Katalysering af en kulstoffri verden ved at høste energi fra levende celler

Den forestående miljøkrise kræver en hurtig overgang til en grøn økonomi. Et team af videnskabsmænd ved Nagoya University, Japan, ledet af professor Susumu Saito, har for nylig fundet en interessant måde at få dette til at ske - ved at udnytte en vigtig metabolisk vej i levende celler. Deres mål var at forvandle de energifattige produkter til bio-vedvarende produkter, der potentielt kan drive vores verden på en bæredygtig måde.

I de fleste planter, dyr, svampe, og bakterier, en vej kaldet "Krebs cyklus" er ansvarlig for at levere brændstof til celler til at udføre deres funktioner. opererer i mitokondrierne, denne cyklus resulterer i sidste ende i dannelsen af ​​både energirige forbindelser som NADH og FADH ₂ (som bruges til at drive organismen) og energimangelfulde metabolitter som C _4- , C _5- , og C _6- polycarboxylsyrer (PCA'er). For nylig, ideen om at modificere højt funktionaliserede PCA'er til biofornyelige molekyler er blevet udforsket, ved at genoprette de kulstof-brint (C-H) bindinger, der gik tabt i deres skabelse. Dette ville kræve, at disse biomolekyler gennemgår reaktioner kaldet "dehydrering" og "reduktion, " det er, vendingen af ​​Krebs-cyklussen - en kompliceret proces.

I deres nye undersøgelse offentliggjort i Videnskabens fremskridt , Prof Saito og hans team tog udfordringen op ved at sigte efter at finde en kunstig "katalysator, "et molekyle, der kunne lette denne modifikation. De fokuserede på en kraftfuld, alsidig prækatalysator kaldet phosphin-bipyridin-phosphin (PNNP)iridium (Ir)-bipyridyl kompleks. Prof Saito siger, "Enkeltaktiv-metalkatalysator såsom (PNNP)Ir-katalysatoren kan lette den selektive hydrogenering og dehydrering af højt funktionaliserede (højt oxiderede og oxygenerede) biomasseråvarer som Krebs-cyklusmetabolitter."

Da forskerne testede brugen af ​​denne prækatalysator på C _4- , C _5- , og C _6- polycarboxylsyrer og andre mitokondrierelevante metabolitter, de fandt ud af, at CH-bindingerne blev inkorporeret effektivt i metabolitterne via hydrogenerings- og dehydreringsreaktioner - en bedrift ellers meget svær at opnå. Gendannelsen af ​​CH-bindinger betyder, at energirige organiske forbindelser kan genereres fra energifattige materialer, der er rigelige i naturen. I øvrigt, reaktionerne resulterede i forbindelser kaldet "dioler" og "trioler, " som er nyttige som fugtgivende midler og i byggeplast og andre polymerer. Det eneste "affalds" produkt i denne reaktion er vand, giver os en ren energikilde. Ikke kun dette, disse komplekse processer kan forekomme på en "one-pot måde, " gør denne proces effektiv.

Prof Saito og hans team er optimistiske over, at deres forskning vil få vigtige konsekvenser for en fremtid med fokus på vedvarende energi. Prof Saito siger, "Udnyttede kulstofråvarer som savsmuld og rådden mad indeholder en hvælving af forskellige carboxylsyrer og deres potentielle derivater. Den molekylære (PNNP)Ir-katalysator kan bruges til at fremstille nul-emissionsmaterialer. Mange råvareplastik og polymermaterialer kunne fremstilles af biomasse- baseret spildmateriale ved hjælp af dioler og trioler opnået fra hydrogeneringsprocessen."

Med disse resultater, en grønnere, mere CO2-neutralt samfund er helt sikkert i sigte.