@phdthesis{Kollock2007,
  author    = {Kollock, Ronny},
  title     = {Humane Alkoholdehydrogenasen und Aldehyddehydrogenasen : Bedeutung f{\"u}r den Metabolismus von Methylpyrenderivaten und von 5-(Hydroxymethyl)-2-furfural},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-15703},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2007},
  abstract  = {Alkylierte polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (alk-PAK) kommen zusammen mit rein aromatischen polyzyklischen Kohlenwasserstoffen u.a. im Zigarettenrauch, Dieselabgasen sowie einigen Lebensmitteln (z.B. Freilandgem{\"u}se, planzliche {\"O}le und Fette) vor. Benzylische Hydroxylierung und nachfolgende Sulfokonjugation ist ein wichtiger Bioaktivierungsweg f{\"u}r einige alk-PAK. Oxidation der benzylischen Alkohole durch Alkoholdehydrogenasen (ADH) und Aldehyddehydrogenasen (ALDH) zur Carbons{\"a}ure k{\"o}nnte einen wichtigen Detoxifizierungsweg in Konkurrenz zur Aktivierung durch Sulfotransferasen (SULT) darstellen, was f{\"u}r 1-Hydroxymethylpyren in der Ratte bereits gezeigt wurde (Ma, L., Kuhlow, A. \& Glatt, H. (2002). Polycyclic Aromat Compnds 22, 933-946). Durch Hemmung der ADH und/oder ALDH ist eine verst{\"a}rkte Aktivierung zu erwarten, wie in der besagten Studie ebenfalls nachgewiesen wurde. Insbesondere Ethanol kommt in diesem Zusammenhang eine Rolle als m{\"o}glicher Risikofaktor f{\"u}r alk-PAK induzierte Kanzerogenese zu. Menschen konsumieren h{\"a}ufig große Mengen Ethanol und oft besteht eine Koexposition mit alk-PAK (z.B. durch Rauchen). {\"A}hnliches gilt f{\"u}r 5-(Hydroxymethyl)-2-furfural (HMF), einem Pyrolyseprodukt reduzierender Zucker, dem gegen{\"u}ber Menschen in recht hohen Mengen exponiert sind. Auch bei HMF steht der ADH- und ALDH-vermittelte oxidative Metabolismus in Konkurrenz zu einer Aktivierung durch Sulfokonjugation. Um die Bedeutung humaner ADH und ALDH im Metabolismus von alk-PAK und von HMF aufzukl{\"a}ren, wurden alle bekannten humanen ADH sowie die humanen ALDH2 und 3A1 (aus theoretischen {\"U}berlegungen heraus die vielversprechendsten Formen) f{\"u}r kinetische Analysen in Bakterien exprimiert. Als Enzymquelle dienten zytosolische Pr{\"a}parationen und durch Anionenaustauschchromatographie partiell gereinigte Enzyme. In der vorliegenden Arbeit wurde nachgewiesen, dass prim{\"a}re benzylische Alkohole von Methyl- und Dimethylpyrenen gute Substrate humaner ADH sind. Sekund{\"a}re benzylische Alkohole und benzylische Alkohole von alk-PAK mit gr{\"o}ßerem Kohlenwasserstoffgrundger{\"u}st erwiesen sich dagegen als schlechte Substrate. Vier Formen (ADH1C, 2, 3 und 4) wurden n{\"a}her analysiert. Dazu wurden sie partiell gereinigt, prim{\"a}r um die st{\"o}rende endogene Bakterien-ADH zu eliminieren. Alle untersuchten ADH waren in der Lage Pyrenylmethanole zu oxidieren. Insbesondere ADH2 katalysierte die Oxidation der Pyrenylmethanole effizient, aber auch f{\"u}r ADH1C und 4 waren die Pyrenylmethanole gute Substrate. ADH3 oxidierte die Pyrenylmethanole mit geringer katalytischer Effizienz. Die Reduktion der entsprechenden Pyrenaldehyde durch ADH1C, 2 und 4 wurde mit noch h{\"o}herer Effizienz katalysiert als die Oxidation der Pyrenylmethanole, was die Bedeutung von ALDH f{\"u}r die effiziente Detoxifizierung dieser Verbindungen unterstreicht. In einer an diese Arbeit angelehnten Diplomarbeit (Rost, K. (2007). Universit{\"a}t Potsdam, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakult{\"a}t) wurde auch tats{\"a}chlich gezeigt, dass humane ALDH2 aber auch ALDH3A1 in der Lage sind, die Pyrenaldehyde zu Pyrenylcarbons{\"a}uren zu oxidieren. Die bestimmten kinetischen Parameter legen nahe, dass insbesondere ALDH2 von Bedeutung f{\"u}r die Detoxifizierung von Methyl- und Dimethylpyrenen ist. Schon allein auf Grund der an der Detoxifizierung beteiligten Enzyme ist Ethanolaufnahme bei Koexposition mit Pyrenderivaten als Risiokofaktor anzusehen. Es ist wahrscheinlich, dass Ethanol und, nach dessen Oxidation, Acetaldehyd als konkurrierende Substrate die ADH- und ALDH-katalysierte Oxidation von Pyrenylmethanolen bzw. Pyrenaldehyden inhibieren und somit zu einer verst{\"a}rkten SULT-vermittelten Aktivierung der Pyrenylmethanole f{\"u}hren. In der Tat wurde eine effiziente Inhibition der ADH2-katalysierten Oxidation von 1-Hydroxymethylpyren und von 1-(Hydroxymethyl)-8-methylpyren durch physiologisch relevante Ethanolkonzentrationen nachgewiesen. Drei humane ADH (4, 2 und 3), die HMF effizient zum 2,5-Diformylfuran oxidieren k{\"o}nnen, wurden identifiziert. Durch ALDH-katalysierte Weiteroxidation dieser Substanz entsteht schließlich 2,5-Furandicarbons{\"a}ure, die nach HMF-Exposition auch tats{\"a}chlich im menschlichen Urin gefunden wurde (Jellum, E., B{\o}rresen, H. C. \& Eldjarn, L. (1973). Clin Chim Acta 47, 191-201). Weiter wurde gezeigt, dass ALDH3A1, aber auch ALDH2 HMF effizient zur 5-(Hydroxymethyl)-2-furancarbons{\"a}ure (HMFA) oxidieren k{\"o}nnen, ein weiterer nachgewiesener HMF Metabolit in vivo. Dass die ADH-katalysierte Oxidation von HMFA und nachfolgende ALDH-katalysierte Oxidation zur Bildung von 2,5-Furandicarbons{\"a}ure einen nennenswerten Anteil betr{\"a}gt, kann aufgrund der kinetischen Daten f{\"u}r HMFA als Substrat humaner ADH ausgeschlossen werden. Die beobachteten Enzymaktivit{\"a}ten lassen den Schluss zu, dass Ethanolaufnahme zu einer Reduktion des oxidativen HMF Metabolismus f{\"u}hrt und somit eine Aktivierung von HMF durch Sulfokonjugation beg{\"u}nstigt.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Braun2017,
  author    = {Braun, Max},
  title     = {Heterogeneous Catalysis for the Conversion of Fructose to Chemicals and Fuel in a Continuous Flow Process},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-410370},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {151},
  year      = {2017},
  abstract  = {Die Umsetzung von Zucker (Kohlenhydrate) in einem kontinuierlichen Prozess er{\"o}ffnet M{\"o}glichkeiten der Synthese diverser Chemikalien und Treibstoff aus erneuerbaren Ressourcen, welche heute {\"u}berwiegend aus fossilen Quellen stammen. Passend zum Konzept der Bioraffinerie und der „gr{\"u}nen Chemie", liegt der Fokus dieser Arbeit auf der Umsetzung von in Ethanol gel{\"o}ster Fruktose in einem kontinuierlichen Verfahren, mit Hilfe eigens entwickelter heterogener Katalysatoren. Die Dehydratisierung von Fruktose wird mit einem heterogenen S{\"a}urekatalysator realisiert, w{\"a}hrend die Folgeprodukte mittels einer Hydrodesoxygenierung umgesetzt werden. F{\"u}r den zweiten Schritt kommen Metallkatalysatoren auf Basis