Enzymopodobne polimery funkcjonalizowane do katalizy przemysłowej
Katalizatory to substancje zwiększające tempo reakcji chemicznej poprzez zmniejszenie energii niezbędnej do jej zainicjowania. Katalizatory są nieodzownym elementem reakcji chemicznych w przemyśle. Przyspieszenie reakcji poprzez zastosowanie katalizatora pozwala zwiększać uzysk. Ze względu na specyficzność działania katalizatory pozwalają też uzyskiwać związki o wysokiej czystości, zmniejszając liczbę czynności wykonywanych w ramach przetwarzania. Katalityczne reakcje kaskadowe naśladujące występujące w przyrodzie mechanizmy tworzenia cząsteczek umożliwiają syntezę różnorodnych związków naturalnych, przez co stały się kluczowym obszarem zainteresowań ekologicznej chemii organicznej. Naukowcy i inżynierowie często czerpią inspirację z natury i nie inaczej jest w przypadku prac nad katalizatorami. Enzymy to białka złożone z długich łańcuchów aminokwasów, których fałdowanie na różne skomplikowane sposoby powoduje tworzenie trójwymiarowych struktur nadających funkcję. Przyjmując za punkt wyjścia zaobserwowane podobieństwo między białkami a kopolimerami blokowymi, naukowcy pracujący nad finansowanym ze środków UE projektem 'Single chain polymer nanoparticles' (SCPNANOPART) opracowali syntetyczne nanocząstki białkopodobne. Osiągnięto to poprzez funkcjonalizację kopolimerów (polimerów złożonych z więcej niż jednego typu monomerów) z użyciem struktur supramolekularnych, których aktywacja wspomaga fałdowanie. Wśród różnego rodzaju architektur, jakie opracowano I zbadano dla potrzeb stworzenia procedury syntezy kopolimerów blokowych z funkcjonalizacją, zespół zsyntetyzował nanocząsteczki, w których miejsca katalitycznie aktywne są ukryte w hydrofobowym wnętrzu. Umożliwia to katalizę w roztworach wodnych. Zebraną wiedzę wykorzystano podczas badań nad dwoma typami reakcji o znaczeniu przemysłowym. Reakcja kondensacji aldolowej ma kluczowe znaczenie dla syntezy w chemii organicznej, ponieważ umożliwia tworzenie wiązań węgla z węglem. Pochodne kwasu boronowego są używane w katalizie licznych reakcji o znaczeniu przemysłowym, toteż naukowcy zajęli się również funkcjonalizacją polimerów kwasem fenoloboronowym dla potrzeb katalizy w wodzie lub rozpuszczalnikach organicznych. Funkcjonalizowane polimery opracowane do reakcji aldolowej wykazały w wodzie wyjątkową aktywność, porównywalną z enzymami naturalnymi. Zastosowanie nowatorskiej metody kontroli położenia miejsca aktywnego umożliwiło również osiągnięcie imponującej selektywności. Polimery funkcjonalizowane kwasem fenyloboronowym wykazały dużą aktywność w dwóch różnych reakcjach: bezpośredniej amidacji w rozpuszczalniku organicznym I reakcjach Dielsa-Adlera w wodzie. Projekt SCPNANOPART dokonał pomyślnej syntezy nowatorskich, skompartmentalizowanych układów katalitycznych do reakcji w roztworach wodnych, w których miejsce aktywne znajduje się w hydrofobowym wnętrzu. Stworzone enzymopodobne nanostruktury cząsteczkowe o wysokiej aktywności I specyficzności powinny mieć duży wpływ na chemię syntetyczną, szczególnie w odniesieniu do związków organicznych wchodzących w reakcje kaskadowe.
