View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

4. Kinetik
Dieses Kapitel hat die kinetische Charakterisierung der durch die Benzaldehydlyase
katalysierten Reaktionen zum Inhalt. Da sowohl die Struktur als auch der genaue Reaktionsmechanismus
des Enzyms bislang unbekannt ist, ist die Einteilung des Reaktionssystems
in Einzelreaktionen schwierig. Zum Beispiel ist die Fragestellung ob HPP
durch direkte Kondensation von Benzaldehyd und Acetaldehyd entsteht oder ob Benzoin
als Intermediat im Sinne einer Folgereaktion bei der HPP-Bildung beteiligt ist,
bislang nicht eindeutig beantwortet worden. Auf Basis mechanistischer Untersuchungen
zu anderen ThDP-abhängigen Enzymen (Kluger et al., 1995; Kluger, 1997; Kern
et al., 1997) postulierten Demir et. al. einen Reaktionsmechanismus für die BAL, der
auch den kinetischen Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit zugrunde gelegt wird
(Demir et al., 2001). (Hierauf wird im nachfolgenden Unterkapitel noch näher eingegangen.)
Dazu werden zunächst die Einzelreaktionen identifiziert, aus denen sich das
Reaktionssystem zusammensetzt. Im Anschluss daran werden die kinetischen Parameter
der Einzelreaktionen bestimmt. Wichtig für eine reaktionstechnische Bearbeitung
und damit Ziel der kinetischen Untersuchung ist die Simulation von Reaktionsverläufen
in Reaktoren und nicht die endgültige Aufklärung des Reaktionsmechanismus.
Aufgrund der Instationarität eines Batchreaktors (vgl. Kapitel 5.2.1) eignet sich die
Simulation dieses Reaktortyps sehr gut zur Überprüfung der Kinetik.
Es sei an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen, dass durch kinetische Untersuchungen
zwar ein vorgeschlagener Mechanismus widerlegt werden kann, aber der
Beweis eines postulierten Mechnismus nicht möglich ist. Zu jedem vorgeschlagenem
einfachen Mechnismus sind komplexere Alternativen denkbar, die das gleiche kinetische
Verhalten zur Folge hätten. Zum endgültigen Beweis eines Mechnismus müssen
weitere Methoden hinzugezogen werden, die die direkte Untersuchung von Zwischenprodukten
zulassen, wie z.B. spektroskopische Methoden.
4.1. Auswahl der Einzelreaktionen
Abbildung 4.1 auf Seite 36 zeigt den von Demir et. al. postulierten Reaktionsmechanismus.
Die durch Deprotonierung entstandene Ylid-Form 1 des ThDP greift im ersten
Schritt die Carbonylgruppe des (R)-Benzoins an. Unter Abspaltung eines Moleküls
Benzaldehyd entsteht aus dem Addukt 2 das resonanzstabilisierte Carbanion 3. Bei
Abwesenheit eines Akzeptors kann nach erfolgter Protonierung ein weiteres Molekül
Benzaldehyd abgespalten werden, wodurch sich der Katalysezyklus schließt. Steht ein
Akzeptor zu Verfügung so kann das Carbanion 3 unter Ausbildung einer C-C Bindung
den Carbonylkohlenstoff des Akzeptoraldehyds nucleophil angreifen.
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