Ahlquist, M.; Gustaffson, M; Karlsson, M.; Thanning, M.; Axelsson, O.; Wendt, O. F., Inorg. Chim. Acta , 2006, in press
Aki, S. N. V. K., Chem. Commun., 2001, 413-414.
Amrani, Y.; Lecomte, L.; Sinou, D.; Bakos, J.;Toth, I.; Heil, B., Organometallics, 1989, 8, 542-546.
Anderson, J. L.; Ding, J.; Welton, T.; Armstrong, D. W., J. Am. Chem. Soc., 2002, 124, 14247-14254.
Armstrong, D. W.; He, L.; Liu, Y. S.Anal. Chem., 1999, 71, 3873-3876.
Armstrong, D. W.; Yamazaki, H., TIBTECH,1986, 10, 264-268.
Baudequin, C.; Baudoux, J.; Levillain, J.; Cahard, D.; Gaumont, A. C.; Plaquevent, J.
C., Tetrahedron-Asymmetr., 2003, 14, 3081-3093.
Bélafi-Bakó, K.; Kabiri Badr, A.; Nemestóthy, N.; Ehrenstein, U.; Gubicza, L., Chem.
Papers, 2003, 57, 277-280.
Berger, R. G.: Aroma Biotechnology, Springer Verlag, Heidelberg, 1995
Berger, A.; de Souza, R. F.; Delago, M. R.; Dupont, J., Tetrahedron-Asymmetr., 2001, 12, 1825-1828.
Berthod, A.; He, L.; Armstrong, D. W., Chromatographia, 2001, 53, 63-68.
Berthod, M.; Joerger, J. M.; Mignani, G.; Vaultier, M.; Lemaire, M., Tetrahedron-Asymmetr., 2004, 15, 2219-2221.
Blanchard, A. L., J. Phys. Chem., 2001, 105, 2437-2444.
Boon, J. A.; Levisky, J. A.; Pflug, J. L.; Wilkes, J. S., J. Org. Chem., 1986, 51, 480-487.
Borbigou, H. O.; Magna, L., J. Mol. Catal. A-Chem., 2002, 182-183, 419-437.
Bornscheuer, U. T., Enzyme Microb. Tech., 1995, 17, 578-586.
Buchholz, K.; Kasche, V.; Bornscheuer, U. T.: Biocatalysis and Enzyme Technology, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2005.
Burk, M. J.; Gross, M. F.; Martinez, J. P., J. Am. Chem. Soc.,1995,117, 9375-9381.
Caemichael, A J., Seddon, K. R., J. Phys. Org. Chem., 2000, 13, 591-595.
Carda-Broch, S.; Berthod, A.; Armstrong, D. W., Anal. Bioanal. Chem., 2003, 375, 191-199.
Chauvin, Y.; Mussmann, L.; Olivier, H., Angew. Chem. Int. Edit. Engl., 1995, 34, 2698-2700.
Csihony, S.; Mehdi, H.; Horváth, I.T., Green Chem. 2001, 3, 307-308.
Davis, B. G.; Boyer, V., Nat. Prod. Rep., 2001, 18, 618-640.
de Souza, R. F.; Padilha, J. C.; Gonçalves, R. S; Dupont, J., Electrochem. Commun., 2003, 5, 728-731.
Deye, J. F. et al., Anal. Chem., 1990, 62, 614-622.
Dordick, J. S., Enzyme Microb. Tech., 1989, 41, 566-571.
Dörmő, N.; Bélafi-Bakó, K.; Bartha, L.; Ehrenstein, U.; Gubicza, L., Biochem. Eng. J., 2004, 21, 229-234.
Durand, J.; Teuma, E.; Gómez, M.; Comptes Rendus Chimie, In Press Durazo, A.; Abu-Omar, M. M., Chem. Commun., 2002, 66-70.
Dzyuba, S.; Bartsch, A., Chem. Phys. Chem., 2002, 3, 161-164.
Ehrenstein, U.; Kabasci, S.; Kümmel, R.; Dörmő, N.; Bélafi-Bakó, K.; Gubicza, L., Chem-Ing-Techn., 2003, 75, 291-294.
Erbeldinger, M.; Mesiano, M.; Russell, A. J., Biotechnol. Progr., 2000, 16, 1129-1131.
Fannin, A. A. Jr.; Floreani, D. A.; King, L. A.; Landers, J. S.;Piersma, B. J.; Stech, D.
J.; Vaughn,R. L.; Wilkes, J. S.; Williams, J. L., J. Phys. Chem., 1984, 88, 2614-2620.
Fráter, T.; Kiss, K.; Bélafi-Bakó, K.; Gubicza, L., Enzymatic synthesis of Monoglycerides, Forum for Applied Biotechnology, 2005, Gent (Belgium), poszter, 2005, 78.
