Bioactive Pickering emulsions for sustainable oxyfunctionalization
用于可持续氧官能化的生物活性 Pickering 乳液
基本信息
- 批准号:495312945
- 负责人:
- 金额:--
- 依托单位:
- 依托单位国家:德国
- 项目类别:Research Grants
- 财政年份:
- 资助国家:德国
- 起止时间:
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Functionalization with oxygen is a key operation in various organic chemical syntheses. With regard to environmental protection and sustainability, replacing the currently used highly toxic oxidizing agents such as chromates by hydrogen peroxide or molecular oxygen is highly desired. A variety of enzymes such as lipases and per- and monooxygenases catalyze these reactions under mild and selective conditions. However, due to the lack of an appropriate technology, that synchronizes both the specific features of oxyfunctionalization reactions and the specific properties of biocatalysts, bio-based oxyfunctionalization has hardly been adopted for synthesis yet. Based on the knowledge gained from previous joint projects, we here propose that bioactive Pickering emulsions (BioPEs) in a continuous membrane reactor could be a viable basis for such a technology. We suppose that both the formulation of the biocatalyst or its placement at the liquid-liquid interface, respectively, and the physical properties of the BioPE can be optimized to increase synthetic performance. Thus, this project systematically investigates the employment of BioPE in a continuous membrane reactor for the sustainable biocatalyzed oxyfunctionalization of organic compounds with differently complex biocatalysts (lipases, per- and monooxygenases), taking into account specific features of the catalytic systems, the reaction technology and their interplay. It addresses the fundamental question if, or possibly which biocatalyzed oxyfunctionalization benefits from implementation into Pickering emulsions, and will identify and optimize key parameters (e.g. drop size, interfacial area, biocatalyst load and location, substrate supply, phase composition) that determine the catalytic performance of the reaction system. The interdisciplinary approach with partners from biotechnology and engineering enables in-depth understanding of the enzymatic and physico-chemical processes within. We also expect that by knowledge gain on the influence of emulsion properties and composition a mathematical model can be developed to describe the reaction kinetics in BioPE and help finding the optimal technological conditions for efficient oxyfunctionalization. The project outcome can fundamentally contribute to make biocatalyzed oxyfunctionalization accessible for biochemical processes.
氧官能化是各种有机合成中的关键操作。在环境保护和可持续性方面,用过氧化氢或分子氧取代目前使用的剧毒氧化剂如铬酸盐是非常必要的。各种酶,如脂肪酶和加氧酶和单加氧酶,在温和和选择性的条件下催化这些反应。然而,由于缺乏一种合适的技术来同步氧官能化反应的特性和生物催化剂的特性,生物基氧官能化还很难用于合成。根据以前的联合项目所获得的知识,我们在这里提出,在连续膜反应器中的生物活性Pickering乳剂(BioPEs)可能是这项技术的可行基础。我们认为,无论是生物催化剂的配方还是其在液-液界面的位置,以及生物PE的物理性质都可以优化,以提高合成性能。因此,本项目系统地研究了在连续膜反应器中使用BioPE对具有不同复杂的生物催化剂(脂肪酶、过氧酶和单加氧酶)的有机化合物进行可持续的生物催化氧化功能化,考虑到催化系统、反应技术和它们之间的相互作用的具体特点。它解决了生物催化氧官能化是否或可能从实施到Pickering乳液中受益的根本问题,并将确定和优化决定反应体系催化性能的关键参数(例如液滴大小、界面面积、生物催化剂负载和位置、底物供应、相组成)。与生物技术和工程学合作伙伴的跨学科方法使我们能够深入了解内部的酶和物理化学过程。我们还期望通过对乳液性质和组成影响的知识获取,可以建立一个数学模型来描述BioPE中的反应动力学,并帮助找到有效的氧化官能化的最佳工艺条件。该项目的成果可以从根本上促进生物催化氧化功能化可用于生化过程。
项目成果
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