Onderzoekers van de groep Synthetische Organische Chemie aan de Aalto University hebben een innovatief systeem ontwikkeld met behulp van enzymen voor de valorisatie van biogene furanen, leidend tot organische structuren die bijvoorbeeld in geuren, farmaceutische producten en complexe bioactieve natuurlijke producten, zoals vitamines.

Furfural is een veel voorkomende voorloper van veel op furaan gebaseerde chemicaliën. Het is een belangrijk chemisch platform afgeleid van lignocellulose biomassa, waaruit de afgelopen jaren meerdere succesvolle benaderingen voor furaan-afgeleide biobrandstoffen en groene oplosmiddeloplossingen zijn voortgekomen. Echter, als het gaat om toepassingen in de fijnchemische productie, gebrek aan complexiteit en de eis van milieutechnisch twijfelachtige en dure katalysatoren voor zware metalen vormen ernstige uitdagingen op weg naar chemische producten met een hoge toegevoegde waarde.

Door volledig te vertrouwen op de katalysatoren van de natuur - de enzymen - biedt de nu ontwikkelde technologie de hoogste biocompatibiliteit en een veel groenere voetafdruk in vergelijking met traditionele benaderingen.

Door klassieke scheikunde te imiteren die oorspronkelijk niet in de natuur voorkomt, doel is om de biokatalytische toolbox uit te breiden en enzymen op een meer veelzijdige manier te gebruiken.

"In deze specifieke enzymatische reactie, we konden niet alleen het veelgebruikte iridium vervangen, dat is een van de zeldzaamste elementen in de aardkorst en dus onbetaalbaar, met een eenvoudige eiwitkatalysator. Door enzymen te gebruiken bij deze transformatie, we kunnen nu voor het eerst de reactie op een meer stereoselectieve manier uitvoeren en zo de gevaloriseerde lactonproducten met een hogere zuiverheid verkrijgen", zegt postdoctoraal onderzoeker Yu-Chang Liu.

De onderzoekers waren verder in staat om de nieuw ontdekte enzymatische functie terug te brengen in een natuurlijke omgeving door de genetische code van het benodigde eiwit in een bacteriële gastheer in te voegen. Dus, een van de belangrijkste transformaties kan worden uitgevoerd binnen een speciaal ontworpen micro-organisme, wat leidt tot het vooruitzicht om cellen te gebruiken om hoogwaardige chemicaliën uit furanen te produceren.

"Met de introductie van echt niet-natuurlijke functies in levende organismen, zullen we in de toekomst in staat zijn om biologische productiescenario's aanzienlijk uit te breiden. Het vermogen om micro-organismen te overtuigen om ook deel te nemen aan transformaties die niet van nature in een biosynthetische route zijn gecodeerd, opent mogelijkheden om traditionele chemische strategieën samen te voegen met de krachtige nieuwe wereld van moderne biotechnologie", legt onderzoeksleider prof.dr. Jan Deska uit.

De studie, getiteld "Enantioconvergente biokatalytische redoxisomerisatie, " is onlangs gepubliceerd in Internationale editie van Angewandte Chemie .