Freemantle, M., Chem. Eng. News, 1998, 32-36.
Freemantle, M., Industrial Chemistry, 2003, 81, 9-16.
Fryzuck, M. D.; Bosnich, B., J. Am. Chem. Soc., 1977, 99, 6262-6267.
Garcia, S.; Lourenço, N. M. T.; Lousa, D.; Sequeira, A. F.; Mimonso, P.; Carbal, J. M.
S.; Afonso, C. A. M.; Barreiros, S., Green Chem., 2004, 6, 466-470.
Gridnev, I. D.; Higashi, N.; Asakura, K.; Imamoto, T., J. Am. Chem. Soc., 2000, 122, 7183-?
Gubicza, L., In: J. Tramper, M. M. Vermüe and M. M. Beeftink (eds.) Biocatalysis in Non-Conventional Media, Elsevier, Amsterdam (1992), 1992/a, 496-502.
Gubicza, L., Eljárás kidolgozása természetes gyümölcsaroma komponensek előállítására szerves oldószerekben lejátszódó enzimkatalitikus reakcióval Zárójelentés, Magyar Tudományos Akadémia Műszaki Kémiai Kutatóintézet, Veszprém, 1992, iktatószám 00159/1991, 03, 19, 1992/b
Gubicza, L.; Szakács-Schmidt, A., Med. Fac. Landbouww. Univ. Gent, 1995/a, 60/4a, 1977-1982.
Gubicza, L.; Szakács-Schmidt, A., Biotechnol. Techn., 1995/b, 9, 687-690.
Gubicza, L.; Kabiri Badr, A.; Keöves, E., Bélafi-Bakó, K., J. Biotechnol., 2000, 84, 193-196.
Guo, Z.; Xu, X., Org. Biomol. Chem., 2005, 3, 2615-2619.
Halpern, J., Science, 1982, 217, 401-407.
Heintz, A. et al., J. Chem. Eng. Data, 2001, 46, 1526-1529.
Herseczki, Zs.; Gergely, I.; Hegedűs, Cs.; Szöllősy, Á.; Bakos, J., Tetrahedron-Asymmetr., 2004, 15, 1673-1678.
Hitchcock, P. B.; Mohammed, T. J.; Seddon, K. R.; Zora, J. A.; Hussey, C. L.; Ward, E.
H., Inorg. Chim. Acta , 1986, 113, 125-134.
Horner, L.; Siegel, H.; Buthe, H., Angew. Chem. Int. Ed., 1968, 7, 942-957.
Huddleston, J.G.; Visser, A.; Reichert, M.; Willauer, H.; Broker, G.; Rogers R., Green Chem., 2001, 3, 156-161.
Hurley, F. H.; Wier, T. P., J. Electrochem. Soc., 1951, 98, 203-206.
Itoh, T.; Akasaki, E.; Kudo, K.; Shirakami, S., Chem. Lett., 2001, 262-263.
Izák, P.; Mateus, N. M. M.; Afonso, C. A. M.; Crespo, J. G., Sep. Purif. Technol., 2005, 41, 141-145.
Jain, N.; Kumar, A.; Cauchan, S.; Cauchan, S. M. S., Tetrahedron, 2005, 61, 1015-1060.
Jastroff, B.; Mölter, K.; Behrend, P.; Bottin-Weber, U.; Filser, J.; Heimers, A.;
Ondruschka, B.; Ranke, J.; Schaefer, M.; Schröder, H.; Stark, A.; Stepnowski, P.;
Stock, F.; Störmann, R.; Stolte, S.; Welz-Biermann, U.; Ziegert, S.; Thöming, J., Green Chem., 2005, 7, 362-372.
Jastroff, B.; Störmann, R.; Ranke, J.; Mölter, K.; Stock, F.; Oberheitmann, B.;
Hoffmann, W.; Hoffmann, J.; Nüchter, M.; Ondruschka, B.; Filser, J., Green Chem., 2003, 5, 136-142.
Jessop, P. G.; Stanley, R. R.; Brown, R. A.; Eckert, C. A.; Liotta, C. L.; Ngo, T. T.;
Pollet, P., Green Chem., 2003, 5, 3-8.
Kabiri Badr, A., Studies on enzymatic synthesis of natural ethyl acetate in non-conventional media, Ph. D. doktori értekezés, 2005, 36.
Kagan, H. B.; Dang, T. P., J. Chem. Soc., Chem. Comm., 1971, 481-489.
Kiełbasinski, P.; Albrycht, M.; Luczak, J.; Mikolajczyk, M., Tetrahedron-Asymmetr., 2002, 13, 735-738.
