Den överhängande miljökrisen kräver en brådskande övergång till en grön ekonomi. Ett team av forskare vid Nagoya University, Japan, ledd av professor Susumu Saito, har nyligen hittat ett intressant sätt att få detta att hända – genom att utnyttja en viktig metabolisk väg i levande celler. Deras mål var att förvandla de energifattiga vägprodukterna till bioförnybara sådana som potentiellt kan driva vår värld på ett hållbart sätt.

I de flesta växter, djur, svampar, och bakterier, en väg som kallas "Krebs -cykeln" är ansvarig för att tillhandahålla bränsle för celler för att utföra sina funktioner. Verkar i mitokondrierna, denna cykel resulterar i slutändan i bildandet av både energirika föreningar som NADH och FADH ₂ (som används för att driva organismen) och energibrista metaboliter som C _4- , C _5- , och C _6- polykarboxylsyror (PCA). Nyligen, idén att modifiera högfunktionaliserade PCA till bioförnybara molekyler har utforskats, genom att återställa kol-väte (C-H) bindningarna som gick förlorade i deras skapande. Detta skulle behöva dessa biomolekyler för att genomgå reaktioner som kallas "dehydrering" och "reduktion, " det är, omkastningen av Krebs-cykeln - en komplicerad process.

I sin nya studie publicerad i Vetenskapens framsteg , Prof Saito och hans team tog sig an utmaningen genom att försöka hitta en artificiell "katalysator, " en molekyl som kunde underlätta denna modifiering. De fokuserade på en kraftfull, mångsidig prekatalysator som kallas fosfin-bipyridin-fosfin (PNNP) iridium (Ir) -bipyridylkomplex. Prof Saito säger, "Enkelaktiv metallkatalysator som (PNNP)Ir-katalysatorn kan underlätta selektiv hydrering och dehydrering av högfunktionaliserat (mycket oxiderat och syresatt) biomassaråvara som Krebs-cykelmetaboliter."

När forskarna testade användningen av denna prekatalysator på C _4- , C _5- , och C _6- polykarboxylsyror och andra mitokondrierrelevanta metaboliter, de fann att CH-bindningarna inkorporerades effektivt i metaboliterna via hydrerings- och uttorkningsreaktioner - en bedrift som annars är mycket svår att uppnå. Återställandet av C-H-bindningar innebär att energirika organiska föreningar kan genereras från energifattiga material som är rikliga i naturen. Dessutom, reaktionerna resulterade i föreningar som kallas "dioler" och "trioler, " som är användbara som fuktgivande medel och i byggplaster och andra polymerer. Den enda "avfallsprodukten" i denna reaktion är vatten, ger oss en ren energikälla. Inte bara detta, dessa komplexa processer kan ske på ett "one-pot-sätt, "gör denna process effektiv.

Prof Saito och hans team är optimistiska att deras forskning kommer att få viktiga konsekvenser för en framtid med fokus på förnybar energi. Prof Saito säger, "Slösa kolmaterial som sågspån och ruttna livsmedel innehåller ett valv av olika karboxylsyror och deras potentiella derivat. Den molekylära (PNNP) Ir-katalysatorn kan användas för att göra nollutsläppsmaterial. Många råvaruplaster och polymermaterial kan tillverkas av biomassa baserat slöseri med dioler och trioler som erhålls från hydreringsprocessen."

Med dessa fynd, en grönare, ett mer koldioxidneutralt samhälle är säkert i sikte.