具唯铁氢化酶活性中心整体骨架分子的合成、结构及功能研究

近年来随着能源危机的不断出现和人类生存环境的日益恶化, 人们对能够催化质子还原为"清洁"、高效能源氢气的唯铁氢化酶的化学模拟研究产生了浓厚的兴趣。本项目拟首先研究含L-半胱氨酸基的新型蝶状2Fe2S簇合物的合成、结构和性质，然后研究三齿配体保护的新型4Fe4S立方簇合物的合成、结构和性质，再研究利用这两类前体簇合物合成包括L-半胱氨酸基，2Fe2S蝶状簇，4Fe4S立方簇三个组份的唯铁氢化酶目标模型物，并进一步研究它们的结构及催化产氢功能，提出结构与功能关系规律。本项目的研究目标是设计合成首例这类具唯铁氢化酶活性中心整体骨架的分子模型物。进行这项研究有利于加深人们对天然酶结构和功能的理解, 促进氢化酶仿生化学的发展。本项目是一项涉及金属有机化学、原子簇化学及生物酶化学相互交叉的一个前沿课题，具有重要理论和实际意义。

摘要：本项目在研究三齿配体保护的新型4Fe4S立方簇合物合成方法的基础上，通过含有硫代酯基的氮杂丙撑2Fe2S蝶状簇合物与被三齿配体保护的4Fe4S 立方簇合物之间的硫代酯交换及分子内的CO取代反应，构成了半胱氨硫原子连接2Fe2S蝶状簇和4Fe4S 立方簇的特殊结构，以成功得到首批含氮杂丙撑2Fe2S簇（ADT）的目标模型物，实现了对唯铁氢化酶活性中心整体骨架分子的结构模拟。对所有新化合物均进行了元素分析和光谱表征，并通过单晶X-光衍射技术确证了代表物的结构。研究了部分模型物的电化学性质及其在电化学条件下的催化质子还原为氢气的功能。本项目所取得的创新性研究成果，已在Inorg. Chem., Organometallics等著名国际刊物上发表了14 篇学术论文, 对金属有机化学、生物酶仿生化学及能源等科学的发展有重要理论意义和潜在应用价值。