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Zusammenfassung Das Internationale Krebsforschungszentrum IARC („International Agency for Research on Cancer“) der WHO hat im Rahmen seines Monographs-Programms im Dezember 2020 eine Bewertung von drei weiteren Stoffen vorgenommen, bei denen auch ein Vorkommen in bestimmten Lebensmitteln zu erwarten ist. Summary As part of its Monographs programme, the WHO’s International Agency for Research on Cancer (IARC) carried out an evaluation of three further substances in December 2020, which are also expected to be present in certain foods.

Da fossile Quellen endlich sind, werden Chemikalien aus nachwachsenden Rohstoffen immer interessanter für die Forschung und Industrie. Zu den vielversprechenden Plattformchemikalien gehört das Stoffpaar 3-Hydroxypropionaldehyd/ Acrolein. Jedoch sind bisherige Ansätze für eine wirtschaftliche Produktion von 3-Hydroxypropionaldehyd/ Acrolein im industriellen Maßstab nicht ausreichend. Deshalb wurde in dieser Arbeit geprüft, inwieweit sich Schlempe, ein glycerinhaltiges Nebenprodukt der Bioethanolherstellung, zur 3-Hydroxypropionaldehyd/ Acrolein Produktion nutzen lässt und inwieweit diese Produktion in den Bioethanolprozess im Sinne des Bioraffineriekonzeptes integriert werden kann, um bestehende Probleme zu lösen und Produktionskosten zu reduzieren. Dazu wurden ansatzweise und kontinuierliche Versuche im 5 ml bis 2 l Maßstab sowie Berechnungen in den Bereichen Biokatalysatorproduktion, Biotransformation, Aufreinigung und Kostenschätzung durchgeführt. Der Ganzzellbiokatalysator Lactobacillus reuteri ATCC 53608 ist nicht in der Lage die Hefezellen aus Bioethanolproduktionsrückständen für sein Wachstum zu nutzen, jedoch hat sich gezeigt, dass er nicht alle Nährstoffe im MRS Medium benötigt und Hefeextrakt als einzigste Quelle von Aminosäuren und Vitaminen für sein Wachstum und seine Enzymproduktion ausreichend ist. Die 3-HPA Produktion ist in Bioethanolproduktionsrückständen 68 % höher als in einer vergleichbaren Glycerinlösung bei gleichen Bedingungen und es wird weniger Biokatalysator benötigt. Eine Kombination aus Dehydratisierung und einfacher Destillation ist geeignet, um das 3-Hydroxypropionaldehyd simultan in Acrolein umzuwandeln und aus der Biotransformationsbrühe bei 37°C abzutrennen, wodurch 105 ± 8 g/l Acrolein in Wasser mit hoher Reinheit gewonnen werden können. Die Kostenschätzung eines möglichen Prozesses hat gezeigt, dass die ermittelten Kosten des Acroleins in einer Größenordnung liegen, welche zeigt, dass der angedachte Prozess bei entsprechender Optimierung in naher Zukunft zu den Produktionskosten aus Rohölderivaten aufschließen kann. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass sich eine Anlehnung an den Bioethanolprozess nutzen lässt, um die biotechnologische Produktion von 3-Hydroxypropionaldehyd/ Acrolein aus nachwachsenden Rohstoffen zu verbessern., Since fossile rescources are of limited availability, chemicals from renewable resources become more interesting for scientists and the industry. Promising platform chemicals include 3-hydroxypropionaldehyde and its anhydride acrolein. However, existing approaches are not sufficient for an economic production in industrial scale. Therefore, it was examined in this thesis how far stillage, a glycerol containing byproduct of the bioethanol production process, can be used for the 3-hydroxypropionaldehyde/ acrolein production and how far this production can be integrated into the bioethanol process according to the biorefinery concept to solve existing problems and to reduce production costs. Calculations as well as batchwise and continuous experiments were carried out in 5 ml to 2 l scale in the area of biocatalyst production, biotransformation, purification and cost estimation. The whole cell biocatalyst Lactobacillus reuteri ATCC 53608 is not able to use the yeast cells from bioethanol production residues for its growth. However, it has been shown that it does not need all the nutrients in MRS medium and yeast extract is sufficient as the only source of amino acids and vitamins for its growth and enzyme production. The 3-HPA production in bioethanol production residues is 68 % higher than in a comparable aqueous glycerol solution under the same conditions and it requires less biocatalyst. A combination of dehydration and simple distillation is suitable to convert 3-hydroxypropionaldehyde into acrolein and separate it from the biotransformation broth at 37 ° C. 105 ± 8 g/l acrolein in aqueous solution were obtained in high purity. The cost estimation of a possible process has shown that the calculated cost for acrolein can likely catch up with production costs from crude oil in the near future with appropriate optimization. Hence it was shown that basing the process on stillage from the bioethanol process can improve the biotechnological production of 3-hydroxypropionaldehyde/ acrolein from renewable resources.