Kim, K. W.; Song, B.; Choi, M. Y.; Kim, M. J., Org. Lett., 2001, 10, 1507-1510.
King, R. B.; Bakos, J.; Hoff, C. D.; Markó, L. J. Org. Chem, 1979, 44, 1729-1732.
Kirchner, G.; Scollar, M. P.; Klibanov, A. M., J. Am. Chem. Soc., 1985, 107, 7072-7076.
Koel, M., Proc. Estonian Acad. Sci. Chem., 2000, 49, 145–155.
Kragl, U., Biocatalysis In Ionic Liquids, Biotrans'03, előadás, 2003.
Krishna, S. H.; Divakar, S.; Prapulla, S. G.; Karanth, N. G., J. Biotechnol., 2001, 87, 193-201.
Lau, R. M.; Rantwijk, F. van; Seddon, K. R. Sheldon, R. A., Org. Lett., 2000, 26, 4189-4191.
Lau, R. M.; Sorgedrager, M. J.; Carrea, G.; Rantwijk, F. van; Secundo, F.; Sheldon, R.
A., Green Chem., 2004, 6, 483-487.
Leblanc, D.; Morin, A.; Gu, D.; Zhang, X. M.; Bisaillon, J. G.; Paquet, M.; Dubeau, H., Biotechnol. Lett., 1998, 20, 1127-1131.
Litjens, M. J.; Straathof, A. J. J.; Jongejan, J. A.; Heijnen, J. J., Chem. Commun., 1999, 1255-1256.
Lozano, P.; de Diego, T.; Carrié, D.; Vaultier, M.; Iborra, J. L., J. Mol. Catal. B-Enzym., 2003, 21, 9-13.
Lozano, P.; de Diego, T.; Gmouh, S.; Vaultier, M.; Iborra, J. L., Biocatal. Biotrans., 2005, 23, 169-176.
Magunson, D. K., J. Solution Chem., 1984, 13, 583-587.
Marshek, W. J.; Miyano, M., Biochim. Biophys. Acta, 1973, 316, 363-365.
Masten, S. A., Toxicological Summary for Ionic Liquids, Prepared by Integrated Laboratory Systems, Inc. Research Triangle Park, North Carolina,
(http://preprint.chemweb.com/biochem/0303001), 2004, 1-56.
Ming, L. O., Ghazali, H. M., Let, C. C., Food Chem., 1998, 63, 155-159.
Monteiro, A. L.; Zinn, F. K.; de Souza, R. F.; Dupont, J., Tetrahedron-Asymmetr., 1997, 2, 177-179.
Ngo, H. L.; Hu, A.; Lin, W., Tetrahedron Lett., 2004, 595-597.
Park, S; Kazlauskas, R., Curr. Opin. Biotech.; 2003, 14, 432-437.
Park, S; Kazlauskas, R., J. Org. Chem., 2001, 66, 8395-8401.
Poole, C. F., J. Chromatogr. A, 2004, 1037, 49-82.
Poole, C. F.; Kersten, B. R.; Ho, S.S.J.; Coddens, M. E.; Furton, K. J., J. Chromatogr., 1986, 352, 407-425.
Presson, M.; Bornscheuer, U. T., J. Mol. Catal. B-Enzym., 2003, 22, 21-27.
Pretti, C.; Chiappe, C.; Pieraccini, D.; Gregori, M.; Abramo, F.; Monni, G.; Intorre, L., Green Chem., 2006, 8, 238-240.
Rantwijk, F van; Lau, R. M.; Sheldon, R. A., Trends. Biotechnol., 2003, 21, 131-138.
Reichardt, C., Chem. Rev., 1994, 94, 2319-2358.
Reichardt, C., Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry, third ed., Wiley-VCH, Verlag, Weinheim, 2003, 419.
Rogers, R. D., NATO Advanced Research Workshop (Green Industrial applications of Ionic Liquids), 2000
Russell, A. J.; Beckman, E. J.; Chaudhary, A. K., Chemtech., 1994, 3, 33-37.
Schmid, A.; Dordick, J. S.; Hauer, B.; Kiener, A.; Wubbolts, M.; Witholt, B., Nature, 2001, 409, 258-268.
Schöfer, S. H.; Kaftzik, N.; Wasserscheid, P.; Kragl, U., Chem. Commun., 2001, 425-426.
Scrivanti, A.; Bovo, S.; Ciappa, A.; Matteoli, U., Tetrahedron Lett, 2006, 47, 9261–
9265.
Sheldon, R. A.; Lau, R. M.; Sorgedrager, M. J.; Rantwijk, F. van; Seddon, K. R., Green Chem., 2002, 4, 147-151.
Sonntag, N. O. V., J. Am. Oil Chem. Soc., 1982, 59, 795-802.
