Untersuchung der Reaktionsmechanismen der basenkatalysierten Isomerisierung von Aldosen zu Ketosen zur Entwicklung effizienter katalytischer Methoden

• Antragstellerin: Dr. Irina Delidovich, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397970309

Die Isomerisierung von Aldosen zu Ketosen stellt eine industriell relevante Reaktion dar. Damit werden Ketosaccharide hergestellt, die in der Lebensmittelindustrie, der Pharmazie, der Synthese chiraler organischer Verbindungen und potenziell zur Herstellung von Biotreibstoffen eingesetzt werden können. Bestehende industrielle Isomerisierungsprozesse werden enzymatisch katalysiert, während chemo-katalytische Synthesewege einige Vorteile gegenüber diesen biotechnologischen Herstellungsmethoden bieten. So sind Chemo-Katalysatoren oftmals preiswerter und weniger sensitiv gegenüber potenziellen Verunreinigungen der Edukte. Darüber hinaus übertrifft die thermische Beständigkeit von Chemo-Katalysatoren die thermische Beständigkeit von Enzymen deutlich. Entsprechende Verfahren können daher bei höherer Temperatur durchgeführt werden, d.h. bei höherer Reaktionsgeschwindigkeit und mit verbesserten Raum-Zeit-Ausbeuten. Feste Katalysatoren sind besonders vorteilhaft aufgrund ihrer einfachen Abtrennung und der Möglichkeit der Wiederverwendbarkeit der Materialien.Das vorliegende Forschungsprojekt befasst sich mit der Untersuchung basischer Katalysatoren zur Isomerisierung von Aldosen zu Ketosen mit dem Ziel maßgeschneiderte Chemo-Katalysatoren für diese Prozesse zu entwickeln. Obwohl die Isomerisierung mit den basischen Katalysatoren seit langem bekannt ist, ist der molekulare Mechanismus der Reaktion noch kaum verstanden. Gleichzeitig soll ein Einblick in die Kinetik und den Mechanismus der Isomerisierung sowie auftretender Nebenreaktionen eine wissensbasierte Entwicklung effizienter Katalysatoren erlauben.Zunächst wird in diesem Forschungsvorhaben die Glucose-Fructose-Isomerisierung untersucht, um die Zusammenhänge zwischen Reaktionskinetik, Mechanismus und Natur löslicher bzw. fester Katalysatoren zu bestimmen. Die Isomerisierung weiterer Aldosen wird betrachtet, um die Abhängigkeit der Reaktionseffizienz von der Struktur des Edukts zu bestimmen. Schließlich soll die Stabilität fester basischer Katalysatoren unter Reaktionsbedingungen adressiert werden. Die vorgesehenen Untersuchungen ermöglichen ein grundlegendes Verständnis der wesentlichen Faktoren zum Design geeigneter Katalysatoren und katalytischer Prozesse zur Isomerisierung von Aldosen zu Ketosen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen