Од тенок воздух Како јаглерод диоксидот станува суровина за аминокиселини преку катализа
Тоа е стар сон за хемија: Извадете го вишокот јаглерод диоксид од атмосферата и претворете го во висококвалитетни материи. Зад ова стои идејата за рафинирање на нетоксичен и лесно достапен стакленички гас со инкорпорирање во друга молекула. Една таква реакција од сонот е конверзија на метан со јаглерод диоксид во оцетна киселина. Сепак, сè уште не е реализирано и затоа сè уште припаѓа на царството на соништата. Бидејќи рециклирањето на материјалот на јаглерод диоксид обично е поврзано со голема потрошувачка на енергија. Само развојот на софистицирани системи на катализатори може да доведе до оваа цел.
Не помалку од оваа причина, имаше интензивна активност во областа на истражување на катализатори околу десет години, а „реакциите од соништата“ соодветно напредуваат. На пример, полиуретан, основен материјал за пена од душеци, сега може да се произведе во индустриска скала со додавање на CO2. Сега група хемичари од Техничкиот универзитет во Минхен синтетизираа друга важна супстанца со додавање на јаглерод диоксид. Julулија Мартин, Лукас Аизолд и Арне Скера успеаја да создадат аминокиселина метионин со помош на ензими. Овој градежен блок на протеини се користи во големи количини, особено при гоење на животните.
На почетокот имаше реклама
Тројцата хемичари ја користеле супстанцијата метионал, природен производ на распаѓање на метионин, како почетен материјал. Претходно се веруваше дека реакцијата во која метионинот се претвора во метионал со ослободувањето на CO2 не е толку лесно реверзибилна. Ова обично бара висок притисок и температура. Но, минхенските хемичари пронајдоа поедноставен начин: Тие идентификуваа два ензими кои, кога се комбинираат, произведуваат големи количини на аминокиселина од метионален и гасен јаглерод диоксид при притисок од само две бари. Откако ги оптимизираа биокатализаторите, истражувачите на Скера дури можеа да постигнат принос и до 40 проценти, како што пишуваат во списанието „Катализа на природата“.
Експериментите првично беа извршени во мал лабораториски автоклав. Постапката беше релативно едноставна: сите состојки на реакцијата беа истурени во садот за притисок и се оставија таму најмногу два дена. Како што покажаа деталните студии, ензимот декарбоксилаза првично ја извршува својата работа и придава CO2 група на метионалната. Во вториот чекор, амино групата потоа се пренесува со друг соодветен ензим. Резултатот е аминокиселина метионин.
Серијата тестови започна со тендер од хемиската компанија Евоник, еден од најголемите производители на метионин. Оваа супстанца е една од осумте аминокиселини неопходни за луѓето и се користи во големи размери при гоење на животни, бидејќи живината и свињите подобро ја користат својата храна преку нејзиното додавање. Годишното производство на метионин е десет милиони тони. Аминокиселината се произведува во индустриска скала во процес на шест чекори во кој се користи водород цијанид - познат и како високо токсичен водород цијанид.
Во потрага по побезбеден процес на производство, Евоник им се обрати на германските универзитети пред пет години. Избрани се голем број предлози, вклучително и оној на хемичарите од Минхен. Арне Скера и неговите колеги беа во можност да покажат рани успеси во соработката, така што нивниот истражувачки проект е финансиран оттогаш.
Висок принос и покрај благи услови
Природата е секогаш одличен пример кога станува збор за фиксирање на CO₂. За време на фотосинтезата - управувано од светлосна енергија - јаглерод диоксидот се апсорбира од зелените растенија и се таложи во органски соединенија. Сепак, вкупно 14 ензими се вклучени во CO-фиксацијата и приносот е само 20 проценти. Со нивниот процес, Скера и неговите колеги можат да покажат подобар рекорд.
Во минатото имаше неколку обиди да се поправи биокаталитички јаглерод диоксид. Сепак, ова беше направено со суперкритичен CO2, што предизвика екстремно висок притисок, или со раствори што содржат карбонат кои се многу алкални и затоа се многу корозивни. Научниците од Минхен, од друга страна, користат гасен CO2 под услови на благ притисок и со скоро неутрален степен на киселост.
Во прилог на метионин, други аминокиселини, исто така, можат да се произведат биокаталитички со овој процес. Хемичарите можеа да добијат леуцин и изолеуцин од 3-метилбутанал и 2-метибутанал, соодветно. Понатамошните рафинирања на ензимите треба да овозможат големо производство во иднина. Во наредната година, Евоник ќе започне нова фабрика за производство на метионин во Сингапур со годишен капацитет од 150 000 тони - но реакцијата од сон од Минхен сè уште не се користи таму.