Swatloski, R. P.; Holbrey, J. D.; Rogers, R. D., Green Chem., 2003, 5, 361-365.
Swatloski, R. P.; Holbrey, J. D.; Memon, S. B.; Caldwell, G. A.; Caldwell, K. A.;
Rogers, R. D., Chem. Commun., 2004, 668-669.
Takaya, H.; Ohta, T.; Sayo, N.; Kumobayashi, H.; Akutagawa, S.; Inoue, S.;Kasahara, I.; Noyori, R., J. Am. Chem. Soc., 1987, 109, 596-602.
Tang, T., Ellman, J. A, J. Org. Chem., 1999, 64, 12-14.
Ulbert, O.; Bélafi-Bakó, K; Tonova, K.; Gubicza, L., Biocat. Biotrans., 2005, 23, 177-183.
Ulbert, O.; Fráter, T.; Bélafi-Bakó, K.; Gubicza, L., J. Mol. Catal. B-Enzym., 2004, 31, 39-45.
Vineyard, B. D.; Knowles, W. S.; Sabacky, M. J.; Bachman, G. L.; Weinkauff, D. J., J.
Am. Chem. Soc., 1977, 99, 5946-5951.
Virto, C.; Svensson, I.; Adlercreutz, P., Enzyme Microb. Tech., 1999, 24, 651-655.
Visser, A. E. In: Ionic liquids. Industrial Applications to Green Chemistry ACS Symposium (Series 818, Rogers, R. D., Seddon K. R. eds.), 2002, 289-308.
Walden, P., Bull. Acad. Imper. Sci. (St. Petersburg), 1914, 1800-1803.
Wasserscheid, P.; Hal, R.; Bösmann, A., Green Chem., 2002, 4, 400-404.
Welton, T., Chem. Rev., 1999, 99, 2071-2083.
Wilkes, J. S., Green Chem., 2002, 4, 73-80.
Wilkes, J. S., J. Mol. Catal. A: Chem., 2004, 214, 11-17.
Wilkes, J. S.; Zaworotko, M. J., J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1992, 965-?
Wolfson, A.; Vankelecom, I. F. J.; Jacobs, P. A., J. Organomet. Chem., 2005/a, 690, 3558–3566.
Wolfson, A.; Vankelecom, I. F. J.; Jacobs, P. A., Tetrahedron Lett. 2005/b, 46, 2513-2516.
Xiong, W.; Lin, Q.; Ma, H.; Zheng, H.; Chena, H.; Li, X., Tetrahedron-Asymmetr., 2005, 16, 1959-1962.
Yanes, E. G.; Gratz, S. R.; Baldwin, M. J.; Robinson, S. E.; Stalcup, A. M., Anal.
Chem., 2001, 73, 3838-3844.
Zaks, A.; Klibanov, A. M., Science, 1984, 224, 1249-1251.
Zhao, D.; Wu, M.; Kou, Y.; Min, E., Catal. Today, 2002, 74, 157-189.
Internetes hivatkozások:
http://ilthermo.boulder.nist.gov/ILThermo/mainmenu.uix http://ildb.merck.de/ionicliquids/en/startpage.htm
Tézisek
1. Tézis
Megállapítottam, hogy a (Z)-α-acetamido-fahéjsav és a (Z)-α-acetamido-fahéjsav-metilészter enantioszelektív hidrogénezése ionos folyadék/izopropanol kétfázisú rendszerben [bmim]BF4 és [bmim]PF6 ionos folyadékokat alkalmazva 100%-os hozam mellett végbemegy. [bpy]BF4 ionos folyadékot alkalmazva oldószerként nem keletkezik kimutatható mennyiségű termék. A magasabb enantioszelektivitást [bmim]BF4/izopropanol kétfázisú rendszerben tapasztaltam:
− (Z)-α-acetamido-fahéjsav esetén ee(S) = 92% (55 °C-on 2,5 bar hidrogén nyomás mellett)
− (Z)-α-acetamido-fahéjsav-metilészter esetén ee(S) = 87% (70 °C-on, 5 bar hidrogén nyomás esetén)
A hozam mindkét esetben meghaladta az irodalomban eddig közölt értékeket. A reakciót több hőmérsékleten kivitelezve, az enantioszelektivitás hőmérsékletfüggéséből megállapítottam, hogy az a Halpern által leírt reakciómechanizmus szerint megy végbe.
Homogén katalitikus reakciókban a katalizátor csak egyszer használható fel, és csak igen bonyolult módon nyerhető vissza az elegyből. Az ionos folyadék/izopropanol kétfázisú rendszerrel megoldottam az értékes katalizátor recirkulációját: a katalizátort három további ciklusban újra felhasználtam miközben a hozam és az enantioszelektivitás csak kis mértékben csökkent.
