteren Ausführungsform für eine Dauer von zumindest 60 Minuten gewählt. Gemäß einer Ausführungsform wird die Behandlungsdauer geringer als 5 Stunden gewählt.Around To obtain stable shaped bodies, is the heat treatment preferably for a period of at least 30 minutes, according to a another embodiment for a period of at least 60 minutes. According to one embodiment the duration of treatment is chosen to be less than 5 hours.
Wie bereits erläutert, kann das anorganische Adsorptionsmittel direkt zum Reaktionsansatz gegeben werden, wobei dieser gemäß einer Ausführungsform bewegt, beispielsweise geschüttelt wird.As already explained, the inorganic adsorbent be added directly to the reaction mixture, this according to a Embodiment moves, such as shaken becomes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das anorganische Adsorptionsmittel in Form einer Säulenpackung bereitgestellt. Der Reaktionsansatz kann dann durch die Säulenpackung geleitet werden. Das an der zweiten Verbindung abgereicherte Lösungsmittel kann dann gemäß einer Ausführungsform wieder in den Reaktionsansatz zurückgeleitet werden.According to one Another embodiment is the inorganic adsorbent provided in the form of a column packing. The reaction mixture can then be passed through the column packing. The solvent depleted in the second compound can then according to one embodiment again be returned to the reaction mixture.
Die Säulenpackung kann beispielsweise in Form einer Kartusche bereitgestellt werden. Bei der praktischen Durchführung kann der Reaktionsansatz bzw. das Lösungsmittel, von welchem zuvor das Enzym abgetrennt wurde, dann so lange durch die Kartusche geleitet werden, bis die Adsorptionskapazität des in der Kartusche enthaltenen anorganischen Adsorptionsmittels erschöpft ist. Die Kartusche kann dann einfach gegen eine neue Kartusche ausgetauscht werden. Die in der Kartusche am anorganischen Adsorptionsmittel adsorbierte zweite Verbindung kann dann mit einem geeigneten Elutionsmittel eluiert werden.The Column packing, for example, in the form of a cartridge to be provided. In the practical implementation can the reaction mixture or the solvent, of which before the enzyme was separated, then through the cartridge be passed until the adsorption capacity of the cartridge exhausted contained inorganic adsorbent is. The cartridge can then easily replaced with a new cartridge become. The in the cartridge on the inorganic adsorbent adsorbed second compound can then be treated with a suitable eluent be eluted.
Wird das anorganische Adsorptionsmittel in Form einer Säulenpackung vorgesehen, wird das anorganische Adsorptionsmittel in Form größerer Körner bereitgestellt, um einen übermäßigen Druckabfall über die Säulenpackung hinweg zu verhindern.Becomes the inorganic adsorbent in the form of a column packing provided, the inorganic adsorbent in the form of larger Grains provided to an excessive Prevent pressure drop across the column packing.
Bei dieser Ausführungsform wird daher das anorganische Adsorptionsmittel bevorzugt in Form eines Granulats verwendet, welches einen Partikeldurchmesser von mehr als 0,1 mm, insbesondere bevorzugt einen Partikeldurchmesser im Bereich von 0,2 bis 5 mm aufweist.at This embodiment therefore becomes the inorganic adsorbent preferably used in the form of granules having a particle diameter of more than 0.1 mm, particularly preferably a particle diameter in the range of 0.2 to 5 mm.
Es kann auch vorteilhaft sein, das anorganische Adsorptionsmittel auf eine höhere Temperatur zu erhitzen, um physikalisch gebundenes Wasser zu entfernen. Dazu kann gemäß einer Ausführungsform das anorganische Adsorptionsmittel auf eine Temperatur von mehr als 600°C erhitzt werden. Gemäß einer Ausführungsform wird die Temperatur geringer als 1000°C gewählt. Durch eine solche Behandlung kann beispielsweise bei Boehmit zunächst das oberflächlich gebundene Wasser entfernt werden und das Hydrat in eine Oxidphase überführt werden.It may also be advantageous to the inorganic adsorbent to heat a higher temperature to physically bound To remove water. For this purpose, according to one embodiment the inorganic adsorbent at a temperature of more be heated as 600 ° C. According to one Embodiment, the temperature is less than 1000 ° C. selected. By such treatment, for example in the case of boehmite, the superficially bound first Water are removed and the hydrate converted into an oxide phase become.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Beispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügte Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen dabei im Einzelnen:The The invention will be further described by way of examples and by reference explained in more detail on the accompanying figures. The figures show in detail:
Um
das auf dem in der Absorberkartusche
Bestimmung physikalischer ParameterDetermination of physical parameter
Die physikalischen Eigenschaften des anorganischen Adsorptionsmittels wurden mit den folgenden Verfahren bestimmt:The physical properties of the inorganic adsorbent were determined by the following methods:
BET-Oberfläche/Porenvolumen nach BJH und BET:BET surface area / pore volume after BJH and BET:
Die Oberfläche und das Porenvolumen wurden mit einem vollautomatischen Stickstoffporosimeter der Firma Micromeritics Typ ASAP 2010 bestimmt.The Surface and pore volume were combined with a fully automatic Nitrogen porosimeter Micromeritics type ASAP 2010 determined.
