Estudios de estabilidad de partículas de MIL-125-NH2 en medios acuosos y fotogeneración visible de la coenzima NADH

Abstract

Introducción: La catálisis enzimática permite la obtención de especies de alto valor agregado con bajo costo energético y alta especificidad. Sin embargo, su aplicación práctica requiere el desarrollo de métodos eficaces de inmovilización que faciliten la reutilización y el diseño de sistemas de regeneración de coenzimas, esenciales para la operación de los biocatalizadores. Una de las coenzimas más utilizadas como donor de protones y electrones es la Nicotinamida Adenina Dinucleótido reducida (NADH), cuya regeneración comúnmente involucra la fotoexcitación de complejos metálicos raros y costosos, partículas plasmónicas de Pt o semiconductores tóxicos como el CdS.[1] En este trabajo, informamos la utilización de un armazón metalorgánico (MOF) basado en oxo-clusters de titanio y ácido 2-aminotereftálico (MIL-125-NH2) como una especie fotoactiva para mediar la regeneración del NADH inducida por irradiación visible. Si bien el MIL-125-NH2 es un MOF de fácil obtención, biocompatible y eficiente como fotocatalizador, presenta estabilidad parcial en agua debido al comportamiento ácido-base de sus componentes. Por lo tanto, se estudió la estabilidad del MIL-125-NH2 expuesto a diferentes pHs, analizando los sólidos y los sobrenadantes remanentes por diferentes técnicas, mientras que las propiedades fotocatalíticas se estudiaron en aquellos medios donde las partículas de MOF resultaron más estables.Resultados: La estabilidad del MIL-125-NH2 presentó una clara dependencia con el pH del medio, siendo inestable en medio acuoso no amortiguado y alcalino (pH=10) y muy estable en medio neutro (pH=7) y ácido (pH=4). Los análisis realizados indican que la inestabilidad surge de reacciones de hidrólisis que dan lugar a la formación de TiO2 sólido y 2-aminotereftalato liberado a la solución. La regeneración del NADH a partir de la fotorreducción del NAD+ (Fig. 1) se llevó a cabo en condiciones anaeróbicas bajo irradiación visible monocromática (λ=470 nm) de suspensiones del armazón en presencia de trietanolamina (TEOA) como donor electrónico de sacrificio a pH=7, alcanzando un rendimiento mayor al 30 % luego de 4 horas de irradiación. En base a los resultados obtenidos y demás estudios, se plantean mecanismos para racionalizar la estabilidad del armazón y demostrar que su fotoactividad se explica por los electrones dispuestos en su banda de conducción (BC).Conclusiones: Nuestros estudios indican que el grado de hidrólisis del MIL-125-NH2 puede ser controlado regulando el pH del medio, definiendo así una ventana de estabilidad donde es posible utilizarlo como fotocatalizador para mediar la reacción de regeneración de la coenzima NADH.