EP2451761A2 - Verfahren zur auftrennung von alkohol-keton-gemischen - Google Patents

Verfahren zur auftrennung von alkohol-keton-gemischen

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EP2451761A2
EP2451761A2 EP10731478A EP10731478A EP2451761A2 EP 2451761 A2 EP2451761 A2 EP 2451761A2 EP 10731478 A EP10731478 A EP 10731478A EP 10731478 A EP10731478 A EP 10731478A EP 2451761 A2 EP2451761 A2 EP 2451761A2
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EP
European Patent Office
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adsorbent
compound
inorganic
mixture
reduction
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10731478A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Kirstin Suck
Ulrich Sohling
Friedrich Ruf
Andreas Liese
Katja Goldberg
Paul Bubenheim
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Clariant Produkte Deutschland GmbH
Original Assignee
Sued Chemie AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/18—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic polyhydric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/26—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
    • B01D15/265—Adsorption chromatography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
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    • B01J20/08—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04 comprising aluminium oxide or hydroxide; comprising bauxite
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
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    • B01J20/28069—Pore volume, e.g. total pore volume, mesopore volume, micropore volume
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00—Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/74—Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation
    • C07C29/76—Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation by physical treatment

Definitions

  • 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 having a hydroxy group which has arisen by reduction of the keto group from the first compound.
  • Chiral hydroxy compounds are valuable building blocks for the preparation of pharmaceutically active compounds. Chiral compounds are usually difficult to prepare enantiomerically pure by classical chemical methods. If, in a synthesis step, both enantiomers are formed, they must subsequently be subjected to complex separation processes
  • Suitable enzymes are oxidoreductases, hydrolases and lyases.
  • Redox reactions that is reactions in which electrons are transferred to or from the substrate.
  • Oxireduktases include, among others, the alcohol dehydrogenases (ADH), which are also referred to as carbonyl reductases (CR). Alcohol dehydrogenases, for example, catalyze the reduction of prochiral ketones to chiral alcohols.
  • ADH alcohol dehydrogenases
  • CR carbonyl reductases
  • a co-substrate is a compound which is oxidized enzymatically as a reducing agent, the released electrons being transferred to NAD or NADP, which are thereby regenerated to NADH or NADPH.
  • the enzymes can also be recovered so that they can be used in a further reaction.
  • EP 1 568 780 Bl a method for the
  • keto compound is first in an aqueous reaction medium, which in addition to water
  • Reducing agent alcohol dehydrogenase and coenzyme, reduced to a secondary alcohol.
  • the reaction is carried out under reduced pressure, so that volatile
  • Components can be removed from the reaction system.
  • the aqueous phase is then extracted with a water-immiscible organic solvent such that the secondary alcohol formed transitions from the aqueous phase to the organic phase.
  • the organic phase becomes
  • Enzymatic reactions are equilibrium reactions, that is, they occur during the course of the reaction
  • thermodynamic equilibrium 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 deactivation or reduction of the synthesis activity, it is possible to remove the product in situ from the reaction mixture, so that the equilibrium is shifted to the side of the product. This can be done for example by a gaseous
  • Alcohol is used for the synthesis of a product which is under great cost pressure, for example products for the agricultural industry or intermediates in the chemical industry. Furthermore, the resin used on the
  • Reaction mixture is achieved.
  • Another way to reduce the cost of an enzymatically catalyzed reaction is to bind the enzyme to an adsorbent, which can be separated from the reaction mixture after the end of a reaction and used in a further approach.
  • DE 10 2006 010 994 Al a method for enzymatic
  • Oxireduktase is associated and which is separated from the reaction mixture after the end of the reaction.
  • Examples is used as an adsorbent for the enzyme diatomaceous earth (Celite ®). After filtration of the reaction mixture, the filter cake can be placed in a further batch and used there again for the catalysis of a reduction of a ketone to an optically active alcohol.
  • Celite ® diatomaceous earth
  • the invention therefore an object of the invention to provide a method for separating a mixture of a ketone and an obtained from the ketone by reduction optically active alcohol available, which can be carried out easily and inexpensively.
  • This object is achieved by a method having the features of patent claim 1.
  • Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims.
  • the invention was based on the observation that ketones are less strongly bound by inorganic adsorbents than alcohols. Inorganic adsorbents are generally inexpensive and available in large quantities. The process can therefore also be adapted very easily to industrial standards, without high cost pressure from the
  • Provision of the inorganic adsorbent is triggered.
  • the method is therefore particularly suitable for the provision of such optically active alcohols, which u. a. used as building blocks for the production of fine chemicals, for example for the chemical industry, where profit margins are limited by relatively high competitive pressure.
  • Keto group originated from the first compound, to
  • the mixture is brought into contact with an inorganic adsorbent material and at least a part of the second compound to the inorganic
  • Adsorber material is adsorbed, and a depleted in the second compound mixture of the inorganic
  • Adsorber material is separated.
  • Carbon atom of the keto group is introduced, for example by using asymmetric catalysts.
  • the carbon skeleton of the first compound is substantially retained, so that the first compound and the second compound preferably differ in their structure only at the carbon atom of the keto group of the first compound which is converted into an optically active alcohol.
  • the highest possible stereoselectivity is sought.
  • the mixture preferably 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%.
  • the mixture containing both the first compound, ie the ketone, and the second compound, ie the optically active alcohol, is then brought into contact with an inorganic adsorbent material.
  • Adsorber material is selected so that it preferably has the highest possible adsorptive power in favor of the alcohol, so the second compound.
  • inorganic adsorbent materials are aluminum oxides
  • Alumina hydrates such as aluminosilicates, magnesium silicates, calcium silicates and
  • Hydrotalcites The mixture is so long with the inorganic Adsorber material brought into contact that at least one
  • Adsorber material is adsorbed and thus the mixture is depleted in the second compound.
  • the second compound is thus removed from the reaction, so that in the case of an equilibrium reaction the equilibrium in favor of
  • Adsorber material can compete, the inventive method according to an embodiment is preferably carried out in such a way that as an organic solvent
  • Solvent is used. Particular preference is given to using organic solvents which have no protonatable or deprotonatable groups.
  • the organic solvent is selected so that it has a lower polarity than the alcohol resulting from the reduction.
  • Used solvents which have a relatively low polarity Such solvents are characterized by a relatively low boiling point at atmospheric pressure. Preference is given to using organic solvents which are added at
  • Normal pressure have a boiling point of less than 9O 0 C, preferably less than 80 0 C, particularly preferably less than 70 0 C.
  • 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 aromatic hydrocarbons, such as toluene.
  • the solvents used are those organic solvents which are substantially immiscible with water.
  • organic solvents which are substantially immiscible with water such organic ones are preferred
  • Used solvent which is less than 5 wt .-% at 20 0 C and atmospheric pressure, less than 2 wt .-%,
  • Embodiment the mixture contains larger amounts of water, therefore, two phases are formed, wherein the reduction of the keto group to the chiral hydroxy group takes place substantially in the organic phase.
  • the inventive method can also be the implementation of polar
  • Catalysts are used. According to a preferred embodiment
  • the reduction of the keto group to the hydroxy group bonded to a chiral carbon atom is carried out in such a manner that the reduction occurs under catalysis by an enzyme.
