Artificial Photosynthesis for Regioselective Reduction of NAD(P)+ to NAD(P)H Using Water as an Electron and Proton Source

化学 NAD+激酶 人工光合作用 光系统I 光系统II 光合作用 水溶液 对苯二酚 光化学 光催化 有机化学 生物化学 催化作用
作者
Young Hyun Hong,Madhuri K. Nilajakar,Yong‐Min Lee,Wonwoo Nam,Shunichi Fukuzumi
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (8): 5152-5161 被引量:7
标识
DOI:10.1021/jacs.3c10369
摘要

In photosynthesis, four electrons and four protons taken from water in photosystem II (PSII) are used to reduce NAD(P)+ to produce NAD(P)H in photosystem I (PSI), which is the most important reductant to reduce CO2. Despite extensive efforts to mimic photosynthesis, artificial photosynthesis to produce NAD(P)H using water electron and proton sources has yet to be achieved. Herein, we report the photocatalytic reduction of NAD(P)+ to NAD(P)H and its analogues in a molecular model of PSI, which is combined with water oxidation in a molecular model of PSII. Photoirradiation of a toluene/trifluoroethanol (TFE)/borate buffer aqueous solution of hydroquinone derivatives (X-QH2), 9-mesityl-10-methylacridinium ion, cobaloxime, and NAD(P)+ (PSI model) resulted in the quantitative and regioselective formation of NAD(P)H and p-benzoquinone derivatives (X-Q). X-Q was reduced to X-QH2, accompanied by the oxidation of water to dioxygen under the photoirradiation of a toluene/TFE/borate buffer aqueous solution of [(N4Py)FeII]2+ (PSII model). The PSI and PSII models were combined using two glass membranes and two liquid membranes to produce NAD(P)H using water as an electron and proton source with the turnover number (TON) of 54. To the best of our knowledge, this is the first time to achieve the stoichiometry of photosynthesis, photocatalytic reduction of NAD(P)+ by water to produce NAD(P)H and O2.
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