酵素を電極触媒に用いる有機電解反応

使用酶作为电催化剂的有机电解反应

• 批准号: 05235229
• 负责人: 米山 宏
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-05235229/
• 关键词: アルコール脱水素酵素; 有機電解反応; メチルビオローゲン; ホルムアルデヒド; アセトアルデヒド; アセトン

アルコール脱水素酵素(ADH)は,生体内でアルコールのアルデヒドあるいはケトンへの酸化反応の触媒として機能する酵素であり,反応基質と酵素の種類の組合せによっては,反応が可逆的に進行することが知られている。NAD^+依存のADH(EC1.1.1.1)とNADP^+依存のADH(EC1.1.1.2)を用い,ホルムアルデヒド,アセトアルデヒド,およびアセトンの還元反応をNADHあるいはNADPHを還元剤として用いることによって行った。ADH(EC1.1.1.1)およびNADHを用いると,ホルムアルデヒドのメタノールへの還元反応が進行することを初めて見出し,またアセトアルデヒドのエタノールへの還元に対しても高い触媒能を有していることがわかった。いっぽうNADPHとADH(EC1.1.1.2)を用いると,アセトアルデヒドのエタノールへの還元とアセトンの2-プロパノールへの還元を行うことができた。これらの知見を基に,NAD^+およびNADP^+の還元反応によるNADHとNADPHの生成を電気化学的行い,それと上記の酵素反応を組合わせた電解反応システムの構築を行った。NAD^+とNADP^+の電解還元反応には,それぞれジアフォラーゼおよびフェレドキシン-NADP^+-リダクターゼを触媒に,そしてメチルビオローゲンを電子メディエータに用いた。ADH(EC1.1.1.1)によるホルムアルデヒドとアセトアルデヒドの電解環元反応ならびに,ADH(EC1.1.1.2)によるアセトアルデヒドとアセトンの電解還元反応が迅速に進行し,変換効率および電流効率ともに100%が達成された。電解還元反応の際の反応速度の順番は,NADHあるいはNADPHを用いた化学的還元反応の反応速度の順番と一致したことから,電解反応において酵素上での反応基質の還元過程が律速段階となっていることを示唆する結果を得た。

酒精脱氢酶（ADH）是一种酶，可作为催化剂在体内氧化为醛或酮的催化剂，并且已知会导致反应取决于反应性底物和酶类型的组合。使用NAD^+ - 依赖性ADH（EC1.1.1.1）和NADP^+ - 依赖性ADH（EC1.1.1.2），使用NADH或NADPH作为减少剂作为甲醛，乙醛和丙酮的还原反应。最初发现，当ADH（EC1.1.1.1）和NADH的进展时，甲醛对甲醇的还原反应发生了，并且还发现它具有较高的催化能力，可以将乙醛还原为乙醇。另一方面，使用NADPH和ADH（EC1.1.1.2）将乙醛和丙酮降低至2-丙醇。基于这些发现，NADH和NADPH是通过NAD^+和NADP^+的还原反应产生的，并使用上述酶反应构建了电解反应系统。 NAD^+和NADP^+的电量反应分别使用diaphrase和Ferredoxin-NADP^+ - 还原酶作为催化剂进行，而甲基化学剂分别为电子介体。 ADH（EC1.1.1.1）（EC1.1.1）和ADH（EC1.1.1.2）对甲醛和丙酮的电解环反应的基于电环的反应，并迅速进行了丙酮（EC1.1.1.2）的进行，从而实现了转换效率和当前100％的效率。电解还原反应期间反应速率的顺序与使用NADH或NADPH的化学还原反应的反应速率相吻合，结果表明，酶上反应底物的还原过程是电解反应的速率限制步骤。

项目成果

Susumu Kuwabata: "Electrochemical Reduction of Formaldehyde,Acetaldehyde,and Acetone to the Corresponding Alcohols Using Alcohol Dehydrogenase as an Electrocatalyst." Chem.Lett.(印刷中).

Susumu Kuwabata：“使用乙醇脱氢酶作为电催化剂将甲醛、乙醛和丙酮电化学还原为相应的醇。”（正在出版）。