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天大張兵Nat. Catal.：只需兩步，電合成氨基酸！
來(lái)源： 時(shí)間：2023-09-07 09:53:30 瀏覽：3237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(lái)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?？焖俚谋犭康男纬珊途徛谋犭康倪€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(guò)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(guò)90%，NMR純度超過(guò)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(guò)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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