Voor de beste ervaring schakelt u JavaScript in en gebruikt u een moderne browser!
Je gebruikt een niet-ondersteunde browser. Deze site kan er anders uitzien dan je verwacht.

Enzym biedt inspiratie voor succesvolle katalyse

Publicatie in Nature Communications

29 oktober 2013

Enzymen, de natuurlijke katalysatoren, zijn over het algemeen veel selectiever dan hun synthetische tegenhangers. Een onderzoeksteam onder leiding van hoogleraar Joost Reek heeft nu laten zien dat een enzym-achtige aanpak de selectiviteit van synthetische 'overgangsmetaal katalysatoren' aanzienlijk kan verbeteren. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Nature Communications.
Enzym geïnspireerde katalyse

Katalyse maakt het mogelijk chemische synthese te versnellen en resulteert in minder afval per hoeveelheid product. Het faciliteert de duurzame productie in de bulk- en de fijnchemie en bij de vervaardiging van geneesmiddelen. Vooral bij de laatste twee toepassingen is  de zogenaamde overgangsmetaal katalyse een krachtig hulpmiddel in de toolbox van de chemicus. Het vergroot de selectiviteit bij de chemische conversie, zodat de opbrengst omhoog gaat en de hoeveelheid ongewenste bijproducten omlaag.

Geïnspireerd door de natuur

Onderzoek uit de groep voor Homogene en Supramoleculaire Katalyse van prof.dr. Joost Reek bij het Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences laat nu de belofte zien van een nieuwe, op de natuur geïnspireerde aanpak bij de ontwikkeling van katalysatoren. De chemici slaagden er in de katalysator onder te brengen in enzym-achtige holtes, gevormd via zelfassemblage van 'voorgeprogrammeerde' moleculaire bouwstenen. Daarmee konden ze een selectiviteit bereiken die niet voor mogelijk werd gehouden.

Het onderzoek betreft de toepassing van rhodium katalysatoren bij de omzetting van alkenen in aldehyden (een proces dat bekend staat als hydroformylering). De selectiviteit van de reactie bleek daarbij relatief eenvoudig te beïnvloeden via aanpassing van de omringende holte. De ingekapselde katalysatoren vertonen een ongekende selectiviteit die met traditionele katalysatoren nog nooit werd gerealiseerd.

 

In de kleine holte (roze) geeft de rhodium katalysator aanleiding tot de vorming van het 2-aldehyde. Zit de katalysator in de grote holte (blauw) dan ontstaat het 3-aldehyde. Toepassing van de niet-ingekapselde katalysator resulteert in een 1:1 mengsel van beide producten. Met traditionele katalyse was het tot nu toe niet mogelijk de selectiviteit van deze lastige reactie te beheersen.
In de kleine holte (roze) geeft de rhodium katalysator aanleiding tot de vorming van het 2-aldehyde. Zit de katalysator in de grote holte (blauw) dan ontstaat het 3-aldehyde. Toepassing van de niet-ingekapselde katalysator resulteert in een 1:1 mengsel van beide producten. Met traditionele katalyse was het tot nu toe niet mogelijk de selectiviteit van deze lastige reactie te beheersen.

ERC Advanced Grant

Joost Reek verwacht dat toekomstige generaties overgangsmetaal katalysatoren in toenemende mate enzym-achtige eigenschappen zullen hebben. Daarmee zal het mogelijk worden om lastige uitgangstoffen op een uiterst selectieve manier van functionele molecuulgroepen te voorzien.

Reek wil dit verder uitwerken in een project waarvoor de European Research Council hem een prestigieuze Advanced Grant en een budget van 2,5 miljoen euro toekende. Een belangrijk deel van het onderzoek zal gewijd zijn aan katalysatoren voor de oxidatie van water en voor reductiereacties voor protonen en stikstof. Dit is van belang voor de ontwikkeling van systemen die zonlicht in brandstof kunnen omzetten.

Vladica Bocokić, Ayfer Kalkan, Martin Lutz, Anthony L. Spek, Daniel T. Gryko & Joost N. H. Reek Capsule-controlled selectivity of a rhodium hydroformylation catalyst Nature Communications, published 23 October 2013 doi:10.1038/ncomms3670

Naar het Nature Communications artikel