Acrylamid und Acrolein gehören zu den alpha,beta-ungesättigten Carbonylverbindungen. Sie zeichnen sich wie andere alpha,beta-ungesättigte Carbonylverbindungen durch eine hohe Reaktionsfähigkeit aus. Einerseits können sie leicht mit Proteinen und DNA reagieren, was zytotoxische und genotoxische Wirkungen hervorrufen kann, andererseits können sie aber auch schnell durch Glutathionkonjugation detoxifiziert werden. Acrylamid ist eine in großem Umfang produzierte Industriechemikalie, die hauptsächlich Anwendung bei der Herstellung von Polyacrylamidprodukten findet. Aus Acrylamid hergestellte Polymere und Copolymere werden in der Kosmetikindustrie, als Bindemittel bei der Papierherstellung, als Flockungsmittel in der Abwasseraufbereitung und in biochemischen Laboratorien verwendet. Nachdem Acrylamid-Hämoglobin-Addukte im Jahre 2002 auch in nicht Acrylamid-exponierten Personen gefunden wurden, vermutete man Lebensmittel als mögliche Expositionsquelle. Anschließende Studien konnten dies bestätigen und zeigten, dass Acrylamid beim Erhitzen von Lebensmitteln vor allem bei hohen Temperaturen im Verlauf der Maillard-Reaktion gebildet werden kann. Die World Health Organisation (WHO) beziffert die weltweite durchschnittliche Exposition mit Acrylamid über Lebensmittel auf 1-4 µg Acrylamid/kg Körpergewicht (KG) und Tag. Acrylamid zeigte in verschiedenen Studien neurotoxische, entwicklungs- und reproduktionstoxische, genotoxische und kanzerogene Wirkungen. Acrylamid wurde im Jahre 1994 von der International Agency for Research on Cancer (IARC) in die Gruppe 2A als Stoff eingestuft, der wahrscheinlich krebserzeugend beim Menschen ist. Acrylamid wird im Organismus zum genotoxischen Metaboliten Glycidamid gegiftet. Glycidamid bildet DNA-Addukte vor allem mit dem N7 des Guanins. Glycidamid-DNA-Addukte konnten im Tierversuch an Nagern nach Verabreichung hoher Mengen Acrylamid in allen untersuchten Organen gefunden werden. Als Hauptweg der Entgiftung von Acrylamid und Glycidamid gilt die Bindung an Glutathion (GSH) und der Abbau und die Ausscheidung als Mercaptursäure (MA) in Urin. Aufgrund des oxidativen Metabolismus von Acrylamid hängt die biologische Wirkung wesentlich vom Gleichgewicht der giftenden und entgiftenden Metabolismuswege in der Leber ab. Acrolein wird seit 1940 kommerziell zur Herstellung von Acrylsäure, dem Ausgangsprodukt für Acrylatpolymere industriell produziert. Außerdem kann Acrolein aus Aminosäuren, Fetten oder Kohlenhydraten während des Erhitzens von Lebensmitteln gebildet werden. Während der Zubereitung von kohlenhydratreichen Lebensmitteln kann Acrolein wie auch Acrylamid im Verlauf der Maillard-Reaktion entstehen. Acrolein ist als einfachster alpha,beta-ungesättigter Aldehyd hochreaktiv gegenüber Nukleophilen wie z.B. Thiol- oder Aminogruppen unter Ausbildung von Michael-Addukten. Die hohe Reaktivität und Flüchtigkeit von Acrolein führt dazu, dass derzeit nur wenig zuverlässige Daten zu Acrolein-Gehalten speziell in kohlenhydratreichen Lebensmitteln vorliegen; sofern Daten zu Gehalten vorhanden sind, bewegen sich diese im niedrigen µg/kg-Bereich. Zudem ist bisher ungeklärt, in welchem Ausmaß Acrolein zur humanen Gesamtexposition gegenüber hitzeinduzierten Schadstoffen neben Acrylamid in Lebensmitteln beiträgt. Die derzeitige Datenlage lässt eine eindeutige Risikobewertung nicht zu. Eine stetige Exposition mit Acrolein gilt als sicher. In verschiedenen Studien konnte gezeigt werden, dass die toxikologischen Effekte von Acrolein im Gegensatz zu Acrylamid insgesamt nicht auf einer erhöhten Tumorinzidenz beruhen. Daher wurde Acrolein von der IARC in Kategorie 3 eingestuft: Es gilt als möglicherweise krebserzeugend beim Menschen, allerdings ist die Datenlage nicht ausreichend, um eine eindeutige Beurteilung vornehmen zu können. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Toxikokinetik und -dynamik der beim Erhitzen von Lebensmitteln entstehenden Kontaminanten Acrylamid und Acrolein in vitro und in vivo zu untersuchen. Im Vordergrund stand die Erfassung dosisabhängiger Genotoxizität von Acrylamid sowie der MA als wichtigste Entgiftungsreaktion im Tierversuch im Bereich der derzeitigen Verbraucherexposition. Die Ergebnisse, insbesondere zur Toxikokinetik, sollten durch in vitro Versuche in primären Rattenhepatozyten untermauert werden. Außerdem sollte vergleichend die bisher kaum mithilfe von Biomarkern untersuchte nahrungsbezogene Exposition des Verbrauchers mit Acrylamid und Acrolein bestimmt werden. Eine Dosis-Wirkungsuntersuchung an Sprague Dawley (SD)-Ratten im Dosisbereich von 0,1 bis 10.000 µg/kg KG lieferte erstmals quantitative Informationen zur DNA-Adduktbildung durch den genotoxischen Acrylamid-Metaboliten Glycidamid bis in niedrigste Expositionsbereiche. In diesem Niedrigdosisbereich (0,1 bis 10 µg/kg KG) liegt die nach Einmaldosierung gemessene N7-GA-Gua-Bildung im unteren Bereich der humanen Hintergrundgewebsspiegel für DNA-Läsionen verschiedenen Ursprungs. Dieser Befund könnte die zukünftige Risikobewertung von Expositionen mit solchen genotoxischen Kanzerogenen auf eine neue und der Messung zugängliche Basis stellen. Mit der in dieser Arbeit eingesetzten extrem empfindlichen instrumentellen Analytik sind erstmals Messungen von genotoxischen Ereignissen bis in den Bereich der Verbraucherexposition möglich geworden. Es bleibt allerdings zu beachten, das Genotoxizität zwar eine notwendige, aber nicht hinreichende Bedingung für Mutagenität und maligne Transformation ist. Die auf ein genotoxisches Ereignis folgende biologische Antwort, muss jedoch in die Risikobewertung mit einbezogen werden. In primären Rattenhepatozyten ließ sich bei Inkubation mit Acrylamid zeigen, dass GSH-Addukte deutlich früher bei niedrigeren Acrylamidkonzentrationen nachweisbar sind als Glycidamid und N7-GA-Gua-Addukte. Der direkte Vergleich der Bildung von Glycidamid mit jener der AA-GSH-Addukte ließ schließen, dass die Entgiftung von Acrylamid in primären Rattenhepatozyten bis zu dreifach schneller verläuft als die Giftung. Zusätzlich ließ sich erstmals zeigen, dass primäre Rattenhepatozyten neben der Kopplung von Xenobiotika an GSH, zumindest auch in kleinen Anteilen zur Umwandlung in die entsprechenden MA fähig sind. Um das von Acrolein ausgehende Gefährdungspotential zu untersuchen, wurde dessen DNA-Adduktbildung in vitro untersucht. Als Biomarker für die Bildung eines Haupt-DNA-Adduktes wurde fünffach 15N-markiertes Hydroxypropanodeoxyguanosin (OH-[15N5]-PdG) synthetisiert und charakterisiert. DNA Inkubationsversuche mit Acrolein zeigten eine konzentrations- und zeitabhängige Bildung der OH-PdG-Addukte. Acrolein reagierte nur wenig langsamer als Glycidamid zu diesen Addukten. Zur Untersuchung der Toxikokinetik von Acrylamid und Acrolein in vivo nach Aufnahme von hoch belasteten bzw. kommerziell erhältlichen Kartoffelchips wurden die Ergebnisse aus zwei Humanstudien durchgeführt und ausgewertet. Die Ausscheidungskinetiken Acrolein-assoziierter MA im Menschen korrelierten eindeutig mit der Aufnahme von Kartoffelchips. Der Vergleich der im Urin ausgeschiedenen Mengen an Acrolein- bzw. Acrylamid-assoziierten MA ließ auf eine wesentlich höhere nahrungsbezogene Exposition mit