2. Tézis
Az etanol ecetsavval történő észterezését Candida antarctica lipáz B (Novozyme 435) enzimmel többféle ionos folyadékban vizsgáltam. Megállapítottam, hogy az észterezési reakció magas hozammal (> 80%) végbemegy [bmim]PF6 és [bmpyr]Tf2N ionos folyadékokban. Az erősen hidrofil karakterű anionnal rendelkező [bmim]BF4-ben nem keletkezett kimutatható mennyiségű etil-acetát. Az optimális reakciókörülmények [bmim]PF6 ionos folyadékban a következők voltak:
− 40 °C hőmérséklet
− 5:1 alkohol/sav mólarány
− 1 vol% víztartalom
Az etil-acetát etanolból és ecetsavból történő enzimes előállítása során mindkét kiindulási anyag inhibitorként viselkedik. Méréseim alapján a reakció aktiválási energiája [bmim]PF6 reakcióközegben 21,7 kJ/mol -nak adódott. Ez az irodalomban fellelt, más reakcióközegekben (n-hexán, oldószermentes) tapasztalt értékeknél alacsonyabb, ami azt jelenti, hogy az enzimgátló tényezők ebben a reakcióközegben érvényesülnek legkevésbé, tehát az ionos folyadék stabilizálja az enzimet.
3. Tézis
Az etil-acetát enzimes előállításának folyamatossá tételére egy laboratóriumi méretű, pervaporációval integrált berendezést állítottam össze, melyben a reakcióelegy keringetésével a vizet egy 200 cm2 felületű hidrofil, az etil-acetátot pedig egy 12 cm2 felületű hidrofób membránnal távolítottam el. A szubsztrátum koncentrációjának fenntartására ecetsav- és etanol rátáplálást alkalmaztam. Az irodalom áttanulmányozása alapján ilyen folyamatos rendszert ionos folyadék közegű enzimes észterezésnél korábban még nem alkalmaztak. Korábbi kísérletek bizonyítják, hogy a Candida antarctica lipáz aktivitáscsökkenése ionos folyadékokban igen lassú, így feltételeztem, hogy a kísérlet ideje alatt az enzim dezaktiválódása elhanyagolható. A fluxus meghatározása után, a membránok üzemelésének és a szubsztrátum betáplálásnak megfelelő összehangolásával a reakcióelegyben a komponensek koncentrációi kvázi-stacionáriusak maradtak.
Megállapítottam, hogy a pervaporáció során kapott permeátum 94% észtert és 5%
etanolt tartalmaz, ami további tisztítás után alkalmas lehet élelmiszeripari aromakomponensnek.
4. Tézis
A 2-klór propionsav n-butanollal történő észterezését Candida rugosa lipázzal végeztem különböző nem-konvencionális reakcióközegekben. Ennek során megállapítottam, hogy a reakció n-hexánban és kétféle ionos folyadékban játszódik le magas hozammal: [bmim]PF6-ban és [onim]PF6-ban. A hidrofil karakterű [bmim]BF4 -ben a reakció csak igen lassan játszódik le.
Megállapítottam, hogy az enzim visszanyerése és új reakcióciklusban történő felhasználása során az enzim aktivitása [bmim]PF6 ionos folyadékban lényegesen kisebb mértékben csökkent, mint szerves oldószerekben. Így azt a következtetést vontam le, hogy az ionos folyadék stabilizálja az enzimet, amit az is alátámaszt, hogy
irodalmi adatok alapján az enzim enantioszelektivitása ionos folyadékban lényegesen magasabb, mint szerves oldószerekben.
5. Tézis
A 2-klór propionsav enzimes észterezése során (és más enzimes észterezési reakciókban is) döntő jelentőségű paraméter a reakcióelegy víztartalma. Túl alacsony víztartalom esetén az enzim hidratáltsága nem megfelelő, míg túl magas víztartalom esetén a reakció a hidrolízis irányába tolódik el. Mivel a reakció maga is termel vizet, a legnagyobb reakciósebesség akkor érhető el, ha a reakció során keletkező víz folyamatosan eltávolításra kerül, ugyanakkor biztosítva van az enzim működéséhez szükséges víztartalom is.
A víztartalom szabályozására egy pervaporációval integrált laboratóriumi méretű fél-folyamatos rendszert alakítottam ki. A fluxus meghatározása után, a membrán szakaszos üzemeltetésével a víztartalmat kvázi-stacionárius értéken tartottam.