von Nickel und Wolframcarbid (WC) zum Einsatz, wodurch der Einsatz teurer Edelmetalle vermieden werden kann. Hauptprodukte des zweistufigen Verfahrens sind 2,5-Dimethylfuran (DMF) und Ethyllevulinat (EL). Beide Molek{\"u}le sind vielversprechende alternative Treibstoffe, bzw. k{\"o}nnen gebr{\"a}uchlichen Treibstoffen beigemischt werden, um deren Einsatz zu reduzieren und schrittweise zu substituieren. Alternativ k{\"o}nnen die Zwischenprodukte der Dehydratisierung, sowie DMF und EL weiter zu Chemikalien umgesetzt werden, welche in der Polymersynthese, als L{\"o}sungsmittel oder als Grundchemikalien eingesetzt werden k{\"o}nnen. Die Entwicklung der jeweiligen Katalysatoren f{\"u}r Dehydratisierungs- und Hydrodesoxygenierungsreaktionen erfolgt auf Basis von karbonisierter Biomasse, sowie Wolframcarbid. Die jeweiligen Reaktivit{\"a}ten werden durch Standardreaktionen getestet, wobei sich Wolframcarbid in Nanopartikelform, in Kombination mit Wasserstoff als sehr aktiv erwiesen hat. Der selbst entwickelte aktivierte Kohlenstoff, das kommerzielle Amberlyst 15, sowie Wolframcarbid mit zus{\"a}tzlichen Nickel-Nanopartikeln werden f{\"u}r weiterf{\"u}hrende Reaktionen in einem kontinuierlichen Prozess herangezogen und kombiniert. Um den Umsatz von Fruktose zu DMF in einer „zwei Reaktoren Anlage" zu erm{\"o}glichen, wird eine Erweiterung eines kommerziellen Reaktorsystems um einen weiteren Reaktor vorgenommen. Die Verweilzeit in der Reaktoranlage betr{\"a}gt somit ca. 14 Minuten, wobei 11 Minuten auf die erste S{\"a}ule (Dehydratisierung) und 3 Minuten auf die zweite S{\"a}ule (Hydrodesoxygenierung) entfallen. In diesem kontinuierlichen und zweistufigen System lassen sich Ausbeuten von 38.5 \% DMF und 47 \% EL erzielen. Ein kontinuierlicher Lauf von sieben Stunden zeigt die Stabilit{\"a}t der eingesetzten Katalysatoren, auch wenn eine geringe Deaktivierung des Dehydratisierungskatalysators beobachtet werden kann. Der Ni@WC Katalysator zeigte hingegen keine Abnahme der Nickel Konzentration und somit kommt es zu keiner Auswaschung des Metalls. Das gebildete EL wurde hingegen nicht umgesetzt und verbleibt unver{\"a}ndert in L{\"o}sung. Das zweistufige System wurde schließlich in einem Mischkatalysatorsystem kombiniert, wobei auf aktivierten und sulfonierten Kohlenstoff zur{\"u}ckgegriffen wurde. Dieser zeigte bereits eine Transferhydrodesoxygenierungsaktivit{\"a}t. Diese Beobachtung ist deshalb bemerkenswert, da erst seit kurzem bekannt ist, dass Graphenstrukturen an sich katalytisch aktiv sein k{\"o}nnen. Um diese Aktivit{\"a}t weiter zu steigern, wurde der aktivierte Kohlenstoff mit 10 wt\% Ni@WC gemischt, sodass beide Katalysatoren in einer S{\"a}ule vorliegen. Die urspr{\"u}nglichen 2 \% DMF Ausbeute mit reinem aktivierten Kohlenstoff k{\"o}nnen somit auf 12 \% gesteigert werden, da das Folgeprodukt EL hierbei vermieden wird und das Zwischenprodukt „HMF Derivat" direkt zu DMF weiter reagieren kann. Dieses Ergebnis zeigt das Potential der „ein Reaktor Umsetzung", weshalb eine kontinuierliche Durchflussreaktoranlage im Litermaßstab als Scale-Up des vorhergehenden Labormaßstabs realisiert wurde. Der 800 mm x 28.5 mm Reaktor bedient eine maximale Flussrate von 50 mL min-1, Dr{\"u}cke von 100 bar und Temperaturen bis zu 500 °C.},
  language  = {en}
}