Die Probe wird im Hochvakuum auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff abgekühlt. Anschließend wird kontinuierlich Stickstoff in die Probenkammern dosiert. Durch die Erfassung der adsorbierten Gasmenge als Funktion des Druckes wird bei konstanter Temperatur eine Adsorptionsisotherme ermittelt. In einem Druckausgleich wird das Analysengas schrittweise entfernt und eine Desorptionsisotherme aufgenommen.The sample is cooled in a high vacuum to the temperature of liquid nitrogen. Subsequently, nitrogen is continuously metered into the sample chambers. By recording the adsorbed amount of gas as a function of pressure, an adsorption isotherm is determined at constant temperature. In a pressure equalization, the analysis gas is gradually removed and a desorption isotherm is recorded.
Zur
Ermittlung der spezifischen Oberfläche und der Porosität
nach der BET-Theorie werden die Daten gemäß
Das
Porenvolumen wird ferner aus den Messdaten unter Anwendung der BJH-Methode
ermittelt (
Wassergehalt:Water content:
Der
Wassergehalt der Produkte bei 105°C wird unter Verwendung
der Methode
Glühverlust:Loss on ignition:
In einem geglühten gewogenen Porzellantiegel mit Deckel wird ca. 1 g getrocknete Probe auf 0,1 mg genau eingewogen und 2 h lang bei 1000°C im Muffelofen geglüht. Danach wird der Tiegel im Exsikkator abgekühlt und ausgewogen.In a annealed weighed porcelain crucible with lid will Approximately 1 g of dried sample weighed to the nearest 0.1 mg and for 2 h annealed at 1000 ° C in a muffle furnace. After that will the crucible in the desiccator cooled and balanced.
Bestimmung des SchüttgewichtsDetermination of bulk density
Ein bei der 1000 ml Markierung abgeschnittener Messzylinder wird gewogen. Dann wird die zu untersuchende Probe mittels eines Pulvertrichters so in einem Zug in den Messzylinder eingefüllt, dass sich oberhalb des Abschlusses des Messzylinders ein Schüttkegel ausbildet. Der Schüttkegel wird mit Hilfe eines Lineals, das über die Öffnung des Messzylinders geführt wird, abgestreift und der gefüllte Messzylinder erneut gewogen. Die Differenz entspricht dem Schüttgewicht.One at the 1000 ml mark truncated graduated cylinder is weighed. Then the sample to be examined is determined by means of a powder funnel so filled in the measuring cylinder in a train that above the completion of the measuring cylinder a cone of material formed. The pour cone is made with the help of a ruler, that passed over the opening of the measuring cylinder is stripped off and the filled measuring cylinder again weighed. The difference corresponds to the bulk density.
Verwendete anorganische Adsorbermaterialien:Used inorganic adsorbent materials:
In
den folgenden Beispielen wurde eine Reihe synthetischer Aluminiumoxidverbindungen
eingesetzt. Als eine erste Gruppe wurden kommerziell erhältliche
Alumosilicate getestet, die unter den Bezeichnungen Siral® 5, Siral® 30,
Siral® 40 erhältlich sind.
