Combination of Suzuki Cross-Coupling Reaction and Biocatalysis in One-Pot Cascade Processes

Aktualisiert am:19/01/2025

Dokumentinformationen

Autor	M. Sc Juraj Paris
Schule	University of Bielefeld
Fachrichtung	Natural Sciences
Veröffentlichungsjahr	2019
Ort	Bielefeld
Dokumenttyp	dissertation

Sprache	English
Seitenanzahl	195
Format
Größe	6.04 MB

Biocatalysis
Green Chemistry
Chemoenzymatic Cascade Reactions

Zusammenfassung

I. Einleitung und Zielsetzung

Die Dissertation mit dem Titel Kombination der Suzuki-Kreuzkupplungsreaktion und Biokatalyse in Ein-Topf-Kaskadenprozessen untersucht die Synergien zwischen chemischen und biochemischen Katalyseverfahren. Der Fokus liegt auf der Entwicklung nachhaltiger chemoenzymatischer Kaskadenreaktionen zur Synthese optisch reiner Amine und Aminoalkohole, die als pharmazeutische Wirkstoffe von Bedeutung sind. Die Arbeit wurde im Rahmen des BIOCASCADES-Projekts durchgeführt, das eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Universitäten und Industriepartnern fördert. Ein zentrales Ziel ist die praktische und wirtschaftliche Implementierung dieser neuartigen Reaktionswege. Die Dissertation hebt die Relevanz der Biokatalyse und der grünen Chemie hervor, indem sie die Notwendigkeit umweltfreundlicher Technologien betont. Die Ergebnisse dieser Forschung könnten nicht nur die chemische Synthese revolutionieren, sondern auch zur Reduzierung von Abfällen und zur Verbesserung der Effizienz in der chemischen Industrie beitragen.

1.1 Hintergrund und Motivation

Die Motivation hinter dieser Forschung ergibt sich aus der Notwendigkeit, nachhaltige chemische Prozesse zu entwickeln. Die Suzuki-Kreuzkupplungsreaktion ist eine bewährte Methode zur Synthese von Biarylverbindungen, jedoch sind die herkömmlichen Verfahren oft umweltschädlich. Die Integration von Biokatalyse in diese Prozesse könnte die Effizienz steigern und gleichzeitig die Umweltbelastung verringern. Die Dissertation zeigt, dass durch die Kombination von chemischen und enzymatischen Katalysatoren in einem Ein-Topf-Verfahren signifikante Fortschritte erzielt werden können. Diese innovative Herangehensweise könnte die Entwicklung neuer Medikamente und chemischer Produkte fördern und gleichzeitig die Prinzipien der grünen Chemie unterstützen.

II. Methodik und Ergebnisse

Die Methodik dieser Dissertation umfasst die Entwicklung und Optimierung von Reaktionsbedingungen für die Suzuki-Kreuzkupplungsreaktion in Kombination mit enzymatischen Prozessen. Die Verwendung von Deep Eutectic Solvents (DES) als Reaktionsmedium stellt einen innovativen Ansatz dar, der die Löslichkeit der Reaktanten verbessert und die Reaktionskinetik optimiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kombination von chemischen und enzymatischen Katalysatoren in einem Ein-Topf-Verfahren nicht nur die Ausbeuten erhöht, sondern auch die Selektivität der Produkte verbessert. Die Dissertation dokumentiert mehrere erfolgreiche Synthesen von Biarylalkoholen und -aminen, die durch diese neuartigen Kaskadenreaktionen erzielt wurden. Diese Ergebnisse sind von großer Bedeutung für die chemische Industrie, da sie die Entwicklung effizienter und umweltfreundlicher Synthesemethoden unterstützen.

2.1 Optimierung der Reaktionsbedingungen

Die Optimierung der Reaktionsbedingungen umfasste die Variation von Temperatur, pH-Wert und Katalysatormenge. Die Dissertation hebt hervor, dass die sorgfältige Auswahl der Deep Eutectic Solvents entscheidend für den Erfolg der Reaktionen war. Durch die Anpassung dieser Parameter konnten die Reaktionsausbeuten signifikant gesteigert werden. Die Ergebnisse belegen, dass die Kombination von Palladiumkatalyse und enzymatischen Prozessen in einem Ein-Topf-Verfahren nicht nur praktikabel, sondern auch wirtschaftlich vorteilhaft ist. Diese Erkenntnisse könnten weitreichende Auswirkungen auf die industrielle Anwendung dieser Technologien haben und die Entwicklung nachhaltiger chemischer Prozesse vorantreiben.

III. Schlussfolgerungen und Ausblick

Die Dissertation schließt mit der Feststellung, dass die Kombination der Suzuki-Kreuzkupplungsreaktion und der Biokatalyse in Ein-Topf-Kaskadenprozessen ein vielversprechender Ansatz zur Entwicklung nachhaltiger chemischer Synthesen ist. Die erzielten Ergebnisse zeigen das Potenzial dieser Methoden zur Verbesserung der Effizienz und Umweltverträglichkeit in der chemischen Industrie. Zukünftige Forschungen sollten sich auf die Erweiterung dieser Techniken konzentrieren, um eine breitere Palette von Reaktionen und Produkten zu ermöglichen. Die Integration von Biokatalyse in industrielle Prozesse könnte nicht nur die Kosten senken, sondern auch die Abhängigkeit von schädlichen Chemikalien reduzieren. Diese Dissertation leistet einen wertvollen Beitrag zur Forschung im Bereich der nachhaltigen Chemie und bietet eine solide Grundlage für zukünftige Entwicklungen in diesem Bereich.

3.1 Bedeutung für die Industrie

Die Ergebnisse dieser Dissertation haben weitreichende Implikationen für die chemische Industrie. Die Entwicklung umweltfreundlicherer Synthesemethoden könnte die Wettbewerbsfähigkeit europäischer Unternehmen im globalen Markt stärken. Die Anwendung von chemoenzymatischen Kaskadenreaktionen könnte nicht nur die Effizienz steigern, sondern auch die Innovationskraft in der chemischen Forschung fördern. Die Dissertation zeigt, dass durch die Kombination von chemischen und enzymatischen Katalysatoren in einem Ein-Topf-Verfahren signifikante Fortschritte erzielt werden können, die sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile bieten.