Bioelektrokatalytische Cofaktor‐Regeneration und CO2‐Fixierung in einem redoxaktiven Hydrogel durch stereoselektive C‐C‐Bindungsknüpfung

Abstract

AbstractDie nachhaltige Abscheidung und Umwandlung von Kohlendioxid (CO2) ist ein Schlüssel für das Erreichen einer kreislauforientierten Kohlenstoffwirtschaft. Die Bioelektrokatalyse verspricht, dieses Ziel zu erreichen. Die funktionale Integration von CO2‐fixierenden Enzymen in Materialien zur Elektrodenfunktionalisierung für die Elektrosynthese stereochemisch komplexer Moleküle muss jedoch erst noch demonstriert werden. Hier wird die stromgetriebene regio‐ und stereoselektive Inkorporation von CO2 in Crotonyl‐CoA durch eine NADPH‐abhängige enzymatische reduktive Carboxylierung gezeigt. Die Coimmobilisierung einer Ferredoxin‐NADP+‐Reduktase und einer Crotonyl‐CoA‐Carboxylase/‐Reduktase in einem mit 2,2′‐Viologen modifizierten Hydrogel ermöglichte ein gekoppeltes NADPH‐Recycling samt stereoselektiver Bildung von (2S)‐Ethylmalonyl‐CoA, einem Zwischenprodukt zu Multi‐Kohlenstoff‐Produkten aus CO2, mit 92±6 % faradayscher Effizienz und mit einer Rate von 1,6±0,4 μmol cm−2 h−1.