Ferner wurde ein Boehmit getestet, welcher unter der Bezeichnung Pural® SCC 150 vertrieben wird. Als weiteres
Adsorptionsmittel wurden Aluminiumoxide verwendet, welche unter
der Bezeichnung Puralox® angeboten
werden. Diese Adsorbentien wurden von der Sasol Germany GmbH, Ankelmannsplatz
1, 20537 Hamburg, DE, bezogen. Schließlich wurden auch
Aluminiumoxide eingesetzt, wie sie üblicherweise für
chromatographische Trennverfahren benutzt werden (Hersteller Macherey-Nagel,
Düren, DE). Als Vergleichsmaterial wurde ein handelsübliches
Kieselgel zur Säulenchromatographie getestet, welches über
Sigma-Aaldrich bezogen wurde. Kieselgel Merck Typ 9385, 230–400
mesh, 60 Å Porendurchmesser, EC:231-545-4.In the following examples, a number of synthetic alumina compounds were used. As a first group of commercially available aluminosilicates were tested, which are available under the
Für
die untersuchten anorganischen Adsorbermaterialien werden im Weiteren
die folgenden Bezeichnungen verwendet: Tabelle 1: Verwendete Adsorbermaterialien
Die Eigenschaften der Adsorbentien sind in Tabelle 2 zusammengefasst.The Properties of the adsorbents are summarized in Table 2.
Beispiel 1: Adsorption von 2,5-Hexandion und 2,5-Hexandiol an anorganischen Adsorptionsmitteln bei Verwendung verschiedener LösungsmittelExample 1: Adsorption of 2,5-hexanedione and 2,5-hexanediol on inorganic adsorbents when used different solvents
Es
wurde die Adsorption eines Gemisches von 2,5-Hexandion und 2,5-Hexandiol,
das jeweils in verschiedenen Lösungsmitteln gelöst
worden war, an das Adsorbens 3 sowie an das Adsorbens 5 untersucht.It
was the adsorption of a mixture of 2,5-hexanedione and 2,5-hexanediol,
each solved in different solvents
was examined on the
Es wurden folgende Lösungsmittel getestet:
- a) destilliertes Wasser
- b)
Gemisch aus 18% vv–1 2-Propanol und KPI-Puffer 100 mM, 7,0pH - c) Ethylacetat
- d) Toluol
- a) distilled water
- b) Mixture of 18% vv -1 2-propanol and KP I buffer 100 mM, pH 7.0
- c) ethyl acetate
- d) toluene
Allgemeine Arbeitsvorschrift:General procedure:
Aus
den zu untersuchenden Lösungsmitteln wurde jeweils eine
Lösung hergestellt, die eine Konzentration von 50 mM 2,5-Hexandion
bzw. 50 mM 2,5-Hexandiol aufwies.Out
The solvents to be examined in each case one
Solution prepared containing a concentration of 50
Jeweils 15 ml der Lösung wurden bei Raumtemperatur (20°C) mit einer definierten Menge des Adsorbens versetzt. Die Zugabe des Adsorbens erfolgte entweder einmalig oder in mehreren Portionen in einem bestimmten zeitlichen Abstand. Nach Zugabe des Adsorbens wurde die Suspension bei 150 rpm auf einem Rotationsschüttler bei Raumtemperatur inkubiert. Nach Ablauf einer bestimmten Zeit wurde eine Probe entnommen, das Adsorbens durch Zentrifugation abgetrennt und der Überstand analytisch mittels Gaschromatographie oder im Spektrophotometer bei 340 nm (bei Untersuchung des Cofaktors NADH) vermessen. Bei der Messung im Gaschromatographen betrug die Probenmenge 70–100 μL.Each 15 ml of the solution were at room temperature (20 ° C) offset with a defined amount of the adsorbent. The addition of the Adsorbent was either once or in several portions at a certain time interval. After addition of the adsorbent The suspension was stirred at 150 rpm on a rotary shaker incubated at room temperature. After a certain time has elapsed a sample was taken, the adsorbent separated by centrifugation and the supernatant analytically by gas chromatography or in the spectrophotometer at 340 nm (on examination of the cofactor NADH). When measured in the gas chromatograph was the Sample amount 70-100 μL.
Die jeweils verwendeten Versuchsbedingungen und die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen angegeben.The respectively used experimental conditions and the results are in the following tables.
a) Adsorption aus Wassera) Adsorption from water
Die
Untersuchung wurde nach der oben angegebenen allgemeinen Vorschrift
durchgeführt. Es wurde eine Lösung verwendet,
die 50 mMol 2,5-Hexandiol, jedoch kein 2,5-Hexandion enthielt. Zu
Beginn des Experiments wurden einmalig 3,0 g Adsorbens zugegeben.
