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我国学者在铁钼辅酶类似物合成领域取得重要进展
日期:2018-05-09 10:32:35稿件来源:国家自然科学基金委员会
      

图. 左图为基于模板化合物的合成路线以及核配体复分解策略,右图为关键化合物的结构及化合物7同铁钼辅酶分子结构的叠加对比。

  在国家自然科学基金项目(项目编号:21671104)等资助下,南京师范大学陈旭东课题组与美国哈佛大学Richard H. Holm课题组合作,在生物固氮酶铁钼辅酶化学合成模拟方面取得重要进展。研究成果以“Ligand Metathesis as Rational Strategy for the Synthesis of Cubane-type Heteroleptic Iron–sulfur Clusters Relevant to the FeMo Cofactor”(配体复分解作为理性策略合成与铁钼辅酶相关的具有立方烷结构的杂配体Fe-S簇合物)为题,于2018年4月13日在 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America(PNAS,《美国科学院院刊》)上发表。论文链接:https://doi.org/10.1073/pnas.1801025115。

  氮元素是构成生命有机体的基本元素之一。大气中广泛存在的氮气,必须首先被转化成氨态氮才能进一步被有机体吸收利用,这一过程叫做固氮。目前广泛使用的工业固氮方法——合成氨,需要高温、高压,消耗大量能源,而一些微生物可以通过生物固氮酶催化作用在生物体内温和环境下实现固氮。铁钼辅酶是生物固氮酶中实现氮气活化的中心,铁钼辅酶分子结构极其复杂,直至2011年才得到完全确认。实现铁钼辅酶分子化学合成对于深入研究生物固氮酶的固氮机理具有重要意义,是人工模拟生物固氮的重要基础,是无机合成化学和生物无机化学领域重要挑战之一。

  铁钼辅酶分子核心结构中2p非硫属配体的嵌入是其化学合成关键难点所在。为解决这一问题,该课题组利用一个模板分子实现对硫属配体的固定,避免在进一步合成过程中对其它位点形成配位竞争,成功地在Fe-S簇合物核心结构中引入桥连的非硫属配体——卤素。以该类化合物为基础,发展了一种全新核配体复分解策略,解决了硫属配体对2p非硫属配体的配位竞争问题,首次实现异金属杂配体Fe-S簇合物核心结构中2p非硫属配体的嵌入,合成了同铁钼辅酶分子含Mo一侧子结构高度近似的类似物,为深入揭示生物固氮酶的固氮机理奠定了重要基础。同时这一理性合成策略对于铁钼辅酶分子整体化学合成模拟具有重要应用价值,这将有利于深入研究生物固氮机理尤其是氮气分子在铁钼辅酶分子上的活化过程。


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