Dr.-Ing. Florian Golombek – Dynamisch-kinetische Racematspaltungen

Bei der Herstellung enantiomerenreiner Verbindungen mit Hilfe dynamisch-kinetischer Racematspaltungen kommt es sehr häufig zu Inkompatibilitäten zwischen den Spaltungs- und Racemisierungsreaktionen. Enzyme aus der Klasse der Lipasen werden oft für kinetische Racematspaltungen durch selektive Acylierung verwendet, jedoch ist ihre Kombination mit geeigneten Racemasen schwierig, da Acylierungen üblicherweise in organischen Lösemitteln mit geringer Wasseraktivität ablaufen. Unter diesen Bedingungen sind die meisten Racemasen jedoch inaktiv, weshalb eine räumliche Trennung der einzelnen Reaktionen erfolgen muss.

Schematische Darstellung eines Vesikels (als Sphere) , das mit Enzymen gefüllt ist.

Ziel dieser Forschungsarbeit war die Entwicklung von Enzymmembranreaktoren im Nanomaßstab für ihre Anwendung in dynamisch-kinetischen Racematspaltungen in zweiphasigen Reaktionssystemen. Als Nanoreaktoren dienten Polymervesikel, in denen lösliche Enzyme verkapselt wurden. Um diese Nanoreaktoren für Umsetzungen in Zweiphasensystemen nutzbar zu machen, musste eine Stabilisierung der Polymermembran gegenüber organischen Lösemitteln erfolgen und selektiver Stofftransport mit Hilfe geeigneter Kanalproteine ermöglicht werden.

Im Anschluss an die Etablierung des Gesamtsystems wurde eine umfassende reaktionstechnische Charakterisierung sowie eine modellgestützte Optimierung des Prozesses durchgeführt.

Dieses Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert (Basistechnologien Nachwuchsgruppe: UniComp – Funktionelle Erweiterung polymerbasierter Reaktionskompartimente für Multienzymsynthesen, Förderkennzeichen 031B0221).

Veröffentlichungen:

Golombek F (2022): Deracemisierungen mit Enzym-Membranreaktoren im Nanomaßstab. Dissertation.

Golombek F, Haumann M, Knoll M, Fröba AP, Castiglione K (2021): Three Steps, Two Enzymes, One Pot, but a Multitude of Nanocompartments: Combined Cycles of Kinetic Resolutions and Re-racemization with Incompatible Biocatalysts. ACS Omega, 6, 43, 29192–29200.

Mertz M, Golombek F, Boye S, Moreno S, Castiglione K (2021): Fast and effective chromatographic separation of polymersomes from proteins by multimodal chromatography. J Chrom B, 1162, 122459.

Golombek F, Castiglione K (2020): Polymersomes as Nanoreactors Enabling the Application of Solvent-Sensitive Enzymes in Different Biphasic Reaction Setups. Biotechnol J, 15, 1900561.