Nach der Probennahme wurde die Reaktionsmischung weiter bei Raumtemperatur
inkubiert. Die gemessenen Konzentrationen sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Tabelle 3: im Überstand gemessene
Konzentrationen bei Adsorption von 2,5-Hexandiol aus Wasser
b) Adsorption aus KPi-Puffer/Isopropanolb) Adsorption from KP i buffer / isopropanol
Die
Untersuchung wurde nach der oben wiedergegebenen allgemeinen Vorschrift
durchgeführt. Es wurde eine Lösung verwendet,
die 50 mMol 2,5-Hexandiol, jedoch kein 2,4-Hexandion enthielt. Zu
Beginn des Experiments wurden 3,0 g Adsorbens zugegeben. Nach 20
h wurden weitere 0,5 g Adsorbens zugegeben. Die Ergebnisse sind
in Tabelle 4 zusammengefasst. Tabelle 4: Adsorption von 2,5-Hexandiol
aus KPi-Puffer/Isopropanol
Auch aus einem Kpi-Puffer erfolgt keine signifikante Adsorption des 2,5-Hexandiols an die untersuchten Adsorbentien.Also from a Kp i buffer, no significant adsorption of 2,5-hexanediol to the adsorbents investigated.
c) Adsorption aus Ethylacetatc) Adsorption from ethyl acetate
Die
Untersuchung wurde entsprechend der oben angegebenen allgemeinen
Vorschrift durchgeführt. In einer ersten Versuchsreihe
wurde eine Stammlösung mit 51,45 mM 2,5-Hexandion und 48,65
mM 2,5-Hexandiol, in einer zweiten Versuchsreihe mit 50,68 mM 2,5-Hexandion
und 53,85 mM 2,5-Hexandiol verwendet. Zu Beginn des Experiments
wurden 0,5 g Adsorbens zur Lösung gegeben. Im Abstand von
30 Minuten wurden jeweils weitere 0,5 g des Adsorbens zugegeben.The
Examination was carried out according to the above general
Regulation carried out. In a first series of experiments
became a stock solution with 51.45
Die
ermittelten Konzentrationen sind in den Tabellen 5a und 5b wiedergegeben. Tabelle 5a: Adsorption von 2,5-Hexandiol/2,5-Hexandion
aus Ethylacetat; 51,45 mM 2,5-Hexandion und 48,65 mM 2,5-Hexandiol
Im Gegensatz zum wässrigen oder wässrig/organischen Medium, wurde bei Verwendung von Ethylacetat als Lösungsmittel das Diol bevorzugt adsorbiert. Dies kann sowohl für Boehmit, Boehmit SiO2-Mischphasen, γ-Al2O3, als auch für die amorphen Al-Oxide gezeigt werden.In contrast to the aqueous or aqueous / organic medium, when using ethyl acetate as the solvent, the diol was preferably adsorbed. This can be shown for both boehmite, boehmite SiO 2 mixed phases, γ-Al 2 O 3 , as well as for the amorphous Al-oxides.
Exemplarisch
sind die Adsorptionskapazitäten für zwei der Träger
unter den angeführten Versuchsbedingungen graphisch in
den
Beispiel 2: Einsatz des Adsorbens 5 in
einer ChromatographiesäuleExample 2: Use of the
2,5-Hexandion
und 2,5-Hexandiol in einer Konzentration von 50 mM, wurden in Ethylacetat
gelöst und auf eine mit 4,1 g Adsorbens 5 gepackte und
mit Ethylacetat äquilibrierte Säule (Länge
24 cm, Durchmesser: 0,7 cm) gegeben. Die Mischung wurde anschließend
mit Ethylacetat als Laufmittel eluiert. Das 2,5-Hexandion wurde
zuerst von der Säule eluiert und dadurch vollständig
vom 2,5-Hexandiol abgetrennt. Das Chromatogramm mit dem Elutionspeak
für 2,5-Hexandion ist in
Beispiel 3: Adsorptionstests aus ToluolExample 3: Adsorption tests from toluene
Es
wurde eine Lösung von 50 mM 2,5-Hexandiol in Toluol hergestellt
und zu 15 ml dieser Lösung 0,5 g des zu untersuchendes
Adsorbens gegeben. Anschließend wurde die Suspension bei
150 rpm auf dem Rotationsschüttler bei Raumtemperatur inkubiert.
