Kubeformede jern-svovl-klynger understøtter multiple bindinger mellem jern og nitrogen

I en række biologiske processer, jern-svovlklynger spiller en afgørende rolle, hvor de fungerer som cofaktorer til enzymer. Forskning offentliggjort i Angewandte Chemie viser nu, at kubiske klynger kan understøtte usædvanlige bindingstilstande. Denne undersøgelse viser, at klyngen klarer sig godt med en multipel binding mellem jern og nitrogen - et strukturelt motiv, der kan være involveret i biologisk nitrogenfiksering.

Klynger lavet af jern- og svovlatomer er essentielle cofaktorer for en række enzymer, især i biologiske processer, der involverer elektronoverførsel. Som et eksempel, nitrogenfikserende bakterier bruger jern-svovlklynger til at omdanne nitrogen fra luften til nyttige nitrogenforbindelser. For at forstå denne vigtige biologiske proces, forskere graver dybt i de mulige bindingsforhold mellem nitrogen- og jernatomer i sådanne klynger.

Daniel Suess og kolleger, fra Massachusetts Institute of Technology i Cambridge, OS., har nu undersøgt klyngens evne til at danne usædvanlige bindinger mellem jern og nitrogen. En dobbeltbinding, som er en del af en kemisk gruppe kaldet et imid, kan spille en rolle i nitrogenfiksering.

For at konstruere imidet, holdet begyndte med at producere en terningformet jern-svovl-klynge. De otte hjørner af terningen er optaget af alternerende jern- og svovlatomer; tre af jernatomerne er beskyttet af kemiske arter, der tjener som ligander. Disse ligander binder sig ikke direkte til atomerne, og skærm dem bare i stedet for. Det resterende uafskærmede jernatom i klyngen blev bundet til en udskiftelig chloridligand. Omhyggelig udvælgelse af reagenserne gjorde det muligt for teamet at udskifte chloridionen og derefter, ved oxidation med et nitrogenholdigt reagens, den vanskelige dobbeltbinding mellem det unikke jernatom og nitrogenatomet – og dermed imidgruppen – blev dannet.

Forskerne forventede, at jern-nitrogen-dobbeltbindingen kraftigt kunne forvrænge klyngens struktur. I stedet, til deres overraskelse, de observerede kun mindre strukturelle ændringer. Forfatternes spektroskopiske undersøgelser forklarer dette fund:det elektronrige imid skubber elektrontætheden væk fra de tilstødende svovl- og jernatomer, og helheden af ​​disse mindre effekter er det, der tillader klyngen at rumme imidbindingen. "Disse fund viser et dynamisk samspil mellem jern -nitrogen, jern-svovl, og jern -jernbinding, "oplyser forfatterne.

Den nye imido-bundne klynge var i stand til at spalte svage carbon-hydrogen-bindinger fra organiske reagenser. Forfatterne agter at bruge disse undersøgelser som udgangspunkt for yderligere undersøgelse af reaktiviteten af ​​imidbundne jern-svovlklynger. "Dette fremhæver løftet om at udnytte synergien mellem den strukturelle robusthed og elektroniske fleksibilitet af disse grundlæggende cofaktorer, "Siger Suess.