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天大張兵Nat. Catal.：只需兩步，電合成氨基酸！
來源： 時(shí)間：2023-09-07 09:53:30 瀏覽：1786次

第一作者：Mengyang Li?、Yongmeng Wu?、Bo-Hang Zhao?、Chuanqi Cheng

通訊作者：張兵教授

通訊單位：天津大學(xué)

DOI: 10.1038/s41929-023-01012-4


01

研究背景

氨基酸在食品和制藥工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，但當(dāng)前的生物和化學(xué)合成來自于低效率、復(fù)雜的凈化操作和高能耗。基于此，天津大學(xué)張兵教授等人研究了在環(huán)境條件下，由NO和丙酮酸可持續(xù)的電催化合成丙氨酸。機(jī)制研究揭示了一個(gè)級(jí)聯(lián)NO→羥胺→丙酮酸肟→丙氨酸途徑。快速的丙酮酸肟的形成和緩慢的丙酮酸肟的還原步驟引起各種副反應(yīng)，導(dǎo)致低丙氨酸的產(chǎn)生。并且設(shè)計(jì)了一個(gè)空間解耦的雙鍋電合成系統(tǒng)，使用由氧化物衍生的弓反應(yīng)器用于丙酮酸肟的形成和還原反應(yīng)。


02

文章要點(diǎn)

1、在環(huán)境條件下，作者研究了通過PA和NO的共還原，在克級(jí)上的丙氨酸的電合成，成功地在NO和PA中實(shí)現(xiàn)了兩步連續(xù)電合成，在100 mA cm?2下總法拉第效率（FE）為70%，產(chǎn)率超過90%，NMR純度超過98%。

2、本文報(bào)道的方法還可用于生產(chǎn)甘氨酸、天冬氨酸和谷氨酸。通過將本文的方法與后續(xù)的化學(xué)或生化協(xié)議相結(jié)合，這些合成的氨基酸有望進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為多肽、蛋白質(zhì)和其他生物聚合物。

3、本工作不僅為NO水電催化生產(chǎn)α-酮酸的氨基酸鋪平了道路，而且為設(shè)計(jì)高效的電催化反應(yīng)和電催化劑提供了替代策略。


03

圖文展示

 

圖1.氨基酸生產(chǎn)路線的示意圖比較

 

圖2.丙氨酸電合成的表征

 

圖3.機(jī)理研究

 

圖4. 兩步電合成丙氨酸的性能


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