  • Enzymes have a high regio- as well
  • the enzymes are preferably selected from the class of the oxidoreductases.
  • Oxireduktase becomes dependent on the substrate
  • the enzymes can be used both in isolated and possibly purified form as well as in cells, so that the reduction of the keto group is carried out in the form of a fermentation. As such, the method according to the invention is not subject to any restrictions here. If the enzymes are used in substance, they can both in shape
  • bonded form that is, in a form in which the enzyme is bound to a solid matrix.
  • the skilled person can refer here to known techniques.
  • the enzymatic reduction by oxidoreductases generally requires the presence of a cofactor which is consumed in the reduction in stoichiometric amount. According to one embodiment it is therefore envisaged that the reduction of the keto group to the hydroxy group bound to a chiral carbon is effected by the enzyme in the presence of a cofactor.
  • Cofactors used are conventional cofactors. Exemplary cofactors are NADH and NADPH. However, it is also possible to use other known cofactors.
  • an alcohol dehydrogenase is used as the enzyme for the stereoselective reduction of the ketone.
  • the alcohol dehydrogenase is selected depending on the substrate. Suitable alcohol dehydrogenases are, for example, yeast alcoholdehydrogenase (YADH),
  • ADH-A alcoholdehydrogenase A
  • LbADH 6-hydroxyhexanoic acid dehydrogenase
  • HCADH 6-hydroxyhexanoic acid dehydrogenase
  • CPCR carbonyl reductase
  • the alcohol dehydrogenases are recovered by conventional methods. Preferably, such alcohol dehydrogenases are used, which also in organic solvents, the reduction of the keto group to a chiral
  • Water phase can be performed. This may be required, for example, to solve a very polar cofactor, such as NAD + or NADP + .
  • 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
  • the water phase is in a proportion of at least 0.1 wt .-%, based on the organic solvent
  • Water phase is chosen according to an embodiment at least so large that the cofactor can be completely dissolved in the water phase.
  • the cofactor can be dissolved, for example, only in the reduced form in the water phase and, after its oxidation, back into the organic phase pass. But it may also be that the cofactor in both the reduced and the oxidized form in the
  • Water phase is included and the enzyme-catalyzed reduction of the ketone takes place at a boundary phase between the organic phase and the water phase.
  • Water phase is dispersed in finely divided form in the organic phase.
  • 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 is oxidized during the enzymatic reaction.
  • Cofactors are consumed in stoichiometric amounts as discussed 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 cycled between its oxidized and its reduced state.
  • the regeneration of the cofactor can be carried out by conventional methods.
  • the regeneration can be done electrochemically.
  • formic acid or formates may be through
  • Formate dehydrogenase are oxidized to carbon dioxide. Next can be used as a reducing agent, for example, glucose or glucose-6-phosphate, which by
  • Glucose dehydrogenase or glucose-6-phosphate dehydrogenase are oxidized to the corresponding sugar acids.
  • the regeneration of the cofactor is also by an alcohol dehydrogenase
  • the alcohol dehydrogenase can be used both for the reduction of the ketone to the chiral alcohol and for the oxidation of a so-called sacrificial alcohol to the corresponding ketone.
  • the mixture as a further constituent of a sacrificial alcohol for
  • Regeneration of the cofactor contains.
  • lower secondary alcohols are preferably used, which preferably comprise 3 to 10 carbon atoms, more preferably isopropanol or isobutanol.
  • the alcohol used can be used in excess. According to one
  • the proportion of the sacrificial alcohol in the mixture is less than 25 wt .-%, preferably less than 10 wt. ⁇ %, particularly preferably less than 5 wt .-%, based on the organic solvent, which does not participate in the enzymatic reduction.
  • the sacrificial alcohol is used at least in an amount in the mixture which corresponds to twice the stoichiometric amount, particularly preferably at least three times the stoichiometric amount required for the regeneration of the cofactor.
  • Sacrificial alcohol has a lower molecular weight than the second compound.
  • the molecular weight of the sacrificial alcohol is less than 75%, more preferably less than 55%, of the molecular weight of the second compound.
  • the inorganic adsorbent is an achiral adsorbent. Under an achiral adsorbent is a
  • Adsorbent understood in which both enantiomers are adsorbed substantially the same, so that by the
  • the process according to the invention is preferably carried out in such a way that the alcohol formed during the reduction of the keto group is continuously removed from the reaction mixture.
  • the enzyme can be separated, for example, from the solvent phase.
  • the reaction mixture in which the enzymatic reaction is carried out for example via a membrane
  • Solvent is separated.
  • the solvent is then contacted with the inorganic adsorbent by passing the solvent through, for example, a column packed from the inorganic adsorbent so that the solvent phase on the second compound is depleted.
  • the depleted in the second compound solvent phase can then be returned to the reaction mixture.
  • Adsorbent added to the reaction mixture.
  • the amount of inorganic adsorbent is chosen to be sufficiently high, so that a sufficiently large amount of the second
  • Compound can be adsorbed on the inorganic adsorbent to the reduction of the keto group of the first
  • the reaction mixture can be separated very easily by allowing the inorganic adsorbent to sediment, for example, and the
  • Solvent phase which contains the enzyme and optionally also portions of the first compound is decanted off.
  • the inorganic adsorbent is preferably so
  • Adsorbent is adsorbed.
  • a suitable inorganic adsorbent is
  • silica which is preferably used in finely dispersed form.
  • 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. But it is also possible the inorganic adsorbent contains the aluminum in the form of, for example, a mixed oxide.
  • Aluminum may contain other metals in the inorganic adsorbent, such as silicon.
  • the alumina-containing inorganic adsorbent may be degraded from a natural source, so a
  • Adsorbent is preferably predominantly of an alumina-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 comprises
  • Adsorbent more than 60 wt .-%, preferably more than
  • the difference to 100% could be formed, for example, each by a proportion of a binder, with which the inorganic adsorbent, for example, to a
  • the inorganic adsorbent consists only of alumina.
  • the inorganic adsorbent used in the process according to the invention preferably has a very high
  • the inorganic adsorbent has a specific surface area of more than 100 m 2 / g.
  • 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.
  • the inorganic compound Adsorbent on a high pore volume.
  • the inorganic compound Adsorbent on a high pore volume.
  • Adsorbent a pore volume of more than 0.1 ml / g, more preferably a pore volume of more than 0.2 ml / g.
  • the pore volume is determined to be cumulative pore volume according to BJH (I.P. Barret, L.J. Joiner, P.P. Haienda, J. Am. Chem. Soc., 73, 1991, 373) for pores having a diameter of 1.7 to 300 mm.
  • the inorganic adsorbent has a pore volume of less than 1.4 ml / g.
  • the pore volume of the inorganic adsorbent is less than 1.3 ml / g and in another embodiment less than 1.2 ml / g.
  • alumina-containing component As the alumina-containing component are preferred
  • Boehmite is AlOOH.
  • aluminas and their hydrates can be prepared by neutralizing basic aluminate solutions by the addition of acid. The precipitation of
  • Aluminum hydroxides or their hydrates can be supported by the addition of nuclei. It is also possible hydrated aluminum hydroxides from acidic solutions of aluminum salts by the addition of bases or by
  • aqueous phase separated hydrated aluminas can then be converted to aluminas by annealing.
