Projektbeschreibung
Wasser als Elektronendonator zur Förderung von Oxidoreduktasen-katalysierten Umwandlungen
Redoxreaktionen sind eine zentrale Art der Umwandlung in der organischen Synthese. Sie beinhalten einen Elektronentransfer zwischen einem Donator (der reduziert wird) und einem Akzeptor (der oxidiert wird). Oxidoreduktasen sind Enzyme, die diese Übertragung katalysieren. Ihre Aktivität wird in der Regel durch stöchiometrische Cosubstrate wie Glukose und Alkohole gefördert, wodurch wertvolle Nahrungsmittel als Elektronendonatoren geopfert werden. Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt BioAqua wird stattdessen Wasser in einem völlig neuartigen Ansatz der Biokatalyse verwenden. Es wird Wasser mit sichtbarem Licht aktivieren und fortschrittliche Katalysatoren einsetzen, um die Wasseroxidation zu erleichtern. Die freigesetzten Elektronen werden genutzt, um durch Oxidoreduktasen katalysierte Umwandlungen in einem saubereren und effizienteren Reaktionsschema zu fördern.
Ziel
The research proposed in BioAqua aims at breaking new ground in the area of catalysis by enabling water-driven biocatalytic redox reactions.
Oxidoreductases are a class of enzymes with a very high potential for preparative organic synthesis, which is why they are increasingly used also on industrial scale. The current state-of-the-art, however, utilises valuable high-energy cosubstrates (such as glucose and alcohols) to promote oxidoreductases. Thereby valuable (and edible) building blocks are wasted as sacrificial electron donors which will have significant ethical (food for chemistry), economic and environmental consequences once redox biocatalysis is applied at scale.
I envision utilizing water as sacrificial electron donor. Hence, a simple and abundant cosubstrate will be used instead of the valuable cosubstrates mentioned above. This will be a completely new approach in (bio)catalysis.
However, activating water for this purpose water is extremely difficult due to its kinetic and thermodynamic inertness. To solve this problem, I propose using visible light as external energy source and advanced chemical catalysts to facilitate water oxidation. The electrons liberated in this process will be made available (for the first time) to promote oxidoreductases-catalysed transformations.
BioAqua represents an entirely new paradigm in catalysis as I will bridge the gap between photocatalysis and biocatalysis enabling cleaner and more efficient reaction schemes.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
2628 CN Delft
Niederlande