Megállapítottam, hogy az optimális víztartalom [bmim]PF6 ionos folyadék közegben 0,5 vol%, melynek fenntartásával (a keletkező víz folyamatos elvonásával) a reakciósebesség növelhető. Az irodalmi adatok alapján pervaporációs vízeltávolítást ionos folyadék közegben, nem-enzimes észterezési reakcióban már alkalmaztak ugyan, de míg ott a reakcióelegyből teljesen eltávolították a vizet, addig esetemben a pervaporációt szakaszosan kellett alkalmazni, mivel az enzim hidratáltságához szükséges konstans víztartalmat kellett fenntartanom, melyre tudomásom szerint ez volt az első alkalom.
Theses
These 1
The enantioselective hydrogenation of the (Z)- )-α-acetamidocinnamic acid and its methyl ester have been carried out with 100% yield in ionic liquid/isopropanol biphasic system using [bmim]BF4 and [bmim]PF6 ionic liquids. Using [bpy]BF4 ionic liquid as catalyst solvent, no traceable product was found. The higher enantioselectivity was achieved in [bmim]BF4/izopropanol system:
− In case of (Z)-α-acetamidocinnamic acid, ee(S) was 92% (Reaction conditions: T
= 55 °C 2,5 bar hydrogen pressure)
− In case of (Z)-α-acetamidocinnamic acid methyl ester, ee(S) was 87% (Reaction conditions: T = 70 °C, 5 bar hydrogen pressure)
The yields were higher than the data found in the literature. According to the temperature dependence of the enantioselectivity, the reaction took place by the mechanism described by Halpern.
Using this biphasic system, the recycling of the expensive catalyst was possible: the catalyst was reused in three further reaction cycles without significant loss of yield and enantioselectivity.
These 2
The esterification of ethanol with acetic acid in the presence of Candida antarctica lipase B (Novozyme 435) was investigated in different ionic liquids. High ester yield (>
80%) was obtained in [bmim]PF6 and [bmim]Tf2N ionic liquids. No traceable ethyl acetate yield was found in [bmim]BF4, an ionic liquid possessing a hydrophilic anion.
The optimal reaction conditions were determined as follows:
− 40 °C reaction temperature
− 5:1 alcohol/acid molar ratio
− 1 vol% initial water content
If the ethyl acetate arises from the enzymatic reaction of ethanol and acetic acid, both substrates cause inhibition. The activation energy of the reaction in [bmim]PF6 media was found as 21,7 kJ/mol, which is lower than the values obtained in other reaction media (e.g. n-hexane or solvent-free system). This means that the substrate inhibition effects are lower in ionic liquids, thus the enzyme is stabilized by the ionic liquid.
These 3
A laboratory-scale experimental set-up was composed for investigating the continuous esterification. The water was removed from the reaction mixture by a 200 cm2 hydrophilic membrane, while the ethyl acetate was removed by a 12 cm2 hydrophobic one. To sustain the quasi stationary concentrations in the reaction vessel, ethanol and acetic acid feed was used. According to the literature review, no reference has been found yet for using similar system for continuous enzymatic esterification in ionic liquid.
I assumed only negligible enzyme deactivation in ionic liquids according to observations found in the literature. After the determination of the flux, the operation of the membranes and the feed were harmonized. This way, the concentrations of the components were quasi stationary in the reaction vessel.
These 4
The esterification of 2-chloropropanoic acid with n-butanol was performed by Candida rugosa lipase in different non-conventional media. The reaction took place with high ester yields in n-hexane and two ionic liquids: [bmim]PF6 and [onim]PF6. However, using the hydrophilic [bmim]BF4 as reaction media, only low reaction rate was observed.
The lipase was reused in consecutive reaction cycles. After several reuse, the enzyme activity decreased only slightly in ionic liquid media, while it was remarkable in n-hexane. I concluded that the ionic liquid enhances the enzyme stability, which is also confirmed by the enantioselectivity enhancement reported by the literature.
These 5
In the enzymatic esterification of 2-chloropropanoic acid (and in other enzymatic esterifications as well), the water content of the reaction mixture is a very important parameter. Too low water content hydrates the enzyme insufficiently, too high water content shifts the equilibrium towards the hydrolysis. Due to the water production of the reaction, the highest reaction rate can be achieved by a continuous removal of the water performed by the reaction, while the water necessary for the enzyme is guaranteed.
To control the water content of the reaction mixture, a laboratory scale, semi-continuous set up integrated with pervaporation for water removal was built. After the determination of the flux, the water content was set to a quasi stationary level.
Maintaining the optimal water content (0,5 vol% in [bmim]PF6) the reaction rate was enhanced. Water removal by pervaporation has already been investigated in esterification reactions by other researchers, however, in these cases the whole water content was removed continuously. In this case, a minimal water content was necessary for the enzyme hydration, thus, constant water content was maintained by pervaporation, and, to the best of my knowledge, it was the first time for using such a system.
