Descrizione del progetto
La biforcazione degli elettroni per incrementare l’efficienza energetica delle reazioni chimiche
La catalisi endergonica, un tipo di reazioni chimiche che richiede un apporto energetico per procedere, è coinvolta nella conversione di sostanze a bassa energia in prodotti ad alta energia. Sebbene sia utile per creare materiali complessi a partire da materiali semplici, essa è impegnativa da realizzare; è la natura a guidare queste reazioni che richiedono energia (endergoniche), accoppiandole con altre che invece ne rilasciano (esergoniche). Il progetto BifurCAT, finanziato dal CER, si propone di creare catalizzatori artificiali che imitino questo processo consentendo in tal modo di utilizzare composti comuni ed ecocompatibili, come l’acido formico, al fine di pilotare reazioni difficili, il che consentirà lo sviluppo di preziosi prodotti farmaceutici e agrochimici. Nel complesso, lo studio offrirà una strategia efficiente dal punto di vista energetico per la sintesi chimica.
Obiettivo
Endergonic catalysis converts low-energy substrates into high-energy products. Such reactions are highly desirable in academia and industry as they allow the transformation of abundant starting materials into complex products. However, endergonic reactions are impossible by classical catalysis, since the reverse reaction to the starting materials always dominates. Nature found an amazing way to drive endergonic reduction reactions catalytically by coupling an energetically uphill reduction to a separate, energetically downhill reduction. This strategy is called electron bifurcation and has been discovered with quinone- and flavin-dependent enzymes. No artificial catalysts capable of electron bifurcation have been realised to date. In BifurCAT, I propose the design, realisation, and application of molecular electron bifurcation catalysts. The key to achieving this goal is the precise localisation of two designed, organic redox sites in close proximity. This mimics the enzymatic strategy of splitting two electrons of a medium-potential reductant into a strongly reducing electron at the expense of a second, weakly reducing electron at separate redox sites. Electron bifurcation allows using environmentally benign, abundant, organic reductants such as formic acid or ascorbic acid to drive energetically uphill one-electron reductions at the strongly reducing redox site. Currently, these reactions require super-stoichiometric, rare-earth metal reductants or constant irradiation. I propose to demonstrate the utility of this new approach by applications in reductive incorporation of carbon dioxide into organic substrates and challenging dearomatisation reactions, which both lead to highly sought-after compounds for the preparation of pharmaceuticals, agrochemicals, and precursors to organic materials. BifurCAT has the aim to change our view on energetically impossible reactions and to provide a resource- and energy-conserving, alternative strategy inspired by nature.
Campo scientifico (EuroSciVoc)
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP. Cfr.: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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- scienze naturaliscienze chimichecatalisi
- scienze naturaliscienze biologichebiochimicabiomolecoleproteineenzimi
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Parole chiave
Programma(i)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Argomento(i)
Invito a presentare proposte
(si apre in una nuova finestra) ERC-2023-STG
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HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsIstituzione ospitante
80333 Muenchen
Germania