TY - BOOK

T1 - Chemo- und biokatalytische Synthesestrategien zur Darstellung und funktionellen Charakterisierung Aminosäure-basierter Tenside aus biogenen Rohstoffen

AU - Jolmes, Tristan

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Der aktuelle Trend hin zu umweltfreundlicheren Produkten und grüneren Verfahren ist für die chemische Industrie von zunehmender Bedeutung und spielt bei der Synthese von Tensiden, die in großem Maßstab hergestellt werden, eine wichtige Rolle. Um diesem Trend gerecht zu werden, wurden in dieser Arbeit zwei unterschiedliche Strategien verfolgt: Einerseits die Entwicklung & Optimierung von grüneren Syntheserouten zur Herstellung von bereits etablierten Tensiden und andererseits wurden auch neue Tensid-Strukturen entwickelt, charakterisiert und evaluiert. Acylaminosäuren werden technisch nach der Schotten-Baumann-Methode durch Acylierung mit Carbonsäurechloriden hergestellt, welche ihrerseits mit umweltschädlichen Chlorierungsreagenzien produziert werden müssen. In anfänglichen Untersuchungen wurden die chemische Kupplung mit Propylphosphonsäure-Anhydrid (T3P) und die enzymatische Acylierung mittels der neuen Aminoacylase aus Paraburkholderia monticola (PmAcy) als attraktive Alternativen identifiziert. Mit T3P konnte eine schutzgruppenfreie Synthese von Acylaminosäuren in guten Ausbeuten etabliert werden. Die Notwendigkeit des Einsatzes von organischen Basen qualifiziert T3P vor allem zur Synthese von Spezialchemikalien und potenziellen pharmazeutisch nutzbaren Peptid-Verbindungen. Mit PmAcy wurde erfolgreich die Kupplung von verschiedenen Aminosäuren und Fettsäuren demonstriert. Die Reaktion konnte in ein Puffer-freies System übertragen und ein Enzym-Recycling gezeigt werden. Die nachhaltige Synthese des antimikrobiellen Tensids N-Lauroyl-Arginin Ethyl Ester (LAE) gelang in einer zwei-schrittigen Kaskade mit PmAcy und immobilisierter Pseudozyma antarctica Lipase. Neuartige Tensidstrukturen wurden in einer zweistufigen Reaktion aus vollständig biogenen Substraten erzeugt. Das Monoterpen Myrcen sowie konjugierte Linolsäure wurden in einem Mikrowellen-unterstützten Ansatz erfolgreich mit den zyklischen Anhydriden Maleinsäure-Anhydrid und Citraconsäure-Anhydrid verknüpft. Die ringöffnende Kupplung mit Aminosäuren liefert ein Portfolio an amphoteren und anionischen Tensiden, die in guten Ausbeuten erhalten wurden. Die anschließende physikochemische Charakterisierung zeigte hohe Schaumstabilitäten und minimale Oberflächenspannungen von bis zu 31 mN m-1. Nach Veresterung mit Ethanol wurden kationische Tenside erhalten, die eine moderate antimikrobielle Wirkung gegen grampositive und gramnegative Bakterien sowie Hefe zeigten.

AB - Der aktuelle Trend hin zu umweltfreundlicheren Produkten und grüneren Verfahren ist für die chemische Industrie von zunehmender Bedeutung und spielt bei der Synthese von Tensiden, die in großem Maßstab hergestellt werden, eine wichtige Rolle. Um diesem Trend gerecht zu werden, wurden in dieser Arbeit zwei unterschiedliche Strategien verfolgt: Einerseits die Entwicklung & Optimierung von grüneren Syntheserouten zur Herstellung von bereits etablierten Tensiden und andererseits wurden auch neue Tensid-Strukturen entwickelt, charakterisiert und evaluiert. Acylaminosäuren werden technisch nach der Schotten-Baumann-Methode durch Acylierung mit Carbonsäurechloriden hergestellt, welche ihrerseits mit umweltschädlichen Chlorierungsreagenzien produziert werden müssen. In anfänglichen Untersuchungen wurden die chemische Kupplung mit Propylphosphonsäure-Anhydrid (T3P) und die enzymatische Acylierung mittels der neuen Aminoacylase aus Paraburkholderia monticola (PmAcy) als attraktive Alternativen identifiziert. Mit T3P konnte eine schutzgruppenfreie Synthese von Acylaminosäuren in guten Ausbeuten etabliert werden. Die Notwendigkeit des Einsatzes von organischen Basen qualifiziert T3P vor allem zur Synthese von Spezialchemikalien und potenziellen pharmazeutisch nutzbaren Peptid-Verbindungen. Mit PmAcy wurde erfolgreich die Kupplung von verschiedenen Aminosäuren und Fettsäuren demonstriert. Die Reaktion konnte in ein Puffer-freies System übertragen und ein Enzym-Recycling gezeigt werden. Die nachhaltige Synthese des antimikrobiellen Tensids N-Lauroyl-Arginin Ethyl Ester (LAE) gelang in einer zwei-schrittigen Kaskade mit PmAcy und immobilisierter Pseudozyma antarctica Lipase. Neuartige Tensidstrukturen wurden in einer zweistufigen Reaktion aus vollständig biogenen Substraten erzeugt. Das Monoterpen Myrcen sowie konjugierte Linolsäure wurden in einem Mikrowellen-unterstützten Ansatz erfolgreich mit den zyklischen Anhydriden Maleinsäure-Anhydrid und Citraconsäure-Anhydrid verknüpft. Die ringöffnende Kupplung mit Aminosäuren liefert ein Portfolio an amphoteren und anionischen Tensiden, die in guten Ausbeuten erhalten wurden. Die anschließende physikochemische Charakterisierung zeigte hohe Schaumstabilitäten und minimale Oberflächenspannungen von bis zu 31 mN m-1. Nach Veresterung mit Ethanol wurden kationische Tenside erhalten, die eine moderate antimikrobielle Wirkung gegen grampositive und gramnegative Bakterien sowie Hefe zeigten.

U2 - 10.15488/15737

DO - 10.15488/15737

M3 - Dissertation

CY - Hannover

ER -