Experts van de Universiteit van Nottingham hebben een zelfvoorzienend circuit van reacties gecreëerd, wat een groenere en efficiëntere methode van chemische productie is.

In hun paper Self-sustaining closed-loop multi-enzym gemedieerde omzetting van amines in alcoholen in continue reacties, gepubliceerd in Natuur Katalyse , Drs. Francesca Paradisi en Martina Contente van de Universiteit van Nottingham produceren chemicaliën efficiënter door middel van een lusvormige reeks reacties met behulp van enzymen in flow.

De reacties verminderen milieuafval, zijn zelfvoorzienend en produceren hogere kwaliteiten van het eindproduct.

Enzymen in stroom, zoals gebruikt als een reeks 'kolommen' verpakt met geïmmobiliseerde enzymen en een drageroplossing, stroomt de reagentia naar binnen en de producten naar buiten met veel snellere reactiesnelheden dan bij normale batchreacties.

Dr. Paradisi, Universitair hoofddocent biokatalyse en enzymtechnologie aan de School of Chemistry, legde uit dat water vaak wordt gebruikt als het medium waarin door enzymen gemedieerde chemische reacties kunnen plaatsvinden, maar dat er een probleem is bij het afvoeren van het afval aan het einde van het proces.

Ze zei:"Uw water is nu enigszins verontreinigd met chemische moleculen die voortkomen uit de complexe transformatie die heeft plaatsgevonden, dus het in de afvoer gieten is niet milieuvriendelijk. Omgaan met verontreinigd water kan erg duur zijn.

"Met de lus die we hebben gemaakt, wordt het water gerecycled, de gegenereerde bijproducten worden tijdens het proces continu verwijderd en teruggewonnen, en het schone water wordt opnieuw gebruikt als drager voor de reagentia in de reactie."

De ketting van reacties is gecreëerd in een lus die zichzelf in stand houdt en betekent dat producten worden gecreëerd, gezuiverd, en geïsoleerd zonder de noodzaak van handmatige tussenkomst bij elke stap van het proces.

"Stel je voor dat je een kraan hebt die, in zijn waterstroom, produceert waardevolle producten onder de minder waardevolle. Stel je voor dat je een zeef hebt die het gewenste product eruit filtert", zei dr. Paradisi.

"Stel je dan voor dat deze kraan op een waterrecyclingfontein zou kunnen worden gemonteerd, nu weet je dat het water en de minder waardevolle producten (die nog steeds waardevol zijn) nooit verloren gaan, ze fungeren gewoon als de drager van de waardevolle moleculen.

"Dit verhoogt niet alleen de efficiëntie en bespaart tijd, het creëert een afvalvrij systeem. We ontdekten ook dat door op deze manier te werken, de opbrengsten van sommige 'lastig te maken' hoogwaardige producten ook veel hoger zijn dan bij traditionele chemische reacties - meer dan 20 keer.'

In het onderzoek, die werd gefinancierd door een subsidie ​​van de Biotechnology and Biological Sciences Research Council, het paar gebruikte amines die van nature in het lichaam worden geproduceerd, zoals dopamine, tryptamine en histamine. Vervolgens gebruikten ze de lus van reacties om deze om te zetten in alcoholen zoals 4-hydroxytyrosol, een antioxidant en doorgaans moeilijker te produceren.

Dr. Paradisi zei:"Deze alcoholen zijn zeer gewild bij het maken van geneesmiddelen, voedselsupplementen, om parfums en aroma's te creëren en ze zijn moeilijk en erg duur om te produceren. Traditionele chemische strategieën kunnen tot twee weken nodig hebben om een ​​opbrengst van 5-13 procent te produceren voor de meest uitdagende molecule. We hebben ontdekt dat we in 45 minuten ongeveer 70 procent kunnen produceren."

En het onderzoek is niet beperkt tot alcoholen, omdat het proces kan worden overgedragen om andere producten te maken.

"De mogelijkheden hiervoor zijn enorm, het gaat om de juiste toepassing", voegde Dr. Paradisi toe. "We kunnen elk molecuul van belang nemen en kijken of we het stap voor stap kunnen ontleden, denken welk enzym de reactie omgekeerd zou kunnen katalyseren, totdat we bij een eenvoudig uitgangsmateriaal komen. We kunnen dan de enzymen in volgorde samenstellen, net zoals het creëren van een kunstmatig biosysteem waarbij het eerste product het substraat is van de volgende enzymatische stap, totdat het uiteindelijke molecuul is bereikt. In tegenstelling tot een biologisch systeem, deze ex-vivo enzymatische fabriek is veel robuuster, we kunnen de hoeveelheid enzym die verantwoordelijk is voor elke stap drastisch verhogen (omdat het nooit verloren gaat, het zit in de reactor), de relatieve snelheid van elke reactie verfijnen, voor zeer snelle conversies.

"We hoeven ons geen zorgen te maken over de integriteit van de cel, of de potentiële toxiciteit van de molecule(n) voor het biologische systeem. De stroom betekent in feite dat als elke stap wordt geoptimaliseerd, we kunnen elk deel van de cascade als een afzonderlijke entiteit behandelen. Eindelijk, het afvalwater terugbrengen naar het begin, met enkele van de hulpcomponenten die de enzymen nodig hebben om te werken, we verhogen de productiviteit van het systeem exponentieel. Dit is een nieuwe manier van werken met enzymen die nog nooit eerder is gedaan."