Basische Katalysatoren für Isomerisierung von Glucose

Glukose ist der am leichtesten verfügbare Zucker, der aus Stärke oder Cellulose gewonnen werden kann. Die Isomerisierung von Glukose führt zur Bildung von Fruktose, einem Zucker mit derselben chemischen Formel, aber einer anderen Anordnung der Atome im Raum. Heutzutage wird die Isomerisierung von Glukose zu Fruktose auf industrieller Ebene für die Lebensmittelindustrie durchgeführt; dies ist bei weitem der größte synthetische biokatalytische Prozess. Fruktose hat in letzter Zeit die Aufmerksamkeit der Forschungsgemeinschaft nicht nur als Süßstoff, sondern auch als wichtiges Zwischenprodukt für die Produktion vollständig erneuerbarer Kunststoffe auf sich gezogen. Die Synthese von Kunststoffen auf der Basis erneuerbarer Ressourcen anstelle von erschöpfbaren fossilen Rohstoffen würde zu einer erheblichen Reduzierung der Treibhausgasemissionen führen. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung aktiver, selektiver und stabiler Katalysatoren für die Isomerisierung von Glukose zu Fruktose, die wirtschaftlicher sind als die derzeit verwendeten Biokatalysatoren. In Zusammenarbeit mit französischen Projektpartnern werden wir an der Synthese neuartiger fester Katalysatoren, deren Tests und der Untersuchung des Phänomens während der Katalyse mit experimentellen und rechnerischen Methoden arbeiten. Katalysatoren sind Stoffe, die chemische Reaktionen beschleunigen, ohne selbst verbraucht zu werden. Drei wichtige Leistungskennzahlen eines Katalysators sind Aktivität, Selektivität und Stabilität unter den Reaktionsbedingungen. Die Aktivität beschreibt die Fähigkeit des Katalysators, die Reaktionsgeschwindigkeit zu verbessern. Selektivität bezieht sich auf die Bildung eines bestimmten Produkts zugunsten anderer Produkte. Stabilität hängt von der Zeit ab, in der ein Katalysator ohne Verlust seiner Leistung eingesetzt werden kann. Das Verständnis der Zusammenhänge zwischen der Struktur des Katalysators und seinen Leistungskennzahlen wird uns helfen, einen Katalysator mit optimierten Parametern zu entwerfen. Die Untersuchung von Nebenreaktionen und des Reaktionsmechanismus auf molekularer Ebene sowie der Vergleich von löslichen und festen Katalysatoren stellen wichtige Meilensteine des Projekts dar, die Einblicke in die Chemie der katalytischen Isomerisierung ermöglichen.