In numerosi processi biologici, i cluster ferro-zolfo svolgono un ruolo fondamentale, dove agiscono come cofattori per gli enzimi. Ricerca pubblicata in Angewandte Chemie ora mostra che i cluster cubici possono supportare stati di legame insoliti. Questo studio mostra che il cluster si adatta bene a un legame multiplo tra ferro e azoto, un motivo strutturale che può essere coinvolto nella fissazione biologica dell'azoto.

I cluster costituiti da atomi di ferro e zolfo sono cofattori essenziali per numerosi enzimi, specialmente nei processi biologici che coinvolgono il trasferimento di elettroni. Come esempio, I batteri che fissano l'azoto utilizzano gruppi ferro-zolfo per convertire l'azoto dall'aria in utili composti azotati. Per comprendere questo importante processo biologico, gli scienziati scavano in profondità nelle relazioni di legame possibili tra atomi di azoto e ferro in tali cluster.

Daniel Suess e colleghi, del Massachusetts Institute of Technology di Cambridge, NOI., hanno ora studiato la capacità del cluster di formare legami insoliti tra ferro e azoto. Un doppio legame, che fa parte di un gruppo chimico chiamato imide, possono svolgere un ruolo nella fissazione dell'azoto.

Per costruire l'immide, il team ha iniziato producendo un ammasso ferro-zolfo a forma di cubo. Gli otto vertici del cubo sono occupati da atomi alternati di ferro e zolfo; tre degli atomi di ferro sono protetti da specie chimiche che fungono da leganti. Questi ligandi non si legano direttamente agli atomi, e invece proteggerli. Il restante atomo di ferro non schermato del cluster è stato legato a un ligando di cloruro sostituibile. Un'attenta selezione dei reagenti ha permesso al team di sostituire lo ione cloruro e quindi, per ossidazione con un reagente contenente azoto, si è formato il difficile doppio legame tra l'unico atomo di ferro e l'atomo di azoto, e quindi il gruppo imide.

I ricercatori si aspettavano che il doppio legame ferro-azoto potesse distorcere fortemente la struttura dell'ammasso. Anziché, con loro sorpresa, hanno osservato solo lievi cambiamenti strutturali. Gli studi spettroscopici degli autori spiegano questa scoperta:l'immide ricca di elettroni allontana la densità elettronica dagli atomi di zolfo e ferro vicini, e la totalità di questi effetti minori è ciò che consente al cluster di accogliere il legame imide. "Questi risultati dimostrano un'interazione dinamica tra ferro-azoto, ferro-zolfo, e legame ferro-ferro, " affermano gli autori.

Il nuovo cluster legato all'imido è stato in grado di scindere deboli legami carbonio-idrogeno dai reagenti organici. Gli autori intendono utilizzare questi studi come punto di partenza per ulteriori indagini sulla reattività dei cluster ferro-zolfo legati all'immide. "Ciò evidenzia la promessa di sfruttare la sinergia tra la robustezza strutturale e la flessibilità elettronica di questi fondamentali cofattori, "Dice Suisse.