  • Aluminum oxides are described, for example, in WO 01/02297
  • the aluminas and their hydrates can also have a
  • Sol-gel process can be produced.
  • aluminum alkoxides can be hydrolyzed for this purpose.
  • the hydrolysis can generally in a temperature range of 30 to 150 0 C.
  • the solid alumina hydrate is separated from the aqueous alcohol phase. The obtained
  • crystals can be aged under hydrothermal conditions.
  • the alumina-containing component is a synthetic
  • 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. on.
  • 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.
  • Aluminosilicates can be prepared, for example, by hydrolyzing organic aluminum compounds under acidic conditions and then together with silica or
  • Silica compounds are aged under hydrothermal conditions. Suitable aluminum compounds are
  • Aluminum alkyl chlorides or aluminum carboxylates are described for example in US 6,245,310 Bl.
  • hydrolyzable ones can also be used instead of silica
  • Organosilicon compounds are used, wherein the
  • hydrolyzable aluminum compounds is carried out together. Such a method is described for example in EP 0 931 017 Bl.
  • the inorganic adsorbent may be provided, for example, in the form of a powder.
  • the particle size of the powder is generally adjusted so that the
  • Inorganic adsorbents without difficulty with a suitable method, such as filtration, can be separated from the reaction mixture within a suitable period of time.
  • a suitable method such as filtration
  • adsorbents in the form of a column pack are also suitable for larger particle sizes.
  • the inorganic adsorbent is preferably in the form of granules
  • Saulenpackungen is preferably used a granule having a grain size of more than 0.1 mm.
  • the granules have a grain size in the range of 0.2 to 5 mm, particularly preferably 0.3 to 2 mm.
  • the grain size can be adjusted, for example, by sieving.
  • the granules can be prepared by conventional methods, such as the finely ground inorganic
  • Adsorbent with a granulating agent for example, water, applied and then in a conventional
  • Fluidized bed is granulated.
  • other methods can be used to prepare the granules.
  • the inorganic adsorbent can also be provided as a shaped article, which can be obtained, for example, by extrusion of a plastic mass.
  • a shaped article which can be obtained, for example, by extrusion of a plastic mass.
  • the moldings or the granules are preferably at a temperature of more than 300 0 C, according to another
  • Embodiment heated to a temperature of more than 400 0 C, and according to yet another embodiment to a temperature of more than 500 0 C.
  • the temperature is less than 1200 0 C, chosen according to another temperature lower than 1000 0 C.
  • the heat treatment is preferred for a duration of at least 30 minutes, according to a further embodiment for a duration of at least 60
  • the inorganic adsorbent can be added directly to the reaction mixture, wherein according to one embodiment it is agitated, for example shaken. According to a further embodiment, the inorganic
  • Adsorbent provided in the form of a column packing.
  • the reaction mixture can then be passed through the column packing.
  • Solvent may then be recycled back to the reaction batch in one embodiment.
  • the column packing may be provided, for example, in the form of a cartridge.
  • the reaction mixture or the solvent from which the enzyme was previously separated then be passed through the cartridge until the adsorption capacity of the in the
  • Cartridge contained inorganic adsorbent is exhausted.
  • the cartridge can then be easily replaced with a new cartridge.
  • inorganic adsorbent adsorbed second compound can then be eluted with a suitable eluent. If the inorganic adsorbent in the form of a
  • Adsorbent preferably used in the form of granules having a particle diameter of more than 0.1 mm
  • the inorganic adsorbent can be heated to a temperature of more than 600 0 C.
  • the temperature is chosen lower than 1000 0 C.
  • Fig. 1 a schematic representation of an apparatus for
  • Fig. 2 is a graph showing the concentration of 2,5-hexanedione and 2,5-hexanediol bound from a solution in ethyl acetate to adsorbent 3
  • Fig. 3 is a graph showing the concentration of 2,5-hexanedione and 2,5-hexanediol bound from a solution in ethyl acetate to adsorbent 5;
  • Fig. 4 a diagram in which the concentration of 2,5-hexanedione and 2, 5-hexanediol is indicated, which consists of a solution in heptane / 10% 2-propanol
  • Adsorbent 3 is bound
  • FIG. 5 shows a chromatogram for a separation of 2,5-hexanedione and 2,5-hexanediol on adsorbent 5; Is a diagram in which the concentration of 2,5 hexanediol in the supernatant in the adsorption of 2,5-hexanediol from a mixture of toluene and 10% vv "1 2-propanol for various adsorbents shown, Figure 7: Fig. 6.
  • Figure 3 is a graph showing the adsorption of NADH from an aqueous potassium phosphate buffer;
  • Fig. 1 shows a structure in which the method according to the invention can be carried out.
  • a reaction mixture 2 containing an organic solvent in which a first compound comprising a prochiral keto group is dissolved, and a second compound comprising a hydroxy group bonded to a chiral carbon atom and those of the first Compound has emerged.
  • the mixture contains 2 a
  • Alcohol dehydrogenase and a sacrificial alcohol for example isopropanol.
  • the mixture 2 comprises a water phase in which a cofactor, for example NADP + , is dissolved.
  • the mixture is agitated by a stirrer 3.
  • a drain 4 Via a drain 4, the mixture 2 is removed from the reactor 1 and in a separator 5 by means of a membrane 6 in a proportion
  • Return line 7 is returned to the reactor 1, and a proportion containing the organic solvent, but no enzyme, and via a feed line 8 a
  • Adsorberkartusche 9 is supplied.
  • the adsorber cartridge 9 is packed with an inorganic adsorbent material,
  • alumina so that the second compound is partially adsorbed on the inorganic adsorbent material and thus the organic solvent is depleted in the second compound.
  • the organic solvent which still contains a portion of the first compound is then returned via return line 10 back to the reactor 1.
  • an eluent feed 11 and a drain 12 are provided, via which the feed with the
  • Adsorbent were prepared by the following methods
  • Micromeritics type ASAP 2010 determined.
  • the sample is cooled in a high vacuum to the temperature of liquid nitrogen. Subsequently, it becomes continuous
  • Nitrogen dosed into the sample chambers By detecting the adsorbed amount of gas as a function of pressure, an adsorption isotherm is determined at a constant temperature. In a pressure equalization, the analysis gas is gradually
  • the pore volume is also determined from the measurement data using the BJH method (IP Barret, LG Joiner, PP
  • Pore volumes of certain volume size ranges are determined by summing up incremental pore volumes obtained from the evaluation of the BJH adsorption isotherm.
  • the total pore volume by BJH method refers to pores with a diameter of 1.7 to 300 nm.
  • the water content of the products at 105 0 C is determined using the method DIN / ISO-787/2.
  • a graduated cylinder cut off at the 1000 ml mark is weighed. Then, the sample to be examined is filled by means of a Pulvertrichters so in a train in the measuring cylinder that above the conclusion of the
  • Measuring cylinder forms a Schüttkegel.
