Bioelectrocatalytic Cofactor Regeneration Coupled to CO2 Fixation in a Redox‐Active Hydrogel for Stereoselective C−C Bond Formation

固碳 羧化 化学 氧化还原 立体选择性 法拉第效率 辅因子 人工光合作用 催化作用 丙酮酸羧化酶 组合化学 还原酶 立体化学 光化学 电化学 光合作用 生物化学 电极 有机化学 光催化 物理化学
作者
L. Castañeda-Losada,David Adam,Nicole Paczia,Darren Buesen,Fabian Steffler,Volker Sieber,Tobias J. Erb,Michael Richter,Nicolas Plumeré
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:60 (38): 21056-21061 被引量:54
标识
DOI:10.1002/anie.202103634
摘要

The sustainable capture and conversion of carbon dioxide (CO2 ) is key to achieving a circular carbon economy. Bioelectrocatalysis, which aims at using renewable energies to power the highly specific, direct transformation of CO2 into value added products, holds promise to achieve this goal. However, the functional integration of CO2 -fixing enzymes onto electrode materials for the electrosynthesis of stereochemically complex molecules remains to be demonstrated. Here, we show the electricity-driven regio- and stereoselective incorporation of CO2 into crotonyl-CoA by an NADPH-dependent enzymatic reductive carboxylation. Co-immobilization of a ferredoxin NADP+ reductase and crotonyl-CoA carboxylase/reductase within a 2,2'-viologen-modified hydrogel enabled iterative NADPH recycling and stereoselective formation of (2S)-ethylmalonyl-CoA, a prospective intermediate towards multi-carbon products from CO2 , with 92±6 % faradaic efficiency and at a rate of 1.6±0.4 μmol cm-2 h-1 . This approach paves the way for realizing even more complex bioelectrocatalyic cascades in the future.
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