natuurkatalysatoren

Natuurkatalysatoren is een verzamelterm voor katalysatoren die geïnspireerd zijn op natuurlijke systemen of die natuurlijke enzymen als uitgangspunt nemen. Het begrip omvat zowel natuurlijke enzymen als biocatalysatoren die als basis dienen, en kunstmatige systemen die enzymwerking nabootsen of verbeteren. Deze katalysatoren versnellen reacties onder milde temperatuur- en pH-omstandigheden en leveren vaak hoge chemische en stereochemische selectiviteit.

Typen omvatten natuurlijke enzymen zoals lipasen, proteasen en amylasen, die direct functioneren als biocatalysatoren in processen zoals de synthese van verschillende chemicaliën. Daarnaast bestaan kunstmatige enzymen of enzymmimetica die een vergelijkbaar actieve centrum nabootsen, en nanozymes, oftewel nanokatalysatoren met enzymachtige activiteit. Daarnaast komen organokatalysatoren en organokatalyse voor, die zonder metalen cofactors chemische stappen kunnen sturen met hoge stereoselectiviteit.

Werking en ontwerp berusten op een specifiek actief centrum dat interactie met het substraat regelt. Katalysatoren worden vaak geïmmobiliseerd om hergebruik mogelijk te maken, en technieken zoals protein engineering en directed evolution kunnen activiteit, stabiliteit en bereik vergroten. Kunstmatige systemen worden ontworpen met zorgvuldig gekozen metalen centra of cofactors en met chirale omgevingen voor stereoselectieve reacties.

Toepassingen bevinden zich in groene chemie, farmaceutische synthese, voedings- en biobased processen, afbraak van milieubelastende verbindingen en conversie van biomassa. Voordelen zijn hoge selectiviteit, milde randvoorwaarden en milieuvriendelijkheid; nadelen zijn vaak hogere kosten, beperkte stabiliteit of schaalbaarheid en gevoeligheid voor oplosmiddelen.

Toekomstige ontwikkelingen richten zich op immobilisatie, computational design en synthetische biologie om natuurkatalysatoren robuuster en goedkoper te maken voor industriële toepassingen.