View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5. Biotransformationen im homogenen System
Zu Beginn der Reaktion liegt eine hohe Benzaldehydkonzentration vor. Entsprechend
den im Kapitel 4 erhaltenen Ergebnissen wird zunächst (R)-Benzoin und (R)-
HPP gebildet. Das gebildete Benzoin stellt wiederum ein Substrat für das Enzym dar
und kann mit Acetaldehyd ebenfalls zu HPP reagieren. Wie in Kapitel 4.2.4 gezeigt
entsteht bei dieser Reaktion pro gebildetem Molekül HPP auch ein Molekül Benzaldehyd.
Die Abnahme der Benzaldehydkonzentration verlangsamt sich dadurch, was
auch in Abbildung 5.1 ab ca. 0, 25 h zu erkennen ist. Zum Ende der Reaktion sind
sowohl Benzaldehyd als auch Benzoin nahezu quantitativ in HPP überführt. Der ee
liegt im Batchversuch bei über 99 %.
Werden Batchreaktionen mit einer hohen Startkonzentration von Benzaldehyd durchgeführt
(> 20 mM), so kann die Konzentration des intermediär gebildeten Benzoins
die Grenzlöslichkeit (1,5 mM) im Reaktionssystem überschreiten. Es kommt im Laufe
der Batchreaktion zu einer Präzipitation von Benzoin. Da jedoch das in Lösung verbliebene
Benzoin weiter mit Acetaldehyd zu HPP reagiert, geht der Niederschlag nach
und nach wieder in Lösung.
Das vollständige Abreagieren von Benzaldehyd und Benzoin erleichtert die Produktaufarbeitung
erheblich. Um einen vollständigen Umsatz mit quantitativer Ausbeute
an HPP zu erreichen, kann Acetaldehyd im Überschuss eingesetzt werden. Die erhöhte
Konzentration des Akzeptoraldehyds wirkt als thermodynamische Triebkraft
auf das Reaktionssystem. Der Überschuss an Acetaldehyd kann nach der Reaktion
durch Anlegen eines Vakuums leicht vom Produkt entfernt werden. Um den Einfluss
der Acetaldehydkonzentration auf die Thermodynamik des Reaktionssystem zu untersuchen,
werden Batchversuche mit unterschiedlichen Acetaldehydkonzentrationen
durchgeführt. Das Ergebnis ist in Abbildung 5.2 dargestellt.
Umsatz / -
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
30 mM
60 mM
120 mM
0,0
0 1 2 3
Zeit / h
4 5 6
1,0
0,9
0 1 2 3 4 5 6 0,8
30 mM
60 mM
120 mM
Zeit / h
Abbildung 5.2.: Einfluss der Acetaldehydkonzentration auf das thermodynamische
Gleichgewicht der HPP-Bildung (20 mM Benzaldehyd, 35 mM
TEA, pH = 8, 0,35 mM ThDP, 0,35 mM MgSO4, 30vol%DMSO,
3UmL −1 BAL, T = 20 ◦ C, V = 3 mL). Die Datenpunkte sind
durch visuelle Hilfslinien miteinander verbunden.
50
Schon bei einer leicht erhöhten Acetaldehydkonzentration (30 mM bei 20 mM Benz-
Umsatz / -