Polyamide synthesis by hydrolases

Promotie: dhr. L.W. Schwab, 13.15 uur, Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Polyamide synthesis by hydrolases

Promotor(s): prof.dr. K. Loos

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

Synthese van polyamides met enzymkatalyse

Enzymen kunnen worden toegepast om polymeren te synthetiseren, echter over het synthetiseren van polyamides met enzymkatalyse is weinig bekend. Leendert Schwab laat in zijn proefschrift zien dat het enzym Candida antarctica lipase B de polymerisatie van een lactam ring kan katalyseren. Daarnaast beschrijft hij de copolymerisatie van aminozuren met het enzym papaine (protease).

Enzymen zijn katalysatoren die werken onder milde reactieomstandigheden met een hoge selectiviteit. Onder andere door immobilisatie zijn deze katalysatoren stabiel genoeg om gebruikt te worden in organische reacties. Diverse polymeren, waaronder polyesters en polysacchariden, werden al met enzymkatalyse gesynthetiseerd. Het onderzoek van Schwab is gestart om de synthese van polyamides te ontwikkelen gekatalyseerd door enzymen. Hij behandelt in zijn proefschrift vier onderwerpen.

De ring-opening polymerisatie van b -propiolactam door Candida antarctica lipase B (Cal-B) is geïntroduceerd en geoptimaliseerd met betrekking tot de opbrengst en polymerisatiegraad. Een polymerisatie van 96 uur bij 55 °C in tolueen levert de beste resultaten. Voor de beste resultaten wordt het enzym 24 uur gedroogd.

De polycondensatie van diesters en diamines gekatalyseerd door Cal-B werd gevolgd met infrarood spectroscopie. Het enzym levert bij lage temperaturen de hoogste bijdrage aan de polyamide synthese. Variatie van de ester component heeft geen invloed op deze enzymatische bijdrage variatie van de amine component wel. 1,4-Butanediamine wordt beter omgezet door het enzym dan amines met een zuurstof- of stikstofatoom in de hoofdketen.

Papaine kan de polymerisatie van aminozuuresters katalyseren, niet alleen homopolymeren maar ook copolymeren van 4 verschillende aminozuren zijn gesynthetiseerd. Met MALDI-ToF MS is de volgorde Leu>Tyr>Phe>Trp ingebouwd in de polymeren bestudeerd. Hieruit is een reactiviteitsreeks afgeleid voor de monomeren.

Papaine kan de vorming van amide bindingen tussen aminozuren en aromatische diamines katalyseren. Uit dit hoofdstuk blijkt dat papaine ook in staat is substraten te binden die niet voorkomen in de natuurlijke omgeving van enzymen. Daarmee is het een stap in de richting van polyamides gesynthetiseerd met enzymen die niet volledig bestaan uit aminozuren.

Leendert Schwab (Dokkum, 1976) studeerde scheikunde aan de Rijksuniversiteit Groningen, waar hij zijn promotieonderzoek deed bij de afdeling polymeerchemie van het Zernike Institute for Advanced Materials.