  • the pouring cone is made with the help of a ruler, which over the opening of the
  • Measuring cylinder is guided, stripped and the filled
  • Adsorbent 1 Siral 5 ® (Sasol, Hamburg, DE)
  • Adsorbent 2 Siral ® 30 (Sasol, Hamburg, DE)
  • Adsorbent 3 Siral ® 40 (Sasol, Hamburg, DE)
  • Adsorbent 4 Pural ® SB (Sasol, Hamburg, DE)
  • Adsorbent 5 Puralox ® KR-160 (Sasol, Hamburg, DE)
  • Adsorbent 6 Pural SCC ® 150 (Sasol, Hamburg, DE)
  • Adsorbent 8 aluminum oxide neutral (Macherey-Nagel, Düren,
  • Adsorbent 9 aluminum oxide basic (Macherey-Nagel, Düren,
  • Adsorbent 10 silica gel (Sigma-Aldrich)
  • the suspension was at 150 rpm on a
  • Rotationsschuttier incubated at room temperature. After a certain time, a sample was taken, the
  • Table 5a Adsorption of 2,5-hexanediol / 2,5-hexanedione
  • the diol was preferably adsorbed. This can be for both boehmite,
  • Boehmit / SiO 2 mixed phases, ⁇ -Al 2 O 3 , as well as for the amorphous Al oxides are shown.
  • a stamen solution was prepared containing 70 mM 2,5-hexanedione and 50 mM 2, 5-hexanediol in heptane / 10% 2-propanol. From this stock solution was added by adding
  • adsorbent 3 In glass vials 200 mg of adsorbent 3 were weighed in each case and mixed with 1 ml of the respective mixture from the dilution series. The samples were then incubated for 60 minutes on the rotary shaker (150 rpm) at room temperature. Subsequently, a sample was taken from each sample vessel, the adsorbent by centrifugation at 13,000 rpm / 1 min.
  • Example 3 Use of the Adsorbent 5 in a
  • Adsorbent 5 packed and equilibrated with ethyl acetate column (length 24 cm, diameter: 0.7 cm) was added. The mixture was then eluted with ethyl acetate as eluent. The 2,5-hexanedione was first eluted from the column and thereby completely separated from the 2,5-hexanediol. The chromatogram with the elution peak for 2,5-hexanedione is shown in FIG. 5
  • the eluent for the 2,5-hexanediol is methanol or acetonitrile.
  • the concentration of 2, 5-hexanediol in the supernatant of 50.00 mM could be reduced to as much as 10.21 mM when using 2.0 g.
  • adsorbents In order to investigate the influence of the adsorbents on the pH of the solutions, initially 3 g of adsorbent 3 or 1.5 g of adsorbent 5 were added to 15 ml each of potassium phosphate buffer (100 mM) or distilled water. The suspensions were incubated at room temperature at 150 rpm for 60 minutes
  • Reaction detractor moves.
  • the adsorbent was through
  • Example 6 Carrying out an enzymatically catalyzed
  • ADH 'A' used, as carrier for the enzyme porous glass particles TRISOPERL ® (VitraBio, Steinach, D) were used.
  • the immobilization of the ADH- 1 A 'on the glass particles is described in Goldberg, K.; Krueger, A .; Meinhardt, T .; Kroutil, W .; Mautner, B. & Liese, A. (2008), Novel immobilization routes for the covalent binding of alcohol dehydrogenase from Rhodococcus ruber DSM 44541 ', Tetrahedron: Asymmetry 19 (10), 1171-1173.
  • the cofactor was used as the stock solution, but 14.2 mg NADH were dissolved in 200 ⁇ L KPi buffer.
  • the reaction medium (toluene) was saturated with KPi buffer, for 30 mL toluene were mixed with 10 mL KPi buffer (100 mM, pH 7.0), the toluene phase was removed and used in the experiment.
  • the supported enzyme was diluted with 100 ⁇ L NADH
  • the reaction was started by adding 97 ⁇ L hexanedione (80 mM). The sample was incubated at 30 ° C. and 150 rpm on the rotary shaker.
  • Enzyme reaction was initially introduced as starting material 80 mM 2, 5-hexanedione and converted to the product 2, 5-hexanediol.
  • Reaction temperature was 30 0 C, stirred only the upper (organic) toluene phase with a Clipfish stirrer at 100 rpm.
  • the organic phase was measured in the GC. After the detection of a high

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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 Kohlenstoff atom 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.

Description

Verfahren zur Auftrennung von Alkohol-Keton-Gemischen
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.
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. Für die enzymatische Synthese chiraler Alkohole können
verschiedene Wege beschriften werden. Beispiele geeigneter Enzyme sind Oxireduktasen, Hydrolasen, sowie Lyasen. K.
Goldberg, K. Schroer, S. Lutz und A. Liese, Appl . Microbiol. Biotechnol. (2007) 76:237-248 geben einen Überblick über Verfahren zur Herstellung chiraler Alkohole unter Verwendung isolierter Enzyme.
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 K. Goldberg, K. Schroer, S. Lutz und A. Liese in Appl. Microbiol. Biotechnol. (2007) 76:249-255.
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.
Die meisten Alkoholdehydrogenasen sind abhängig von den Redox- Cofaktoren ß-1, 4-Nicotinamidadenindinukleotid (NADH) bzw. ß- 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. 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. In der EP 1 568 780 Bl wird ein Verfahren zur
enantioselektiven Reduktion von Ketoverbindungen durch Enzyme beschrieben. Dabei wird die Ketoverbindung zunächst in einem wässerigen Reaktionsmedium, welches neben Wasser ein
Reduktionsmittel, Alkoholdehydrogenase und Coenzym enthält, zu einem sekundären Alkohol reduziert. Die Reaktion wird unter vermindertem Druck durchgeführt, sodass leicht flüchtige
Bestandteile aus dem Reaktionssystem entfernt werden können. Die wässrige Phase wird dann mit einem nicht mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmittel extrahiert, sodass der gebildete sekundäre Alkohol aus der wässrigen Phase in die organische Phase übergeht. Die organische Phase wird
abgetrennt und die wässrige Phase wiederverwendet und für den nächsten Reaktionszyklus erneut mit Ketoverbindung sowie gegebenenfalls Reduktionsmittel, Enzym und Coenzym versetzt. 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. J. T. Vincenzi, M. J. Zmijewski, M. R. Reinhard, B.E. Landen, W. L. Muth und P. G. Marler, Enzyme and Microbiol. Technology 20:494-499, 1997 beschreiben eine stereoselektive enzymatische Reduktion eines Ketons, wobei der entstehende Alkohol in situ an einem polymeren Harz gebunden und damit aus dem
Reaktionsgleichgewicht entfernt wird. Die Autoren beschreiben die Reduktion von 3, 4-Methylendioxyphenylaceton zu S-3,4- Methylendioxyphenylisopropanol durch Zygosaccharomyces rouxii. Es wurden dabei vollständige Zellen eingesetzt. Die Ausbeute betrug mehr als 95 % bei einem Enantiomerenüberschuss (ee) von mehr als 99,9 %. Da sowohl das Substrat als auch das Produkt für die eingesetzten Zellen toxisch ist, werden hydrophobe Polymerharze eingesetzt, welche mit dem Substrat beladen wurden. Das an der festen Polymerphase gebundene Substrat steht im Gleichgewicht mit der wässrigen Phase, in welcher die Zellen bereitgestellt werden. Die geringe Menge an in der Wasserphase gelöstem Substrat wird von den Zellen zum
entsprechenden optisch aktiven Alkohol reduziert, welcher dann wieder an der festen Harzphase gebunden wird. Auf diese Weise kann eine niedrige konstante Konzentration des Substrats bzw. des Produkts in der Wasserphase eingestellt werden, wobei insgesamt sehr hohe Ausbeuten am gewünschten Produkt erhalten werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass ein relativ teures Harz für die Abtrennung des Produkts eingesetzt wird. Dies ist insbesondere dann nachteilig, wenn der chirale
Alkohol für die Synthese eines Produkts eingesetzt wird, welches unter hohem Kostendruck steht, beispielsweise Produkte für die Agrarindustrie oder Zwischenstufen in der chemischen Industrie. Weiterhin muss das verwendete Harz auf die
jeweilige Reaktion abgestimmt werden, sodass eine stark bevorzugte Adsorption des Alkohols und damit eine hohe
Konzentration des verbleibenden Ketons in der
Reaktionsmischung erreicht wird. 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 DE 10 2006 010 994 Al wird ein Verfahren zur enzymatischen
Herstellung von chiralen Alkoholen beschrieben, wobei der Reaktionsansatz ein Adsorbens enthält, welches mit einer
Oxireduktase assoziiert ist und welches nach dem Ende der Umsetzung vom Reaktionsansatz abgetrennt wird. In den
Beispielen wird Kieselgur (Celite®) als Adsorbens für das Enzym eingesetzt. Nach Filtration der Reaktionsmischung kann der Filterkuchen in einen weiteren Ansatz gegeben werden und dort erneut für die Katalyse einer Reduktion eines Ketons zu einem optisch aktiven Alkohol eingesetzt werden.