Acrolein (4- bis 12-fach) verglichen mit Acrylamid schließen. Analytische Messungen der Acroleingehalte in den Lebensmitteln hatten aber nur eine Kontamination ergeben, die nur einen geringen Anteil der expositionsbedingt im Urin erfassten MA-Mengen erklären kann. Ob Acrolein an der Lebensmittelmatrix in einer Weise gebunden vorliegt, dass es sich der analytischen Erfassung durch die zur Verfügung stehenden Verfahren wie Headspace-GC/MS entzieht und erst nach Aufnahme in den Organismus freigesetzt wird, wird Gegenstand künftiger Untersuchungen. Zusätzlich liefern die Ergebnisse beider Humanstudien starke Hinweise auf eine endogene Bildung von Acrolein, da auch in den Wash-out Phasen ein relativ hoher Anteil an Acrolein-assoziierten MA erfasst wurde. Zukünftige Untersuchungen sollten die endogene Exposition und die Bildungsmechanismen von Acrolein und anderen Alkenalen aus verschiedenen physiologischen Quellen genauer untersuchen, und in Beziehung setzen zur exogenen, ernährungsbezogenen Exposition. Ebenso sollten künftig verstärkt die Auswirkungen kombinierter Exposition durch solche erhitzungsbedingt gebildeten Stoffe untersucht werden.

Viele alkylierende Verbindungen, die potentiell kanzerogen wirken, werden im großen Umfang als Ausgangsstoffe in der industriellen Polymerproduktion eingesetzt. Um das aus einer Exposition gegenüber einem solchem Arbeitsstoff resultierende, gesundheitliche Risiko bewerten zu können, kommt der Bestimmung der inneren Belastung im Rahmen des Humanbiomonitorings eine entscheidende Rolle zu. Zur Bestimmung der Hintergrundgehalte von sechs Merkaptursäuren als Metabolite der kanzerogenen Gefahrstoffe Acrolein, Butadien, Ethylenoxid, Propylenoxid und Glycidol im Urin der Allgemeinbevölkerung gelang es ein valides und praxistaugliches Analysenverfahren zu etablieren. Dieses ermöglicht erstmals auch die Bestimmung von DHPMA (2,3-Dihydroxypropylmerkaptursäure), dem potentiellen Metaboliten des Glycidols im menschlichen Urin. Der DHPMA-Analytstandard wurde durch Eigensynthese hergestellt. Bei der Anwendung der entwickelten Analysenmethode auf Urinproben von 94 Probanden der beruflich nicht exponierten Allgemeinbevölkerung konnten für alle untersuchten Merkaptursäuren Hintergrundgehalte in unterschiedlichen Konzentrationsbereichen ermittelt werden. Als geeignete Biomarker einer Tabakrauchexposition bzw. einer Exposition gegenüber den darin enthaltenen alkylierenden Verbindungen, erwiesen sich die Metabolite HEMA, 2-HPMA, 3-HPMA, MHBMA und DHBMA, bei denen Rauchen zu einem signifikanten Anstieg der Gehalte im Urin führte. Der stärkste tabakrauchabhängige Einfluss war für 3-HPMA nachzuweisen, dessen Median in der Rauchergruppe gegenüber dem der Gruppe der Nichtraucher mehr als das Sechsfache betrug. Des Weiteren wurde ein Verfahren zur Erfassung der Metabolite von 2-Chloropren und Epichlorhydrin entwickelt. Die potentiellen Chloropren-Biomarker wurden auf Grundlage der in-vitro-Untersuchungen von Munter et al. (2007) ausgewählt und durch Auftragssynthese bereitgestellt. Eine sensitive und zuverlässige Bestimmung der Merkaptursäure des Epichlorhydrins (CHPMA) sowie von fünf potentiellen Merkaptursäuren des Chloroprens (Cl-MA I, Cl-MA II, Cl-MA III, DHBMA und HOBMA) gelang mit einem online-SPE-HPLC-MS/MS-Verfahren. Das Analysenverfahren wurde auf Urinproben von 14 potentiell gegenüber Chloropren exponierten Beschäftigten angewandt. Im direkten Vergleich zu einer Kontrollgruppe von 30 Urinproben beruflich nicht exponierter Probanden, konnten in der exponierten Gruppe erhöhte Gehalte der Merkaptursäuren Cl-MA III, HOBMA