Bioinspirierte W-OH Komplexe zur Hydrierung von Acetylen

Wolfram ist das schwerste Metall, das in lebenden Organismen vorkommt, und spielt eine einzigartige und wichtige Rolle in bestimmten Enzymen. Ein solches Enzym, die Acetylenhydratase (AH), wird von speziellen Bakterien genutzt, um die Reaktion von Wasser und Acetylen (C2H2)einem einfachen Schweißgaszu Acetaldehyd zu unterstützen. Weitere Stoffwechselprozesse wandeln Acetaldehyd in ATP um, die essentielle Energiequelle des Lebens. Es ist sehr ungewöhnlich, dass ein Alkin in der Biologie als primäre Energiequelle dient. In der AH befindet sich Wolfram an der aktiven Stelle, umgeben von speziellen, schwefelreichen Molekülen, die als Metallopterin-Kofaktoren bezeichnet werden, sowie von zwei wichtigen Aminosäureresten: Aspartat und Cystein. Die Fähigkeit der Acetylenhydratase, die Reaktion zwischen Acetylen und Wasser effizient durchzuführen, ist bemerkenswert, doch wir verstehen immer noch nicht vollständig, wie sie funktioniert. Im Gegensatz zu industriellen Prozessen, die in der Regel hohe Temperaturen und schädliche Katalysatoren zur Aktivierung von Acetylen erfordern, arbeitet die Acetylenhydratase bei normalen Temperaturen und Drücken. Sie wandelt Acetylen in Acetaldehyd (CH3CHO) um, ohne toxische Nebenprodukte zu erzeugen. Unsere Forschung zielt darauf ab, die Einzelheiten der Funktionsweise dieses Enzyms zu enthüllen, was zur Entwicklung besserer und umweltfreundlicherer Katalysatoren für ähnliche Reaktionen in der Industrie führen könnte. Wir glauben, dass die spezifischen Aminosäuren, die das Wolframzentrum in der Acetylenhydratase umgeben, eine ideale Umgebung für diese Reaktion schaffen. Durch das Studium der Wechselwirkungen zwischen diesen Aminosäuren, Acetylen und Wolfram hoffen wir, die Funktion des Enzyms mit synthetischen Modellen nachzuahmen. Um dies zu erreichen, entwerfen und entwickeln wir biomimetische Wolframkomplexe, die die aktive Stelle des Enzyms nachahmen. Diese synthetischen Komplexe werden als Katalysatoren für die Acetylenhydration getestet, und es werden detaillierte Studien durchgeführt, um zu verstehen, wie sie funktionieren. Darüber hinaus konzentrieren wir uns darauf, Wasserlöslichkeit der Wolframverbindungen zu erreichen, im Einklang mit den Prinzipien der grünen Chemie, und schädliche organische Lösungsmittel zu vermeiden. Durch die Erforschung dieser Modellkomplexe hoffen wir, Einblicke in den Mechanismus des Enzyms zu gewinnen und zur Schaffung neuer, nachhaltiger Katalysatoren für ähnliche chemische Reaktionen in der Zukunft beizutragen.