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. 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. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. 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 aktiver 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.
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.
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.
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.
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. Das Verfahren lässt sich insbesondere dann vorteilhaft
einsetzen, wenn in der Reaktionsmischung ein Lösungsmittel verwendet wird, welches mit der zweiten Verbindung nicht um Adsorptionsplätze am anorganischen Adsorbermaterial
konkurriert. 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 9O0C, bevorzugt weniger als 800C, insbesondere bevorzugt weniger als 700C aufweisen. Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise Ester, wie Essigsäureethylester, Ether, wie Methyl-t-butylether, Alkane, wie Hexan oder Petrolether, oder auch aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden als Lösungsmittel solche organischen 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 200C 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.
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.
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.
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 .
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.
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. 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 Ausfuhrungsform des
erfindungsgemaßen Verfahrens ist bevorzugt, dass die
Wasserphase in fein verteilter Form in der organischen Phase dispergiert ist.
Die Enzyme, welche bei der enzymatischen Reduktion der ersten Verbindung, also der Reduktion der Ketogruppe eingesetzt werden, erfordern meist die Gegenwart eines Cofaktors, welcher wahrend der enzymatischen Reaktion oxidiert wird. Diese
Cofaktoren werden, wie oben erläutert, in stochiometrischen Mengen verbraucht. Da sie sehr teuer sind, ist gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform vorgesehen, dass der Cofaktor wahrend der Reduktion der Ketogruppe regeneriert wird, also der Cofaktor zwischen seinem oxidierten und seinem reduzierten Zustand im Kreislauf gefuhrt wird.
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 durchzufuhren, 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 Ameisensaure 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 Zuckersauren oxidiert werden. 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.
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.
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.
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. 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.
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.
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.
Das anorganische Adsorptionsmittel wird bevorzugt so
ausgewählt, dass die zweite Verbindung im Vergleich zur ersten Verbindung in erhöhtem Maß an dem anorganischen
Adsorptionsmittel adsorbiert wird.
Ein geeignetes anorganisches Adsorptionsmittel ist
beispielsweise Siliziumdioxid, das bevorzugt in feindisperser Form eingesetzt wird.
Bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren anorganische Adsorptionsmittel eingesetzt, welche einen Aluminiumanteil, berechnet als AI2O3 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.
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.
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 (I. P. Barret, L. G. Joiner, P.P. Haienda, J. Am. Chem. Soc. 73, 1991, 373) für Poren mit einem Durchmesser von 1,7 bis 300 mm bestimmt. Gemäß einer Ausführungsform weist das anorganische Adsorptionsmittel ein Porenvolumen von weniger als 1,4 ml/g auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens beträgt das Porenvolumen des anorganischen Adsorptionsmittels weniger als 1,3 ml/g und gemäß einer weiteren Ausführungsform weniger als 1,2 ml/g.
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 S-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. 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.
Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung hydratisierter
Aluminiumoxide ist beispielsweise in der WO 01/02297
beschrieben . 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 0C
durchgeführt werden. Das feste Aluminiumoxidhydrat wird von der wässrigen Alkoholphase abgetrennt. Die erhaltenen
Kristalle können beispielsweise noch unter hydrothermalen Bedingungen gealtert werden.
Ein geeignetes Verfahren ist beispielsweise in der WO 00/09445 beschrieben . Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die aluminiumoxidhaltige Komponente ein synthetisches
Alumosilikat .
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.-%.
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 US 6,245,310 Bl beschrieben .
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 EP 0 931 017 Bl beschrieben.
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. 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. Insbesondere für eine Anwendung des anorganischen
Adsorptionsmittels in Form einer Saulenpackung sind jedoch auch höhere Korngroßen geeignet. Hierzu wird das anorganische Adsorptionsmittel bevorzugt in Form eines Granulats
eingesetzt. Insbesondere für die Herstellung von
Saulenpackungen wird bevorzugt ein Granulat verwendet, welches eine Korngroße von mehr als 0,1 mm aufweist. Bevorzugt weist das Granulat eine Korngroße im Bereich von 0,2 bis 5 mm, insbesondere bevorzugt 0,3 bis 2 mm auf. Die Korngroße lasst sich beispielsweise durch Sieben einstellen.
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 pulverformige anorganische Adsorptionsmittel
beispielsweise durch Kompaktierung zu einem Granulat geformt werden.
Das anorganische Adsorptionsmittel kann auch als Formkorper 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 Stucke geschnitten wird, und dann die erhaltenen Formkorper getrocknet. Neben massiven Zylindern können auf diese Weise z.B. auch Hohlzylinder hergestellt werden. 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 0C, gemäß einer weiteren
Ausführungsform auf eine Temperatur von mehr als 400 0C, und gemäß noch einer weiteren Ausführungsform auf eine Temperatur von mehr als 500 0C erhitzt. Gemäß einer Ausführungsform wird die Temperatur geringer als 1200 0C, gemäß einer weiteren Temperatur geringer als 1000 0C gewählt.
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.
Wie bereits erläutert, kann das anorganische Adsorptionsmittel direkt zum Reaktionsansatz gegeben werden, wobei dieser gemäß einer Ausführungsform bewegt, beispielsweise geschüttelt wird. 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.
