Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Enzymopodobne polimery funkcjonalizowane do katalizy przemysłowej

Czerpiąc inspirację z natury, naukowcy zsyntetyzowali z funkcjonalizowanych polimerów układy podobne do enzymów. Struktury supramolekularne, w których miejsca aktywne są schowane w hydrofobowych zagłębieniach, znajdą zastosowanie w wielu istotnych dla przemysłu reakcjach wykorzystujących rozpuszczalniki na bazie wody.
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.

Powiązane informacje

Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę