Structure-function relationships of a Fe/Mo-S-C cluster unique to N2-reducing enzymes

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K20557
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0502:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Tanifuji Kazuki 京都大学, 化学研究所, 助教 (80911776)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2023-03-31
• Keywords: 窒素固定 / 鉄 / モリブデン / 硫黄 / 炭素 / クラスター

Outline of Final Research Achievements

In this study, we focused on the active center of enzymes responsible for biological nitrogen fixation, aiming to elucidate how this cluster (FeMoco) consisting of transition metal, sulfur, and carbon can reduce dinitrogen molecules. Our original plan was to replicate the Fe-C-Fe partial structure through the synthesis of a model complexes or clusters with particular interest in the central carbon atom of FeMoco. Although the desired ligand was synthesized, it is believed that decomposition proceeded at the stage of complexation. Meanwhile, using a simplified structural model focusing on its inorganic framework, we succeeded in capturing nitrogen molecules and catalytic dinitrogen reduction reaction (silylation reaction).

Free Research Field

錯体化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、FeMocoの特異な分子構造に基づいてその構造-機能相関に関する知見を得ようと試みた。特にFe-C-Fe構造に着目したアプローチでは有益な知見は得られなかったものの、金属-硫黄の部分構造に着目したアプローチにより、窒素分子の捕捉と還元を達成した。これまで化学合成した金属-硫黄クラスターを用いて窒素分子の触媒的還元に成功した例は知られておらず、今回の成果は、「クラスターを用いた不活性小分子の還元反応」の端緒を切り開いたものと考えられる。またここで達成した触媒回転数は既報の錯体触媒と比較しても高く、今後の検討により窒素分子から異なる有用分子への変換反応へも展開できる可能性がある。