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. 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 . 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. 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 0C erhitzt werden. Gemäß einer Ausführungsform wird die Temperatur geringer als 1000 0C gewählt. Durch eine solche Behandlung kann beispielsweise bei Boehmit zunächst das oberflächlich gebundene Wasser entfernt werden und das Hydrat in eine Oxidphase überführt werden.
Die Erfindung wird im Weiteren anhand von Beispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügte Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen dabei im Einzelnen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 2: ein Diagramm, in welchem die Konzentration an 2,5- Hexandion und 2, 5-Hexandiol angegeben ist, welches aus einer Lösung in Ethylacetat an Adsorbens 3 gebunden wird; Fig. 3: ein Diagramm, in welchem die Konzentration an 2,5- Hexandion und 2, 5-Hexandiol angegeben ist, welches aus einer Lösung in Ethylacetat an Adsorbens 5 gebunden wird;
Fig. 4: ein Diagramm, in welchem die Konzentration an 2,5- Hexandion und 2 , 5-Hexandiol angegeben ist, welches aus einer Lösung in Heptan / 10 % 2-Propanol an
Adsorbens 3 gebunden wird;
Fig. 5: ein Chromatogramm für eine Auftrennung von 2,5- Hexandion und 2, 5-Hexandiol an Adsorbens 5; Fig. 6: ein Diagramm, in welchem die Konzentration an 2,5- Hexandiol im Überstand bei Adsorption von 2,5- Hexandiol aus einem Gemisch von Toluol und 10 % vv"1 2-Propanol für verschiedene Adsorbentien dargestellt ist; Fig. 7: ein Diagramm, in welchem die Adsorption von NADH aus einem wässrigen Kaliumphosphatpuffer dargestellt ist;
Fig. 8: ein Diagramm, in welchem die Adsorption von NADH aus einer Mischung eines wässrigen Kaliumphosphatpuffers und Isopropanol dargestellt ist; Fig. 9: ein Diagramm, in welchem die Änderung der
Konzentration von 2 , 5-Hexandion und 2 , 5-Hexandiol während einer enzymatisch katalysierten Reduktion dargestellt ist, wobei die Reaktion ohne Anwesenheit eines anorganischen Adsorptionsmittels durchgeführt wird;
Fig. 10: ein Diagramm, in welchem die Änderung der
Konzentration von 2, 5-Hexandion und 2, 5-Hexandiol während einer enzymatisch katalysierten Reduktion dargestellt ist, wobei die Reaktion in Anwesenheit eines anorganischen Adsorptionsmittels durchgeführt wird.
Fig. 1 zeigt einen Aufbau, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. In einem Reaktor 1 ist eine Reaktionsmischung 2 enthalten, welche ein organisches Lösungsmittel enthält, in welchem eine erste Verbindung gelöst ist, die eine prochirale Ketogruppe umfasst, sowie eine zweite Verbindung, die eine an ein chirales Kohlenstoffatom gebundene Hydroxygruppe umfasst, und die aus der ersten Verbindung hervorgegangen ist. Weiter enthält die Mischung 2 eine
Alkoholdehydrogenase und einen Opferalkohol, beispielsweise Isopropanol. Weiter umfasst die Mischung 2 eine Wasserphase, in welcher ein Cofaktor, beispielsweise NADP+, gelöst ist. Die Mischung wird durch einen Rührer 3 bewegt. Über einen Abfluss 4 wird die Mischung 2 aus dem Reaktor 1 entnommen und in einem Separator 5 mit Hilfe einer Membran 6 in einen Anteil
aufgeteilt, der das Enzym enthält und der über eine
Rückleitung 7 wieder in den Reaktor 1 zurückgeführt wird, sowie einen Anteil, der das organische Lösungsmittel, jedoch kein Enzym enthält, und der über eine Zuleitung 8 einer
Adsorberkartusche 9 zugeführt wird. Die Adsorberkartusche 9 ist mit einem anorganischen Adsorbermaterial gepackt,
beispielsweise Aluminiumoxid, sodass die zweite Verbindung teilweise an dem anorganischen Adsorbermaterial adsorbiert und damit das organische Lösungsmittel an der zweiten Verbindung abgereichert wird. Das organische Lösungsmittel, welches noch einen Anteil der ersten Verbindung enthält, wird dann über Rückleitung 10 wieder zum Reaktor 1 zurückgeleitet.
Um das auf dem in der Absorberkartusche 9 absorbierten Produkt eluieren zu können, ist ein Zulauf 11 für ein Elutionsmittel sowie ein Ablauf 12 vorgesehen, über welchen das mit dem
Produkt beladene Elutionsmittel abgeführt werden kann. Dazu wird der über den Reaktor 1 führende Kreislauf des
Lösungsmittels angehalten und die Absorberkartusche 9 mit Elutionsmittel gespült, welches über Zulauf 11 zugeführt und über Ablauf 12 abgeführt wird.
Bestimmung physikalischer Parameter
Die physikalischen Eigenschaften des anorganischen
Adsorptionsmittels wurden mit den folgenden Verfahren
bestimmt : BET-Oberfläche/Porenvolumen nach BJH und BET:
Die Oberfläche und das Porenvolumen wurden mit einem
vollautomatischen Stickstoffporosimeter der Firma
Micromeritics Typ ASAP 2010 bestimmt.
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.
Zur Ermittlung der spezifischen Oberfläche und der Porosität nach der BET-Theorie werden die Daten gemäß DIN 66131
ausgewertet . Das Porenvolumen wird ferner aus den Messdaten unter Anwendung der BJH-Methode ermittelt (I. P. Barret, L. G. Joiner, P.P.
Haienda, J. Am.Chem. Soc . 73, 1991, 373). Bei diesem Verfahren werden auch Effekte der Kapillarkondensation berücksichtigt. Porenvolumina bestimmter Volumengrößenbereiche werden durch Aufsummieren inkrementeller Porenvolumina bestimmt, die aus der Auswertung der Adsorptionsisotherme nach BJH erhalten werden. Das Gesamtporenvolumen nach BJH-Methode bezieht sich auf Poren mit einem Durchmesser mit 1,7 bis 300 nm. Wassergehalt :
Der Wassergehalt der Produkte bei 1050C wird unter Verwendung der Methode DIN/ISO-787/2 ermittelt.
Glühverlust :
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 0C im Muffelofen geglüht. Danach wird der Tiegel im Exsikkator abgekühlt und ausgewogen.
Bestimmung des Schüttgewichts
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. Verwendete anorganische Adsorbermaterialien :
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-Aldrich bezogen wurde. Kieselgel Merck Typ 9385, 230-400 mesh, 60 Ä Porendurchmesser,
EC: 231-545-4.
Für die untersuchten anorganischen Adsorbermaterialien werden im Weiteren die folgenden Bezeichnungen verwendet:
Tabelle 1 : Verwendete Adsorbermaterialien
Adsorbens 1 Siral® 5 (Sasol, Hamburg, DE)
Adsorbens 2 Siral® 30 (Sasol, Hamburg, DE)
Adsorbens 3 Siral® 40 (Sasol, Hamburg, DE)
Adsorbens 4 Pural® SB (Sasol, Hamburg, DE)
Adsorbens 5 Puralox® KR-160 (Sasol, Hamburg, DE)
Adsorbens 6 Pural® SCC 150 (Sasol, Hamburg, DE)
Adsorbens 7 Puralox® SCCa-150/230 (Sasol, Hamburg, DE)
Adsorbens 8 Aluminiumoxid neutral (Macherey-Nagel, Düren,
DE)
Adsorbens 9 Aluminiumoxid basisch (Macherey-Nagel, Düren,
DE)
Adsorbens 10 Silicagel (Sigma-Aldrich)
Die Eigenschaften der Adsorbentien sind in Tabelle 2 zusammengefasst .
