E-Faktoren, grüne Chemie und Katalyse: eine Odyssee

Die Entwicklung der grünen Chemie wird von der Einführung der Konzepte der Atomeffizienz (Atomnutzung) und E-Faktoren Anfang der 1990er Jahre nachgezeichnet. Die wichtige Rolle der Katalyse bei der Reduzierung oder Eliminierung von Abfällen wird betont und mit Beispielen aus heterogen katalytischen Oxidationen mit Wasserstoffperoxid, homogen katalytischen Oxidationen und Carbonylierungen sowie organokatalytischen Oxidationen mit stabilen N-Oxyradikalen veranschaulicht. Katalytische Reaktionen in nicht-konventionellen Medien, z. B. wässrigen biphasischen, überkritischen Kohlendioxid und ionischen Flüssigkeiten, werden vorgestellt. Biotransformationen, die nicht-natürliche Reaktionen von Enzymen beinhalten, z. B. Esterammonolyse, und das rationale Design von semi-synthetischen Enzymen, wie Vanadatphytase, werden diskutiert. Die Optimierung von Enzym-Eigenschaften durch in vitro Evolution und die Verbesserung ihrer Betriebssicherheit durch Immobilisierung als vernetzte Enzymaggregate (CLEA®) werden präsentiert. Der Höhepunkt der grünen Chemie ist die Integration katalytischer Schritte in einen Ein-Topf-katalytischen Kaskadenprozess. Ein Beispiel für eine chemoenzymatische Synthese einer enantiomerenreinen Aminosäure in Wasser und ein trienzymatischer Kaskadenprozess unter Verwendung eines Dreidecker-Oxynitrilase/Nitrilase/Amidase-CLEA werden diskutiert. Schließlich werden katalytische Umwandlungen von nachwachsenden Rohstoffen untersucht, und die biokatalytische aerobe Oxidation von Stärke zu Carboxystärke wird als Beispiel für grüne Chemie in optima forma präsentiert; d. h. ein biokompatibles Produkt aus einem nachwachsenden Rohstoff unter Verwendung einer biokatalytischen Luftoxidation.