Deracemisierungen mit Enzym-Membranreaktoren im Nanomaßstab - Golombek, Florian (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, 2022)
Aufgrund der oft unterschiedlichen pharmakologischen Wirkung zweier Enantiomere eines Racemats, spielen enantioselektive Synthesen in der Produktion von Arzneiwirkstoffen eine wichtige Rolle. Eine Möglichkeit hierfür bieten Deracemisierungen, bei denen beispielsweise eine Racematspaltung mit einer Racemisierung des verbleibenden Enantiomers kombiniert wird. Im Gegensatz zur klassischen Racematspaltung können so Ausbeuten von mehr als 50 % erzielt werden. Dabei treten jedoch sehr häufig Inkompatibilitäten zwischen den beiden Reaktionen auf. So erfolgen Racematspaltungen meist durch selektive Acylierungen mit Enzymen aus der Klasse der Lipasen, welche zum Erzielen hoher Selektivitäten üblicherweise organische Lösemittel mit geringer Wasseraktivität benötigen. Unter diesen Bedingungen sind die zumeist lösemittelsensitiven Racemasen jedoch inaktiv, weshalb eine räumliche Trennung der einzelnen Reaktionen erfolgen muss. Ziel dieser Forschungsarbeit war daher die Entwicklung von Enzymmembranreaktoren im Nanomaßstab (nano‑EMRs), welche die räumliche Trennung enzymatischer Reaktionen in wässrigen Zweiphasensystemen auf nanoskaliger Ebene ermöglichen. Als nano‑EMRs dienten künstliche Polymervesikel, sogenannte Polymersomen, deren Membranen aus amphiphilen Block‑Copolymeren bestehen und in deren wässrigem Inneren lösliche Enzyme eingeschlossen werden können. Um eine Desintegration der Vesikelmembran in organischen Lösemitteln zu vermeiden, wurden die einzelnen Membranpolymere durch radikalische Polymerisation quervernetzt. Hierdurch wurde die Integrität der Vesikelmembran erhalten und der Molekülverlust beladener Versikel verringert. Gleichzeitig wurde der Stofftransport potentieller Reaktanten über die Vesikelmembran erhöht, indem das Transmembrankanalprotein Phosphoporin Protein E aus Escherichia coli K‑12 in die Membran eingebettet wurde. Die Eignung dieser nano‑EMRs für Deracemisierungen wurde schließlich anhand der Deracemisierung von (R,S)‑Mandelat gezeigt. Hierzu wurde die Lipase aus Burkholderia cepaciamit der Mandelatracemase aus Pseudomonas putida ATCC 12633 kombiniert. Während die Mandelatracemase aufgrund ihrer hohen Lösemittelsensitivität im wässrigen Innenraum der nano‑EMRs eingeschlossen wurde, konnte die Lipase in der organischen Bulkphase bei geringen Wasseranteilen dispergiert werden. Durch den gemeinsamen Einsatz beider Enzyme wurde eine Ausbeute von 72 % bei einem Enantiomerenüberschuss (enantiomeric excess, ee) des Produkt‑Enantiomers von >99 % erziel