und DHBMA festgestellt werden. Die potentiellen 2-Chloropren-Biomarker Cl-MA I und Cl-MA II konnten in den untersuchten Proben nicht nachgewiesen werden. Die chlorhaltige Merkaptursäure Cl-MA III wurde ausschließlich in Urinproben der beruflich exponierten Gruppe gefunden und konnte damit erstmals als spezifischer Chloropren-Metabolit beim Menschen nachgewiesen werden. Dies belegt indirekt die Bildung des Epoxids (1-Chlorethenyl)oxiran im menschlichen Metabolismus. Als Hauptmetabolit des Chloroprens wurde die Merkaptursäure DHBMA nachgewiesen, die zum spezifischen Chloroprenmetaboliten Cl-MA III eine signifikante Korrelation mit einem Ausscheidungsverhältnis von etwa 1 : 400 aufwies. Die Ergebnisse ermöglichen weiterführende Aussagen zur Biotransformation des Chloroprens beim Menschen. So erfordert die Bildung von DHBMA einen hydrolytischen Abbauschritt unter Dehalogenierung, der bislang noch nicht sicher in das Metabolismusschema eingeordnet werden kann. Die fehlende Korrelation zwischen den HOBMA- und DHBMA-Gehalten in den Urinproben der exponierten Gruppe weist darauf hin, dass HOBMA im Metabolismus von Chloropren nicht, wie zunächst angenommen, als Vorläuferverbindung von DHBMA fungiert. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde anhand der nachgewiesenen Metabolite ein Vorschlag zur Biotransformation des Chloroprens erarbeitet, dessen Bestätigung durch weiterführende Arbeiten noch aussteht. Die Merkaptursäuren HOBMA, Cl-MA I und Cl-MA II konnten nicht eindeutig als Metabolite des Chloroprens nachgewiesen werden. Die Bildung des Epoxids 2-Chlor-2-ethenyloxiran im menschlichen Metabolismus lässt sich daher bislang nicht sicher bestätigen. Zusammenfassend wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit zwei zuverlässige und empfindliche Analysenverfahren zur Erfassung der renalen Ausscheidung von Merkaptursäuren erarbeitet. Auf Basis der entwickelten Analysenverfahren unter Verwendung gezielt synthetisierter potentieller Metabolite konnten zahlreiche neue Biomarker etabliert und erstmalig im Rahmen eines Humanbiomonitorings eingesetzt werden. Zudem konnten wichtige Erkenntnisse zum Chloropren-Metabolismus beim Menschen gewonnen werden. Die bereits erhaltenen Ergebnisse zum Hintergrundgehalt verschiedener Merkaptursäuren ermöglichen es, die allgemeine Hintergrundbelastung gegenüber beruflichen und außerberuflichen Zusatzbelastungen abzugrenzen. Many alkylating and potentially carcinogenic compounds are used in large quantities as raw material in industrial polymer production. The assessment of the individual health risk resulting from exposure to these agents by human biomonitoring is accomplished by the determination of particular metabolites in human body fluids. The present thesis deals with the determination of mercapturic acids as specific metabolites of miscellaneous alkylating agents in human urine. An analytical method for the simultaneous determination of the mercapturic acids of the carcinogenic substances ethylene oxide, propylene oxide, acrolein, glycidol and butadiene in human urine was successfully developed and validated. The method involves solid phase extraction, HILIC-separation and ESI-MS/MS analysis and enables, for the first time, the determination of DHPMA (2,3-dihydroxypropyl mercapturic acid), as a potential metabolite of glycidol, in human urine. The analytical standard substance of DHPMA was provided by synthesis. The application of the analytical method on urine samples of 94 subjects of the general population revealed background levels of all six mercapturic acids in different concentration