Chlorhaltige Chemikalien sind wesentlicher Bestandteil vieler Alltagsprodukte und spielen eine wichtige Rolle in der Chemie. Die Chlorierung, bei der Chlor in chemische Verbindungen implementiert wird, ist jedoch nicht ohne Probleme. Sie ist sowohl schädlich für Mensch und Umwelt als auch toxisch, insbesondere wenn Chlorgas verwendet wird. Dies haben Tanja Gulder und ihr Team von der Universität des Saarlandes erkannt und eine neuartige, umweltfreundliche Methode zur Chlorierung entdeckt. Die Ergebnisse dieser bahnbrechenden Forschung wurden im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht, wie uni-saarland.de berichtet.
Die Erkenntnisse basieren auf der Untersuchung von vanadium-abhängigen Haloperoxidasen (VHPOs), die in Blau- und Braunalgen vorkommen. Diese Enzyme sind zwar primär für die Bromierung verantwortlich, jedoch kann ihre Struktur entsprechend modifiziert werden, um ebenfalls Chlorierungsreaktionen durchzuführen. Das Forschungsteam stellte fest, dass bedeutende Veränderungen an den Enzymen nicht im aktiven Zentrum stattfanden, sondern an anderen Stellen des Proteins. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Nutzung von VHPOs in umweltschonenden Chlorierungsverfahren.
Innovative Ergebnisse und technische Umsetzung
Im Rahmen der Studie wurde ein funktionelles VHPO aus dem Cyanobakterium Acaryochloris marina kloniert, gereinigt und charakterisiert. Die Struktur des Enzyms wurde durch Röntgenkristallographie entschlüsselt. Auffallend ist die einzigartige Anordnung der Disulfidbrücken in AmVHPO, die zur Stabilität der dodekamerischen Struktur beiträgt. Dieses Enzym weist zudem eine hervorragende Halogenierungsreaktivität auf, ist temperatur- und lösungsmittelbeständig und lässt sich durch rekombinante Expression effizient produzieren, was seine Eignung als Ausgangspunkt für biokatalytische Transformationen unterstreicht, wie in pubmed.ncbi.nlm.nih.gov ausführlich dargelegt wird.
Chlorierung selbst ist eine spezifische Form der Halogenierung, bei der Chlor in organisch-chemische Verbindungen eingeführt wird. Dabei kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz, darunter thermische, katalytische und photochemische Chlorierung. Molekulares Chlor (Cl2) stellt dabei das häufigste Chlorierungsmittel dar. Technische Anwendungen, wie die Photochlorierung, zeigen, wie komplex die Prozesse der Chlorierung in der chemischen Industrie sind. So entstehen beispielsweise monochlorierte Alkane durch die Addition von Chlorwasserstoff an Alkene, eine Methodik, die im Detail auf Wikipedia beschrieben wird.
Die Forschung und Entwicklung neuer, umweltfreundlicher Chlorierungsverfahren wird zunehmend wichtig, um die schädlichen Auswirkungen traditioneller Methoden zu vermeiden. Der Ansatz von Gulder und ihrem Team verspricht nicht nur eine Verringerung des Einsatzes von toxischem Chlorgas, sondern könnte auch als Vorbild für zukünftige biotechnologische Innovationen dienen. Die potenziellen Anwendungen der VHPOs in der chemischen Industrie sind vielversprechend und könnten einen signifikanten Schritt in Richtung nachhaltigerer chemischer Praktiken darstellen.
