首次成功合成氢化酶仿生模型物

氢化酶是一种存在于多种微生物体内的金属酶，它的主要功能是可以催化水中的质子还原为对环境无污染而且可以再生的一种高能燃料——氢气。人们研究氢化酶仿生化学的目的是期望通过这一研究能合成出可将水中的质子催化还原为绿色能源氢气的一种“人工”氢化酶催化剂。根据催化活性中心所含的金属种类不同，氢化酶分为［FeFe］、［NiFe］和［Fe］氢化酶。人们对氢化酶进行仿生化学研究起步于20世纪末和21世纪初，这是因为首例［FeFe］、［NiFe］和［Fe］氢化酶的单晶分子结构是发表于1995—2008年。研究氢化酶仿生化学具有很强的挑战性，但宋礼成教授带领他的研究组迎难而上，对氢化酶仿生化学进行了系统深入的研究，取得一系列令世人瞩目的重要成果。例如，宋礼成研究组在［FeFe］氢化酶的仿生化学研究中，成功地设计合成了首例［3Fe3S］活性中心模型物。这一结果被法国Talarmin教授等人在2005年的Coord.Chem.Rev.中称［3Fe3S］模型物为“Song compound”，指出它比国际著名的Pickett［2Fe3S］模型物更好地模拟了［FeFe］氢化酶活性中心的结构。宋礼成研究组设计合成了首例含卟啉环系的光驱动型［FeFe］氢化酶模型物，不仅用X-射线单晶衍射分析确证了模型物的结构，而且用荧光光谱证明它的电子可以有效地从卟啉环向二铁催化部位转移，并最终实现了在光照下催化还原质子生成氢气的功能。该论文发表在2006年的Angew.Chem.Int.Ed.上，并被选为“Hot Paper”重点介绍。

宋礼成研究组在［NiFe］氢化酶的仿生化学研究中所取得的成果引起了国内外广泛关注。该研究组设计合成了一系列新颖的结构和功能［NiFe］氢化酶模型物。例如，该研究组首次合成含丙二硫桥和双羰基配体的一类［NiFe］氢化酶模型物，并由它合成了一系列含H、F、OH、CO3H、CO3Me等配体的还原态和氧化态的［NiFe］氢化酶模型物。首次合成含氮杂丙二硫桥配体的［NiFe］氢化酶模型物，并发现它们具有电催化产氢功能。到目前为止，人们虽合成了许多［NiFe］氢化酶模型物，但只有日本Ogo研究组报道了一例，美国Rauchfuss研究组报道了一例和我们研究组报道了两例具有活化氢气功能的［NiFe］氢化酶模型物。我们的这两例模型物发表在2017年Chem.Comm.和2019年Inorg.Chem.上(www.xing528.com)

宋礼成研究组在［Fe］氢化酶的仿生化学研究中也取得系列创新性成果。例如，该研究组发现了合成酰甲基吡啶铁辅因子的一种新方法，该法可广泛地用于合成多种［Fe］氢化酶模型物。首次合成含酰甲基、二甲基和磷酸酯基取代的吡啶铁辅因子，并进一步合成了首例含［Fe］氢化酶活性部位整体骨架的模型物。宋礼成研究组对［FeFe］、［NiFe］和［Fe］氢化酶这三种氢化酶的仿生化学进行研究并取得一系列重要成果，他应邀在2008年召开的中国化学会第26届学术年会上作大会报告，并应邀在2014年法国举办的第二届国际仿生化学及材料学术会议上报告了我们的研究成果。