ranges. The mercapturic acids HEMA, 2-HPMA, 3-HPMA, DHBMA and MHBMA proved to be suitable biomarkers of exposure to tobacco smoke and accordingly to the therein contained alkylating compounds since the analyte excretion levels of smokers were significantly higher than those of non-smokers. With a six-fold increase of the median concentration level in smokers compared to non-smokers, 3-HPMA showed the strongest effect due to tobacco smoke exposure. Another analytical method was developed for the determination of the urinary metabolites of the chemical agents 2-chloroprene and epichlorohydrin. The potential biomarkers were selected based on the in-vitro studies of Munter et al. (2007) and were provided by custom synthesis. The successfully developed biomonitoring method allows the determination of CHPMA as mercapturic acid of epichlorohydrin as well as the determination of five potential mercapturic acids of 2-chloroprene (Cl-MA I, Cl-MA II, Cl-MA III, HOBMA, DHBMA). It applies online-SPE-HPLC-MS/MS and proved to be both sensitive and reliable. The analytical method was applied to urine samples of 14 employees occupationally exposed to 2-chloroprene. In direct comparison to a control group of 30 urine samples of subjects without occupational exposure to alkylating substances, elevated levels of the mercapturic acids Cl-MA III, HOBMA and DHBMA were found in the exposed group. Cl-MA I and Cl-MA II as further potential biomarkers of 2-chloroprene were not detected in any of the samples. The chlorine-containing mercapturic acid Cl-MA III was found in urine samples of the occupationally exposed group only and could thus be confirmed as a specific metabolite of 2-chloroprene in humans. Hence, the intermediate formation of the epoxide (1-chloroethenyl)oxirane in human metabolism of 2-chloroprene was indirectly confirmed. The mercapturic acid DHBMA was found to be the main metabolite of 2-chloroprene in humans. DHBMA showed a distinct and significant correlation to Cl-MA III, the specific metabolite of 2-chloroprene, with an excretion ratio of approximately 1 : 400. The obtained results allow new scientific insights into the course of the biotransformation of 2-chloroprene in humans. Thus, the formation of DHBMA requires a hydrolytic dehalogenation step, that has not been described yet. The non-existing correlation between the concentration levels of HOBMA and DHBMA in the urine samples of the exposed group indicates that HOBMA is not, as first thought, the precursor of DHBMA in human metabolism of 2-chloroprene. In the present thesis, a new biotransformation pathway of 2-chloroprene is proposed. For confirmation, further investigations are still required. The mercapturic acids HOBMA, Cl-MA I and Cl-MA II could not be unequivocally confirmed as metabolites of 2-chloroprene. As a result, the formation of the epoxide 2-chloro-2-ethenyloxirane in human metabolism of 2-chloroprene can not be considered as proved. In summary, two reliable and sensitive human biomonitoring methods for the quantification of urinary mercapturic acids were successfully developed. Various metabolites were specifically synthesized, established as new biomarkers and used in the context of human biomonitoring studies. Thus, the determination of mercapturic acid background levels in human urine as well as exploratory research studies on human chloroprene metabolism were enabled. The obtained results on mercapturic acid background levels render it possible to differentiate between the general background exposure and occupational exposure to several alkylating substances.

