Binding of dinitrogen to an iron–sulfur–carbon site

硫黄 化学 碳纤维 材料科学 有机化学 复合数 复合材料
作者
Ilija Čorić,Brandon Q. Mercado,Eckhard Bill,David J. Vinyard,Patrick L. Holland
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:526 (7571): 96-99 被引量:243
标识
DOI:10.1038/nature15246
摘要

Nitrogenases are the enzymes by which certain microorganisms convert atmospheric dinitrogen (N2) to ammonia, thereby providing essential nitrogen atoms for higher organisms. The most common nitrogenases reduce atmospheric N2 at the FeMo cofactor, a sulfur-rich iron-molybdenum cluster (FeMoco). The central iron sites that are coordinated to sulfur and carbon atoms in FeMoco have been proposed to be the substrate binding sites, on the basis of kinetic and spectroscopic studies. In the resting state, the central iron sites each have bonds to three sulfur atoms and one carbon atom. Addition of electrons to the resting state causes the FeMoco to react with N2, but the geometry and bonding environment of N2-bound species remain unknown. Here we describe a synthetic complex with a sulfur-rich coordination sphere that, upon reduction, breaks an Fe-S bond and binds N2. The product is the first synthetic Fe-N2 complex in which iron has bonds to sulfur and carbon atoms, providing a model for N2 coordination in the FeMoco. Our results demonstrate that breaking an Fe-S bond is a chemically reasonable route to N2 binding in the FeMoco, and show structural and spectroscopic details for weakened N2 on a sulfur-rich iron site.

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