Reaction engineering of enantioselective Henry reaction catalysed by hydroxynitrile lyase from Hevea brasiliensis

Die Kondensation von Nitroalkanen mit Carbonylverbindungen (Henry-Reaktion) ist eine wichtige synthetische Reaktion der C-C-Bindungsknüpfung.Die Produkte sind Nitroalkohole, die nützliche Intermediate für verschiedene pharmazeutische Produkte und Agrochemikalien sind. Wird die Reaktion unter der einfachen Methode der Basenkatalyse durchgeführt, erhält man schließlich Nitroalkohole, die in einer racemischen Mischung von Stereoisomeren vorliegen. Für die meisten Anwendungen werden jedoch enantiomerenreine Nitroalkohole vorausgesetzt. Daher ist die Entwicklung enantioselektiver Varianten der Henry-Reaktion von großem Interesse. In diesem Projekt wird die Henry-Reaktion, die durch das Enzym Hydroxynitrile lyase aus Hevea brasiliensis katalysiert wird, untersucht. Diese biokatalytische Reaktion wurde erstmals von der TU Graz (Österreich) erforscht und ist das bisher einzige bekannte Beispiel einer biokatalysierten Nitroaldol-Kondensation. Das Enzym zeigt hervorragende Enantioselektivität der Henry-Reaktion. Allerdings hat es eine sehr geringe Aktivität, die ein up-scale des biokatalytischen Prozesses nicht ermöglicht. Das Hauptziel dieses Projekts liegt daher in der Verbesserung der Aktivität des Enzyms.

Die Methoden, die zur Optimierung des Enzyms eingesetzt werden, sind rational reaction- und protein engineering. Es werden detaillierte Informationen über die molekularen Mechanismen der Reaktion katalysiert durch das Enzym benötigt. Für die mechanistischen Untersuchungen werden Methoden der Enzymkinetik und Molecular Modeling verwendet.

Neben der Hydroxynitrillyase werden in diesem Projekt andere bekannte enantioselektive katalytische Systeme wie z.B. Jacobsen and Evans Metalokomplexe untersucht und in Hinsicht auf Raum-Zeit-Ausbeute, Stabilität und Wechselzahl mit dem biokatalytischen System verglichen.

Stichwörter

• Enzymkatalysierte Synthese
• Henry-Reaktion
• Hydroxynitril Lyase
• Nitroalkohole