Nach 30 Minuten wurde das Adsorbens durch Zentrifugation bei 4°C
während 5 Minuten abgetrennt. Vom klaren Überstand
wurden 100 μL in ein Probenglas überführt.
Der restliche Überstand wurde auf 0,5 g frisches Adsorbens
gegeben und bei den oben angegebenen Bedingungen für weitere
30 Minuten inkubiert. Das Adsorbens wurde erneut durch Zentrifugation
abgetrennt und der Überstand gaschromatographisch vermessen.
Im weiteren Verlauf des Experiments wurden alle 30 Minuten weitere
0,5 g des Adsorbens zugegeben und die Suspension für weitere
30 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert. Dieser Vorgang wurde noch
zwei weitere Male wiederholt, wobei vor der Zugabe des Adsorbens
jeweils die Konzentration an 2,5-Hexandiol im Überstand
in der oben beschriebenen Weise bestimmt wurde. Die Versuchsdaten
sowie die ermittelten Konzentrationen sind in Tabelle 6 wiedergegeben.
Die Abnahme der Konzentration an 2,5-Hexandiol im Überstand
ist ferner in
Mit mehreren der Adsorbentien konnte bei einem Einsatz von 2,0 g die Konzentration an 2,5-Hexandiol im Überstand von 50,00 mM auf bis zu 10,21 mM verringert werden.With several of the adsorbents could be used at a rate of 2.0 g Concentration of 2,5-hexanediol in the supernatant of 50.00 mM be reduced to 10.21 mM.
Beispiel 4: Adsorption des Cofaktors NADHExample 4: Adsorption of the Cofactor NADH
Um die Eignung der Adsorbentien für einen enzymatischen Prozess für eine Umsetzung von Ketonen zu chiralen Alkoholen unter Einsatz des Enzyms ADH-'A' aus Rhodococcus ruber DSM 44541 zu testen, wurde die Adsorption des in diesem System verwendeten Cofaktors NADH untersucht.Around the suitability of the adsorbents for an enzymatic process for a conversion of ketones to chiral alcohols below Use of the enzyme ADH-'A 'from Rhodococcus ruber DSM 44541 to test was the adsorption of the cofactor used in this system NADH examined.
Um
den Einfluss der Adsorbentien auf den pH-Wert der Lösungen
zu untersuchen, wurden zunächst 3 g Adsorbens 3 bzw. 1,5
g Adsorbens 5 zu jeweils 15 ml Kaliumphosphatpuffer (100 mM) oder
destilliertem Wasser gegeben. Die Suspensionen wurden bei Raumtemperatur
bei 150 rpm für 60 Minuten auf einem Reaktionsschüttler
bewegt. Das Adsorbens wurde durch Zentrifugation abgetrennt und
der pH-Wert des klaren Überstands mit einer Glaselektrode
bestimmt. Anschließend wurde das Adsorbens in frischem
Suspensionsmittel aufgeschlämmt und erneut bei den oben
angegebenen Bedingungen für 60 Minuten inkubiert. Dieser
Ablauf wurde mehrfach wiederholt. Die bei einer Behandlung mit Wasser
ermittelten Werte sind in Tabelle 7 und die bei einer Behandlung
mit Kaliumphosphatpuffer ermittelten Werte in Tabelle 8 angegeben. Tabelle 7: Änderung des pH Werts
durch Spülen der Adsorbentien mit destilliertem Wasser
Die
ermittelten pH-Werte sind exemplarisch für die Adsorbentien
3 und 5 in
Für
die Messung der Adsorption von NADH an das Adsorbens 3 bzw. das
Adsorbens 5 wurden jeweils 20 mL des in Tabelle 9 angegebenen Reaktionsgemisches
zu 4 g Adsorbens gegeben und die Suspension bei 150 rpm auf einem
Rotationsschüttler bei Raumtemperatur inkubiert. In regelmäßigen
Abständen wurden Proben genommen, die Träger durch
Zentrifugation abgetrennt und der Überstand photometrisch
bei 340 nm vermessen. Die ermittelten Konzentrationen sind graphisch
in den
Wie
die in den