Stolmär Scheele & Partner 7.JuIi 2010
34282-SÜD-P-WO/DrJun
Tabelle 2: Physikalische Eigenschaften der Adsorbentien (nach Herstellerangaben)
K)
Stolmär Scheele & Partner 7.JuIi 2010
34282-SUD-P-WO/DrJun
Tabelle 2 (Fortsetzung) : Physikalische Eigenschaften der Adsorbentien
O
Beispiel 1: Adsorption von 2 , 5-Hexandion und 2, 5-Hexandiol an anorganischen Adsorptionsmitteln bei Verwendung verschiedener Losungsmittel
Es wurde die Adsorption eines Gemisches von 2, 5-Hexandion und 2 , 5-Hexandiol, das jeweils in verschiedenen Losungsmitteln gelost worden war, an das Adsorbens 3 sowie an das Adsorbens 5 untersucht .
Es wurden folgende Losungsmittel getestet: a) destilliertes Wasser
b) Gemisch aus 18 % vv"1 2-Propanol und KPi-Puffer 100 mM,
pH 7,0
c) Ethylacetat
Allgemeine Arbeitsvorschrift:
Aus den zu untersuchenden Losungsmitteln wurde jeweils eine Losung hergestellt, die eine bestimmte, bei den Beispielen angegebene Konzentration an 2 , 5-Hexandion bzw. 2, 5-Hexandiol aufwies .
Jeweils 15 ml der Losung 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
Rotationsschuttier 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 . Die jeweils verwendeten Versuchsbedingungen und die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen angegeben. a) Adsorption aus Wasser
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: Adsorption von 2 , 5-Hexandiol aus Wasser;
Konzentration im Überstand der Probe nach
bestimmten Adsorptionszeiten; einmalige Zugabe des Adsorptionsmittels
b) Adsorption aus KPi-Puffer / 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 KP1-PUffer /
Isopropanol; Konzentration im Überstand der Probe nach bestimmten Adsorptionszeiten; portionsweise Zugabe des Adsorptionsmittels
Auch aus einem Kpi-Puffer erfolgt keine signifikante Adsorption des 2, 5-Hexandiols an die untersuchten Adsorbentien . c) Adsorption aus Ethylacetat
Die Untersuchung wurde entsprechend der oben angegebenen allgemeinen Vorschrift durchgeführt. In einer ersten
Versuchsreihe wurde eine Stammlosung 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 Losung gegeben. Im Abstand von 30 Minuten wurden jeweils weitere 0,5 g des Adsorbens zugegeben.
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; Konzentration im Überstand der Probe nach bestimmten Adsorptionszeiten; portionsweise Zugabe des Adsorptionsmittels
Tabelle 5a (Fortsetzung)
Tabelle 5a (Fortsetzung)
Tabelle 5b: Adsorption von 2, 5-Hexandiol/2 , 5-Hexandion aus
Ethylacetat; 50,68 mM 2, 5-Hexandion und 53,85 mM 2 , 5-Hexandiol; Konzentration im Überstand der Probe nach bestimmten Adsorptionszeiten; portionsweise Zugabe des Adsorptionsmittels
Tabelle 5b (Fortsetzung)
Tabelle 5b (Fortsetzung)
Tabelle 5c: Adsorption von 2, 5-Hexandiol/2 , 5-Hexandion aus
Ethylacetat; 51,23 mM 2, 5-Hexandion und 48,67 mM 2, 5-Hexandiol; Konzentration im Überstand der Probe nach bestimmten Adsorptionszeiten; portionsweise Zugabe des Adsorptionsmittels im Abstand von 30 Minuten
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/Siθ2-Mischphasen, γ-Al2O3, als auch für die amorphen AI-Oxide gezeigt werden.
Exemplarisch sind die Adsorptionskapazitäten für zwei der Träger unter den angeführten Versuchsbedingungen graphisch in den Figuren 2 und 3 dargestellt.
Beispiel 2: Adsorption von 2, 5-Hexandion und 2 , 5-Hexandiol an anorganischen Adsorptionsmitteln in Gegenwart eines weiteren polaren Lösungsmittels
Der Versuch wurde analog zur allgemeinen Arbeitsvorschrift aus Beispiel 1 durchgeführt. Als Lösungsmittel zur Adsorption des Gemisches Hexandiol/Hexandion wurde Heptan mit 10 % 2-Propanol verwendet. 2-Propanol wird als Opferalkohol zur Reduktion von NADH bzw NADP bei enzymatischen Reaktionen verwendet.
Es wurde eine Stamπilösung hergestellt, welche 70 mM 2,5- Hexandion sowie 50 mM 2 , 5-Hexandiol in Heptan/10% 2-Propanol enthielt. Aus dieser Stammlösung wurde durch Zugabe von
Heptan/10 % 2-Propanol eine Verdünnungsreihe hergestellt.
In Glasvials wurden jeweils 200 mg Adsorbens 3 eingewogen und mit 1 ml des jeweiligen Gemisches aus der Verdünnungreihe versetzt. Die Proben wurden anschließend für 60 Minuten auf dem Rotationsschüttler (150 UpM) bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend wurde aus jedem Probengefäß eine Probe entnommen, das Adsorbens durch Zentrifugieren bei 13.000 UpM / 1 min.
abgetrennt und 100 μl des Überstands in ein GC-Vial mit Inlet überführt. Die Untersuchung der Proben erfolgte mittels
Gaschromatographie.
Die gaschromatographisch bestimmten Konzentrationen sowie die daraus abgeleitete Kapazität des Trägers sind in Tabelle 6 zusammengefasst .
Tabelle 6: Adsorption von 2, 5-Hexandiol/2, 5-Hexandion aus
Heptan mit 10 % 2-Propanol an Adsorbens 3
Auch in Gegenwart von 10 % des weiteren polaren Lösungsmittels 2-Propanol erfolgt eine selektive Adsorption des Zielalkohols Hexandiol. Exemplarisch ist die Adsorptionskapazität in Fig. 4 dargestellt.
Beispiel 3: Einsatz des Adsorbens 5 in einer
Chromatographiesäule
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 Fig. 5
dargestellt. Als Elutionsmittel für das 2, 5-Hexandiol wird Methanol oder Acetonitril verwendet.
Beispiel 4 : Adsorptionstests aus Toluol
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 7 wiedergegeben. Die Abnahme der Konzentration an 2, 5-Hexandiol im Überstand ist ferner in Fig. 6 graphisch wiedergegeben.
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.
