Verfahrensentwicklung zur Darstellung von (2<i>R</i>,5<i>R</i>)-Hexandiol mit <i>Lactobacillus kefir</i> DSM20587

Abstract

Die Reduktion von (2,5)-Hexandion zu (2<i>R</i>,5<i>R</i>)-Hexandiol mit ruhenden, ganzen Zellen von <i>Lactobacillus kefir</i> DSM20587 wurde als Modellreaktion mit industriellem Hintergrund untersucht. Das enantiomerenreine Diol wird für die Synthese von DuPhos, einem chiralen Liganden, welcher bei homogen Hydrierungen eingesetzt wird, verwendet. Zunächst wurden sowohl die Kinetik, als auch die Stöchiometrie der Reaktion untersucht. Im Zuge der Untersuchungen zur Stöchiometrie der Reaktion konnten alle auftretenden extrazellulären Metabolite identifiziert und quantifiziert werden.<br /> In Fed-Batch Experimenten konnte (2<i>R</i>,5<i>R</i>)-Hexandiol enantiomerenrein mit einer chemischen Selektivität von 93% dargestellt werden. Um ein Verfahren zur Synthese von kg-Mengen zur Verfügung zustellen, wurde ein kontinuierlich betriebener Rührkessel (CSTR) mit Zellrückhaltung etabliert und charakterisiert.<br /> Dieser wurde im 2-L Maßstab betrieben, so daß im Hinblick auf eine<span style="mso-spacerun: yes"> </span>Kommerzialisierung bereits kg-Mengen von (2<i>R</i>,5<i>R</i>)-Hexandiol im Rahmen dieser Arbeit<span style="mso-spacerun: yes"> </span>produziert werden konnten. Dabei konnte eine Raum-Zeit-Ausbeute von 64 g*L^-1*d^-1 erzielt werden. Ergänzt wurde der CSTR durch eine angekoppelte Flüssig-Flüssig-Gegenstromextraktion. Diese Gegenstromextraktion wurde mit Ethylacetat als Extraktionsmittel betrieben und lieferte eine Extraktionsleistung von über 90%. Das Produkt sammelte sich im Sumpf der Destillation, so daß hier chargenweise nur noch das Ethylacetat abgetrennt werden mußte, um das Produkt zu kristallisieren. Neben der Flüssig-Flüssig-Extraktion wurden auch andere Aufarbeitungsverfahren auf ihre Einsatzfähigkeit untersucht.<br /> Die Ergebnisse aus der Synthese von (2<i>R</i>,5<i>R</i>)-Hexandiol<span style="mso-spacerun: yes"> </span>wurden auf ein anderes Substrat bzw. einen anderen Biokatalysator übertragen. So konnte in einem weiteren kontinuierlichen Experiment 2-Oktanon stereospezifisch zu (2<i>R</i>)-Oktanol reduziert werden. Hierbei wurde eine Raum-Zeit-Ausbeute von 42,4 g*L^-1*d^-1 erreicht werden. Durch Einsatz von Bäckerhefe konnte mit der gleichen Technik unter aeroben Bedingungen 3-Oxobuttersäureethylester zu (3<i>S</i>)-Hydroxybuttersäureethylester reduziert werden. Bei dieser Reduktion konnte ein Enantiomerenüberschuß von >95% und eine Raum-Zeit-Ausbeute von 15 g*L^-1*d^-1 erreicht werden.