The following work examines the hydrogenation of p-nitrotoluene in the liquid phase and the partial hydrogenation of acroleine in the gas phase. For both reactions a microchannel reactor (MCR) with catalytically active walls and fixed bed catalysts have been prepared and applicated. In case of the hydrogenation of p-nitrotoluene using the MCR the aim was to prepare a catalytically active wall coating. To achieve this the inner surface of the MCR was anodically oxidized and followed by a deposition of palladium in the resulting oxide layer by means of electrochemical and wetchemical reduction. The resulting coating was modified by promoting it with lanthane. The maximum space time yield of p-toluidine was 7 mols per liter and hour. This is significantly more than the state-of-the-art today which is limited by heat transfer and enables a space time yield in the range of 0.15 to 1.5 mol per liter and hour. Thus, the MCR could be profitably used for this reaction. In case of the partial hydrogenation of acroleine with allyl alcohol as the desired product silver based real and model catalysts have been used. The aim was to identify correlations between the chosen catalyst support and immobilization procedure on one side and the catalytical properties of the resulting catalyst on the other. Aluminum and silicon dioxide have been used as catalyst support. The catalytically active component silver was deposited using conventional wet impregnation procedures as well as electrochemical silver deposition and sputtering of silver. It was possible to discriminate between effects due to the choice of the support material and effects due to the choice of the immobilization procedure. For this reaction, the MCR could not be used profitably. In der vorliegenden Arbeit wurde die Hydrierung von p-Nitrotoluol in der Flüssigphase und die partielle Hydrierung von Acrolein in der Gasphase untersucht. Für beide Reaktionen wurden Mikrostrukturreaktoren (MSR) mit katalytisch aktiven Wänden sowie Schüttgutkatalysatoren präpariert und eingesetzt. Im Fall der Hydrierung von p-Nitrotoluol im MSR bestand das Ziel in der Präparation einer geeigneten katalytisch aktiven Wandbeschichtung. Dazu wurde die innere Oberfläche des MSR anodisch oxidiert und in der resultierenden Oxidschicht Palladium durch elektrochemische und nasschemische Reduktion abgeschieden. Modifiziert wurden die erhaltenen Beschichtungen durch Lanthanpromotierung. Es wurde eine maximale Raumzeitausbeute an p-Toluidin im MSR von 7 mol pro Liter und Stunde erreicht. Dies ist deutlich höher als der durch die Grenzen des Wärmetransportes limitierte Stand der Technik, der für konventionelle Rührkesselreaktoren im Bereich von 0,15 bis 1,5 mol pro Liter und Stunde liegt. Der MSR konnte damit gewinnbringend für diese Reaktion eingesetzt werden. Für die Hydrierung von Acrolein mit dem Zielprodukt Allylalkohol wurden auf Silber basierende reale und Modellkatalysatoren eingesetzt. Ziel war es, Zusammenhänge zu finden zwischen der Wahl des Katalysatorträgers und der Techniken zur Silberimmobilisierung auf der einen Seite und den katalytischen Eigenschaften des resultierenden Katalysators auf der anderen. Als Trägermaterialien wurden Aluminium und Siliziumdioxid verwendet. Die Aktivkomponente Silber wurde konventionell nasschemisch, elektrochemisch und durch Sputtern abgeschieden. Einflüsse des Trägermaterials auf Aktivität und Selektivität des Katalysators konnten deutlich von den Einflüssen der verschiedenen Techniken der Silberimmobilisierung unterschieden werden. Der Mikrostrukturreaktor konnte für diese Reaktion nicht gewinnbringend eingesetzt werden.

The labeling of immunocomplexes for scanning electron microscopy (SEM) is a fairly new technique, and the various procedures, that have been proposed, have not yet been compared. Such comparative evaluation was performed with Candida protease as a target antigen. This secretory enzyme of the opportunistic yeast Candida albicans can be localized on the surface of fungal blastopores and mycelia, both after growth in proteinaceous medium and upon infection of murine peritoneal macrophages. The presence of the protease antigen was confirmed by immunofluorescence and by immunoperoxidase-light microscopy. The decoration of protease - anti protease complexes for SEM was attempted with colloids derived from the immunoperoxidase reaction, by the immunogold technique, and by antibodies linked to beads of synthetic polymers (polystyrene, polymethacrylate, polyacrolein). In addition, inactivated Staphylococcus aureus was used, which binds to antibodies through its protein-A. The high resolution by SEM of surface structures was matched only by the colloid based decoration techniques. All conjugates with beads suffered from inconsistent binding, which did not correspond with the distribution of the surface antigen. The comparatively best result with beads was obtained with polystyrene (Latex). Colloid based techniques in addition allow for critical point drying, which cannot be applied to synthetic beads in the usual manner.

In a climatized room of 30 M3 various gas-phase components of the side-stress smoke of cigarettes were quantitatively determined. In these experiments, acroleine, carbon monoxide, formaldehyde and nitric oxide reached relatively high values.

Biochemical and biological effects and chemical properties of three alpha,beta-unsaturated aldehydes [acrolein (I), 4-hydroxypentenal (II), and 4-hydroxyundecenal (III)] were compared. These three substances inhibited the incorporation of -3H-thymidine in Ehrlich-ascites-tumor cells in vitro in the following order: I is greater than III is greater than II. For reactivities with glutathion in vitro the order was: I is greater than II is greater than III is greater than. We concluded there from that the high activity of I, as to its inhibition of thymidine incorporation and its toxicity, was related to its high activity against SH-groups. With respect to therapeutic effects and hydrophilia the following order: II is greater than I is greater than III was observed. In our opinion the high hydrophilia of II is responsible for the significant and good inhibition of tumour growth.

"Activated" N-(2-Chloroethyl)amido-oxazaphosphorines like 4-hydroxycyclophosphamide, 4-hydroperoxycyclophosphamide, 4-hydroxyifosfamide, and 4-hydroperoxyifosfamide can be determined fluorometrically by condensation of liberated acrolein with m-aminophenol yielding 7-hydroxychinolin. The method permits determination of 10(-10) mol and is specific for "activated" N-(2-Chloroethyl)amido-oxazaphosphorine metabolites which liberate acrolein under conditions of the test. Neither cyclophosphamide nor ifosfamide or other metabolites of this cytostatics interfere with the test. Blood levels of free 4-hydroxycyclophosphamide and 4-hydroxyifosfamide were determined after injection of cyclophosphamide and ifosfamide into mice.

In a nearly airtight climatic chamber of 30 m3 we studied the air pollution due to cigarette smoke as well as resulting irritations and annoyance. When 9 cig/30 m3 have been smoked, acroleine reaches the threshold limit value for industries; when 5 cig/30 m3 have been smoked, the clean air standards for outdoor air are exceeded by acroleine, carbon monoxide, and formaldehyde. The eyes are the most sensitive organ to cigarette smoke, followed by the nose. Annoyance about air quality and the wish to open the door or to leave the room proved to be other susceptible criteria. With 10 cig/30 m3, 9% of the subjects show a "strong" or "very strong" eye irritation, while 78% "wish to leave the room=. The most important of the measured irritants seems to be acroleine.

In a private household overheated fat-containing food emitted vapours which caused severe intoxication in a previously healthy man. The resulting pulmonary changes presented a grave threat to the patient's life for several days. The origin and properties of the vapours led to the conclusion that acrolein was their major toxic component.