Die katalytische asymmetrische Henry-Reaktion ist eine viel versprechende Anwendung innerhalb der Chirotechnologie. Da diese Reaktion die Produktion von hochwertigen chiralen Substanzen (b-Nitroalkohole) aus preiswerten achiralen Bulk-Chemikalien (Carbonyle und Nitroalkane) erlaubt, ist sie ökonomisch attraktiv. Obwohl die asymmetrische Henry-Reaktion ein großes Wertschöpfungspotential hat, wird sie bisher jedoch nicht im industriellen Maßstab angewendet. Der Grund hierfür ist das Fehlen geeigneter Katalysatoren, welche den Prozessanforderungen bezüglich Aktivität, Enantioselektivität, Stabilität und Preis entsprechen. Obwohl viele hoch enantioselektive Katalysatoren für die Henry-Reaktion verfügbar sind, zeigen nahezu alle eine sehr geringe Aktivität, was wiederum eine hohe Katalysatorbeladung (von bis zu 20 mol %) erfordert, um akzeptable Produktausbeuten und Enantioselektivitäten zu erreichen.

Es gibt zwei verschiedene Strategien um diesen Schwierigkeiten zu begegnen: zum Einen kann nach neuen aktiveren Katalysatoren gesucht werden, zum Anderen können existierende Katalysatoren durch Reaktionstechnik und Katalysator-Engineering verbessert werden. Das Projekt konzentriert sich auf den zweiten Ansatz unter Verwendung zweier verschiedener Katalysatoren - dem natürlichen Enzym Hydroxynitrillyase aus Hevea brasiliensis und dem künstlichen "privilegierten" chiralen Liganden Bisoxazolin.

Die Kondensation von Benzaldehyd und Nitromethan zu 2-Nitro-1-phenyl-ethanol wurde als Modellreaktion für beide Katalysatoren ausgewählt. In einer ersten Fallstudie wurde das Enzym einer reaktionstechnischen Charakterisierung unterworfen. Die durchgeführten kinetischen Untersuchungen zeigten, dass das Enzym eine höhere Aktivität in der Retro-Henry-Reaktion bei der Spaltung von (S )-b-Nitroalkohol zu Benzaldehyd und Nitromethan besitzt. Basierend hierauf wurde eine e¿ektive Racemat-Spaltung von (rac)-2-Nitro-1-phenylethanol entwickelt durch die Produktivität des Katalysators um das 10-fache im Vergleich zur Synthese des b-Nitroalkohols gesteigert werden konnte. Weiterhin wurde durch die Racematspaltung eine Enantioflexibilität erreicht, da der (S)-enantiospezifische Biokatalysator nun dazu verwendet werden kann entweder (R)- oder (S)-Enantiomer zu produzieren.

In einer zweiten Fallstudie wurde Bisoxazolin mit der Hilfe von Katalysator-Engineering weiterentwickelt, mit dem Ziel eher das Katalysatorrecycling zu vereinfachen als die Aktivität zu erhöhen. Zum Erreichen dieses Ziels wurde der Ligand auf hyper-verzweigten Polyglycerol mittels speziell hierfür entwickelten, leicht zu skalierenden, Synthesewegs immobilisiert. Das erhaltene "Chemzym", welches in der Größe mit Enzymen vergleichbar ist, zeigte hohe Enantioselektivitäten in der Modellreaktion (von bis zu 86 % ee) und konnte auf Grund seines hohen Molekulargewichts einfach durch Ultrafiltration aus der Reaktionsmischung zurückgewonnen werden. Die Zurückhaltung des Katalysators durch Ultrafiltration erlaubte die Durchführung einer kontinuierlichen Synthese von (R)-2-Nitro-1-phenylethanol in einem Membranreaktor. Der Reaktor konnte über 20 Tage ohne signifikante Verringerung der Produktenantioselektivität betrieben werden.