Fotoelectroquímica semiartificial para la síntesis orgánica enantioselectiva mediada por CO2

Área de la Ciencia:

• Fotosíntesis artificial
• Biocatálisis
• Química sustentable

Sus antecedentes:

• Las células fotoelectroquímicas (PEC) se exploran para la síntesis de combustible solar, pero la reducción de CO2 generalmente produce moléculas simples.
• La producción de moléculas orgánicas quirales complejas a partir del CO2 sigue siendo un desafío importante en la química sostenible.

Objetivo del estudio:

• Demostrar las células PEC convertidoras de CO2 que impulsan la catálisis dominó enzimática integrada para la producción de moléculas orgánicas quirales.
• Para utilizar el CO2/formato como una pareja redox sostenible para la síntesis biocatalítica.
• Integrar los dispositivos de fotosíntesis artificial con el biocatálisis para la síntesis enantioselectiva.

Principales métodos:

• Desarrollo de un electrodo semiartificial con enzimas co-inmovilizadas (W-formato deshidrogenasa, NAD+-dependiente formato deshidrogenasa, alcohol deshidrogenasa) en un electrodo de fieltro de carbono/ITO.
• Reducción de CO2 para formarlo utilizando un potencial catódico, seguido de la reducción de NAD+ a NADH.
• Reducción enzimática de la acetofenona al 1-feniletanol quiral utilizando el NADH generado.
• Integración del sistema enzimático con un fotocátodo de semiconductor orgánico para la síntesis enantioselectiva impulsada por la energía solar.

Principales resultados:

• Reducción exitosa de CO2 para formar y posterior generación de NADH.
• Síntesis enantioselectiva de 1-feniletanol quiral con un exceso enantiomérico del 93% y un rendimiento de conversión del 38%.
• Demostración de la producción de (S) o (R) -1-feniletanol mediante la selección de deshidrogenasas alcohólicas específicas.
• Prueba de principio para la utilización de energía solar en síntesis enantioselectiva utilizando una plataforma PEC.

Conclusiones:

• Las células PEC convertidoras de CO2 pueden impulsar efectivamente la catálisis dominó enzimática integrada para la producción de moléculas quirales.
• Este enfoque ofrece una vía sostenible para la biocatálisis precisa utilizando energía luminosa.
• Los conceptos de fotosíntesis artificial se pueden traducir a aplicaciones biocatalíticas avanzadas, incluida la síntesis quiral.