Publikációk és proceedingek
Publikációk:
1. Bélafiné Bakó K., Ulbert O., Fráter T., Gubicza L.: Enzimatikus észterezés ionos folyadékban: a keletkező víz eltávolítása pervaporációval Membrántechnika VI./2 2002, 42-47.
2. László Gubicza, Nándor Nemestóthy, Tamás Fráter and Katalin Bélafi-Bakó:
Enzymatic esterification in ionic liquids integrated with pervaporation for water removal Green Chem., 2003, 5, 236-239.
3. Fráter, T., Ulbert, O., Bélafi-Bakó, K., Gubicza, L.: Thermal stability enhancement of Candida rugosa lipase in ionic liquids, Comm. Agricult. Appl.
Biol. Sci., 2003, 68/2a, 293-296.
4. Olga Ulbert, Tamás Fráter, Katalin Bélafi-Bakó, László Gubicza: Enhanced enantioselectivity of Candida rugosa lipase in ionic liquids as compared to organic solvents J. Mol. Catal. B-Enzym. 2004, 31, 39-45.
5. T. Fráter, L. Gubicza, K. Bélafi-Bakó: Enhancement of operation and storage stability of glucoamylase from Aspergillus awamori by a protease inhibititor preparation, Biocatal. Biotransfor., 2005, 23, 281-284.
6. T. Fráter, L. Gubicza, Á. Szöllősy, J. Bakos: Enantioselective hydrogenation in ionic liquids: Recyclability of the [Rh(COD)(DIPAMP)]BF4 catalyst in [bmim][BF4], Inorg. Chim. Acta, 2006, 359, 2756-2759.
Proceedingek:
1. L. Gubicza, N. Nemestóthy, T. Fráter, K. Bélafi-Bakó: Enzymatic Esterification in Ionic Liquids Integrated with Pervaporation for Water Removal, Green Solvents for Catalysis (DECHEMA), Bruchsal (Németország), 2002. október 13-16., poszter, pp. 73.
2. O. Ulbert, T. Fráter, K. Bélafi-Bakó, L. Gubicza: Enzymatic esterification in green solvents: Application of ionic liquids in bioconversions, The First International Conference on Green & Sustainable Chemistry, Tokio (Japán), 2003. március 13-15., poszter, A1-13.
3. Fráter Tamás, Bélafiné Bakó Katalin, Gubicza László: Enzimkatalitikus észterezés ionos folyadékokban, Műszaki Kémiai Napok’03, Veszprém, 2003.
április 8-10., előadás, pp. 300-304.
4. L. Gubicza, N. Nemestóthy, T. Fráter, K. Bélafi-Bakó: Enzymatic Esterification in Ionic Liquids at Constant Water Activity, 27th International Exhibition-Congress on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology (ACHEMA), Frankfurt (Németország), 2003. május 19-24., poszter, pp. 65.
5. T. Fráter, O. Ulbert, K. Bélafi-Bakó and L. Gubicza: Thermal Stability Enhancements of Candida rugosa Lipase in Ionic Liquids, 17th Forum for Applied Biotechnology (FAB), Gent (Belgium), 2003. szeptember 18-19., poszter, Proceedings Part 1, pp. 293-296.
6. Búcsú Dénes, Fráter Tamás, Fülöp Tamás: Tejipari szennyvíz derítése ipari folyadék hulladékárammal, Műszaki Kémiai Napok’04, Veszprém, 2004. április 20-22., poszter, pp. 166-169.
7. T. Fráter, N. Nemestóthy, L. Gubicza K. Bélafi-Bakó: Stabilization of Glucoamylase from Aspergillus awamori Treated by Protease Inhibitors, 6th International Conference on Protein Stabilization (ProtStab), Pozsony (Szlovákia), 2004. szeptember 26-29., poszter, pp. 30.
8. L. Gubicza, T. Fráter, N. Nemestóthy, K. Bélafi-Bakó: Enzymatic Production of Short Chain Alkyl Esters in Solvent-free System and Ionic Liquids, Green Solvents for Synthesis (DECHEMA), Bruchsal (Németország), 2004. október 3-6., poszter, pp. 85.
9. Fráter Tamás, Viszlay Renáta, Bélafiné Bakó Katalin, Gubicza László:
Enzimkatalitikus észterezés ionos folyadékokban – a keletkező víz eltávolítása pervaporációval, A Magyar Mikrobiológiai Társaság 2004. évi Nagygyűlése és a X. Fermentációs Kollokvium, Keszthely, 2004. október 7-9., előadás, pp. 38.
10. Fráter Tamás, Kiss Katalin, Kelemenné Horváth Ilona, Zenon Koszorz, Gubicza László: Glicerin-monosztearát előállítása enzimkatalitikus úton, Műszaki Kémiai Napok, Veszprém, 2005. április 26-28., előadás, pp. 119.
11. Gubicza László, Fráter Tamás, Kelemenné Horváth Ilona, Bélafiné Bakó Katalin: Rövid szénláncú észterek enzimatikus előállítása szerves oldószerekben, oldószermentes közegben és ionos folyadékokban, Műszaki Kémiai Napok, Veszprém, 2005. április 26-28., előadás, pp. 282-285.
12. Fráter Tamás, Gubicza László, Szöllősy Áron, Bakos József: Enantioszelektív hidrogénezés ionos folyadékokban: a Rh(COD)(DIPAMP)BF4 katalizátor visszaforgathatósága [bmim]BF4 ionos folyadékban, Műszaki Kémiai Napok, Veszprém, 2005. április 26-28., előadás, pp. 286-289.
13. L. Gubicza, T. Fráter, K. Bélafi-Bakó: Recyclability of Enzymes in Ionic Liquid Solvents, 1st International Congress on Ionic Liquisa (COIL), Salzburg (Ausztria), 2005. június 19-22., előadás, pp. 174.
14. T. Fráter, K. Kiss, K. Bélafi-Bakó, L. Gubicza: Enzymatic Synthesis of Monoglycerides, Renewable Resources and Biorefineries (FAB), Gent (Belgium), poszter, 2005. szeptember 19-21., pp. 78.
15. Fráter Tamás., Fehér Erika, Kelemenné Horváth Ilona, Bélafiné Bakó Katalin, Gubicza László: Aromaészterek előállítása ionos folyadékokban, Műszaki Kémiai Napok, Veszprém, 2006. április 25-27., előadás, pp. 79-82.
16. L. Gubicza, T. Fráter, K. Bélafi-Bakó: Reuse of Lipase Enzymes in Ionic Liquid Solvents, 28th International Exhibition-Congress on Chemical Engineering, Environmental Protection and Biotechnology (ACHEMA), Frankfurt (Németország), 2006. május 15-19., poszter, pp. 111.
17. T. Fráter, K. Kiss, K. Bélafi-Bakó, Z. Zibrowski, L. Gubicza: Enzymatic syntesis of monoglycerides, 33rd International Conference of Slovak Society of Chemical Engineering (SSCHE), Tatranské Matliare (Szlovákia), 2006. május 22-26., előadás, pp. 132.
18. E. Fehér, T. Fráter, L. Gubicza: Enzymatic Production of Short Chain Alkyl Esters in Ionic Liquids, 33rd International Conference of Slovak Society of Chemical Engineering (SSCHE), Tatranské Matliare (Szlovákia), 2006. május 22-26., előadás, pp. 209.
19. L. Gubicza, E. Fehér, I. Kelemen-Horváth, K. Bélafi-Bakó, T. Fráter: Enzymatic Flavour Ester Production in Organic Solvents, Solvent-free System and Ionic
Liquids, 6th European Symposium on Biochemical Engineering Science (ESBES), Salzburg (Ausztria), 2006. augusztus 27-30., poszter, pp.277.
20. L. Gubicza, E. Fehér, I. Kelemen-Horváth, K. Bélafi-Bakó, T. Fráter:
Continuous Enzymatic Esterification in an Integrated System Using Ionic Liquids as Solvent, Green Solvents for Processes (DECHEMA), Lake Constance Friedrichshafen (Németország), 2006. október 8-11., poszter, pp.110.
Publikációkra való SCI hivatkozások
Publikáció:
Gubicza, L.; Nemestóthy, N. Fráter, T.; Bélafi-Bakó, K.: Enzymatic esterification in ionic liquids integrated with pervaporation for water removal, Green Chem., 2003, 5, 236-239.
Hivatkozások:
1. Nara S. J.; Naik P. U.; Harjani, J. R.; Salunkhe, M. M.: Potential of ionic liquids in greener methodologies involving biocatalysis and other synthetically important transformations, Indian Journal of Chemistry Selection B-Organic Chemistry including medicinal chemistry, 2006, 45, 2257-2269.
2. Barahona, D.; Pfromm, P. H.; Rezac, M. E.: Effect of water activity on the lipase catalyzed esterification of geraniol in ionic liquid [bmim]PF6, Biotechnol. Bioeng., 2006, 93, 318-322.
3. Buzzeo, M. C.; Hardacre, C.; Compton, R. G.: Extended electrochemical windows made accessible by room temperature ionic liquid/organic solvent electrolyte systems, Chemphyschem,
3. Buzzeo, M. C.; Hardacre, C.; Compton, R. G.: Extended electrochemical windows made accessible by room temperature ionic liquid/organic solvent electrolyte systems, Chemphyschem,