Beispiel 5: Durchführung einer enzymatisch katalysierten Reduktion von 2,5-Hexandion in Gegenwart von AdsorbentienExample 5: Execution of a enzymatically catalyzed reduction of 2,5-hexanedione in the presence of adsorbents
Zur
Untersuchung des Einflusses von Adsorbentien auf die enzymatische
Reduktion von 2,5 Hexandion wurde eine geträgerte Alkoholdehydrogenase
ADH-'A' verwendet, wobei als Träger für das Enzym
poröse Glaspartikel Trisoperl® (VitraBio,
Steinach, D) eingesetzt wurden. Die Durchführung der Immobilisierung
der ADH-'A' auf den Glaspartikeln ist beschrieben in
Der Cofaktor wurde als Stammlösung eingesetzt, dafür wurden 14,2 mg NADH in 200 μL KPi-Puffer gelöst. Das Reaktionsmedium (Toluol) wurde mit KPi-Puffer gesättigt, dafür wurden 30 mL Toluol mit 10 mL KPi-Puffer (100 mM, pH 7,0) gemischt, die Toluolphase abgenommen und im Versuch eingesetzt.The cofactor was used as the stock solution, but 14.2 mg NADH were dissolved in 200 μL KPi buffer. The reaction medium (toluene) was saturated with KP i buffer, for 30 ml of toluene with 10 mL of KP i buffer (100 mM, pH 7.0) were mixed, and the toluene removed and used in the experiment.
Zunächst wurde das geträgerte Enzym mit 100 μL NADH Stammlösung gemischt. Als nächstes wurden 8,8 mL Toluol (gesättigt mit Puffer) und 1 mL 2-Propanol (10% vv–1) zugegeben. Die Reaktion wurde durch Zugabe von 97 μL Hexandion (80 mM) gestartet. Die Probe wurde bei 30°C und 150 rpm auf dem Rotationsschüttler inkubiert.First, the supported enzyme was mixed with 100 μL NADH stock solution. Next, 8.8 mL of toluene (saturated with buffer) and 1 mL of 2-propanol (10% vv- 1 ) were added. The reaction was started by adding 97 μL hexanedione (80 mM). The sample was incubated at 30 ° C and 150 rpm on the rotary shaker.
Für die Bestimmung der Konzentration an 2,5-Hexandion und 2,5-Hexandiol wurden der Reaktionsmischung in bestimmten zeitlichen Abständen jeweils 50 μL Probe genommen. Die Probe wurde mit 50 μL Toluol verdünnt und gaschromatographisch vermessen.For the determination of the concentration of 2,5-hexanedione and 2,5-hexanediol were the reaction mixture at certain intervals each 50 μL sample taken. The sample was filled with 50 μL Toluene diluted and measured by gas chromatography.
In
einer ersten Versuchsreihe wurde der Umsatz der Reaktion ohne Zusatz
von Adsorbens untersucht. Unter diesen Bedingungen war das Enzym
intakt und die Konzentration an 2,5-Hexandion nahm mit zunehmender
Reaktionszeit ab, während sich 2,5-Hexandiol bildete. Die
Konzentration an 2,5-Hexandion bzw. 2,5-Hexandiol ist in
In
einer zweiten Reaktionsreihe wurde der Versuch wiederholt, wobei
jedoch zusätzlich 3 g Adsorbens 5 zugegeben wurden. Die
Abnahme der Diketon-Konzentration im Überstand mit der
Zeit zeigt auch hier eine funktionierende enzymatische Umsetzung
an, die Konzentration von 2,5-Hexandiol im Überstand war
geringer. Es kann davon ausgegangen werden, dass das enzymatische
Produkt an dem Adsorbens 5 gebunden ist. Die Konzentration an 2,5-Hexandion
bzw. 2,5-Hexandiol ist in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Reaktorreactor
- 22
- Reaktionsmischungreaction
- 33
- Rührerstirrer
- 44
- Abflussoutflow
- 55
- Separatorseparator
- 66
- Membranmembrane
- 77
- Rückleitungreturn
- 88th
- Zuleitungsupply
- 99
- Adsorberkartuscheadsorption
- 1010
- Rückleitungreturn
- 1111
- Zulauf ElutionsmittelIntake eluent
- 1212
- Ablauf Elutionsmittelprocedure eluent
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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