Stolmär Scheele S. Partner 7.JuIl 2010
34282-SUD-P-WO/DrJun
Tabelle 7: Adsorption von 2, 5-Hexandiol aus Toluol an Adsorbens 3, Adsorbens 5, Adsorbens 8 und
Adsorbens 9
Beispiel 5: Adsorption des Cofaktors NADH
Um die Eignung der Adsorbentien für einen enzymatischen
Prozess für eine Umsetzung von Ketonen zu chiralen Alkoholen unter Einsatz des Enzyms ADH-1A' aus Rhodococcus ruber DSM 44541 zu testen, wurde die Adsorption des in diesem System verwendeten Cofaktors NADH untersucht.
Um den Einfluss der Adsorbentien auf den pH-Wert der Losungen zu untersuchen, wurden zunächst 3 g Adsorbens 3 bzw. 1,5 g Adsorbens 5 zu jeweils 15 ml Kaliumphosphatpuffer (100 inM) oder destilliertem Wasser gegeben. Die Suspensionen wurden bei Raumtemperatur bei 150 rpm für 60 Minuten auf einem
Reaktionsschuttier bewegt. Das Adsorbens wurde durch
Zentrifugation abgetrennt und der pH-Wert des klaren
Uberstands mit einer Glaselektrode bestimmt. Anschließend wurde das Adsorbens in frischem Suspensionsmittel
aufgeschlammt 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 8und die bei einer Behandlung mit
Kaliumphosphatpuffer ermittelten Werte in Tabelle 9angegeben.
Tabelle 8 : Änderung des pH Werts durch Spulen der Adsorbentien mit destilliertem Wasser
Tabelle 9: Änderung des pH-Werts durch Spulen der Adsorbentien mit Enzympuffer (KP1-PUffer )
Für die Messung der Adsorption von NADH an das Adsorbens 3 bzw. das Adsorbens 5 wurden jeweils 20 mL des in Tabelle 10 angegebenen Reaktionsgemisches zu 4 g Adsorbens gegeben und die Suspension bei 150 rpm auf einem Rotationsschuttier bei Raumtemperatur inkubiert. In regelmäßigen Abstanden wurden Proben genommen, die Trager durch Zentrifugation abgetrennt und der Überstand photometrisch bei 340 nm vermessen. Die ermittelten Konzentrationen sind graphisch in den Figuren 7 (Ansatz 1) und 8 (Ansatz 2) wiedergegeben.
Tabelle 10: Zusammensetzung von Reaktionsgemischen zur
Untersuchung der Adsorption von NADH an verschiedenen Adsorbentien
Wie die in den Figuren 7 und 8 wiedergegebenen Daten zeigen, wird der Cofaktor durch die Adsorbentien nicht in Signifikaten Mengen adsorbiert . Beispiel 6: Durchführung einer enzymatisch katalysierten
Reduktion von 2, 5-Hexandion in Gegenwart von Adsorbentien
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-1A' auf den Glaspartikeln ist beschrieben in Goldberg, K. ; Krueger, A.; Meinhardt, T.; Kroutil, W.; Mautner, B. & Liese, A. (2008), 'Novel immobilization routes for the covalent binding of an alcohol dehydrogenase from Rhodococcus ruber DSM 44541', Tetrahedron: Asymmetry 19(10), 1171 - 1173.
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.
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 0C und 150 rpm auf dem Rotationsschüttler inkubiert.
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 .
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 Figur 9 in Abhängigkeit von der Zeit graphisch wiedergegeben.
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 Figur 10 in Abhängigkeit von der Zeit graphisch wiedergegeben. Beispiel 7: Durchführung einer enzymatisch katalysierten
Reduktion von 2 , 5-Hexandion mit anschließender Aufarbeitung des Produktalkohols
Es wurde in einem thermostatisierbaren Reaktionskolben ein 2- Phasensystem bestehend aus einer wässrigen Phase ADH-A
Rohextrakt in Kaliumphosphatpuffer (0.1 M, pH 7.0) und 1 mM NADH und einer organischen Phase Toluol + 10% v/v 2-Propanol (zur Regenerierung des Cofaktors NADH in einem
Substratgekoppelten Ansatz) vorgelegt. Zum Start der
Enzymreaktion wurde als Edukt 80 mM 2, 5-Hexandion vorgelegt und zum Produkt 2, 5-Hexandiol umgesetzt. Die
Reaktionstemperatur betrug 30 0C, gerührt wurde nur die obere (organische) Toluolphase mit einem Clipfish-Rührer bei 100 rpm.
Als Kontrolle auf Produktbildung wurde die organische Phase in der GC vermessen. Nach der Detektion einer hohen
Produktkonzentration, wurde die Reaktion abgebrochen und die organische Phase abgenommen. Als Referenzwerte (O-Proben) wurden Endkonzentrationen an Edukt/Produkt vermessen.
Anschließend wurden 3 mL der organischen Phase zu 0,5 g vorgelegten Trägern gegeben und 30 Minuten bei 150 rpm bei RT inkubiert auf einem Rotationsschüttler inkubiert.
Tabelle 11: Behandlung der organischen Phase mit dem Adsorbens
3 und 5, Ausgangskonzentrationen nach enzymatischer Reaktion (Nullproben) und Konzentrationen nach Behandlung mit 0.5 g Adsorbens
Bezugszeichenliste
1 Reaktor
2 Reaktionsmischung
3 Rührer
4 Abfluss
5 Separator
6 Membran
7 Rückleitung
8 Zuleitung
9 Adsorberkartusche
10 Rückleitung
11 Zulauf Elutionsmittel
12 Ablauf Elutionsmittel

Claims

Patentansprüche
1. 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.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel ein
organisches Lösungsmittel ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das organische
Lösungsmittel mit Wasser im Wesentlichen nicht mischbar ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die
Reduktion der Ketogruppe zu der an einem chiralen
Kohlenstoffatom gebundenen Hydroxygruppe unter Katalyse durch ein Enzym erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Reduktion der
Ketogruppe zu der an einem chiralen Kohlenstoffatom
gebundenen Hydroxygruppe durch das Enzym in Gegenwart eines Cofaktors erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Enzym eine Alkoholdehydrogenase ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei 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.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Mischung einen Opferalkohol zur Regenerierung des Cofaktors enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Opferalkohol ein
geringeres Molekülgewicht aufweist als die zweite
Verbindung.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das anorganische Adsorptionsmittel ein achirales
Adsorptionsmittel ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Reduktion der Ketogruppe zu einer an einem chiralen Kohlenstoffatom gebundenen Hydroxygruppe in Gegenwart des anorganischen Adsorptionsmittels durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das anorganische Adsorptionsmittel einen Aluminiumanteil, berechnet als AI2O3 von mehr als 40 Gew.-% aufweist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das anorganische Adsorptionsmittel eine spezifische
Oberfläche von mehr als 100 m2/g aufweist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das anorganische Adsorbermaterial ein Porenvolumen von mehr als 0,2 ml/g aufweist, bestimmt als kumilatives Porenvolumen nach BJH für Poren mit einem Durchmesser von 1,7 bis 300 nm.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das anorganische Adsorbermaterial ein Aluminiumsilikat ist
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach der Abtrennung der an der zweiten Verbindung
abgereicherten Mischung die an dem anorganischen
Adsorbermaterial adsorbierte zweite Verbindung von dem anorganischen Adsorbermaterial desorbiert wird.
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