酵素を模倣した金属－硫黄化合物により窒素還元反応を実現

京都大学 化学研究所 大木 靖弘 教授、松岡 優音 同 大学院生、谷藤 一樹 同 助教らは、名古屋大学 唯 美津木 教授、ハワイ大学 Ｒｏｇｅｒ Ｅ．Ｃｒａｍｅｒ 教授、コロンボ大学 Ｗ．Ｍ．Ｃ．Ｓａｍｅｅｒａ 准教授、大同大学 高山 努 教授、酒井 陽一 同 教授、東京大学 西林 仁昭 教授、栗山 翔吾 同 助教らと共同で、自然界の触媒（酵素）を模倣する金属－硫黄クラスター錯体を合成し、窒素分子（Ｎ_２）の還元反応（シリル化反応）を実現しました。

大気の主成分であるＮ_２の化学変換は、アミノ酸やＤＮＡに含まれる窒素原子を供給するために必要な一方で、非常に難しい反応として知られています。自然界では、一部の微生物に存在する酵素ニトロゲナーゼだけがこの役割を担い、Ｆｅ－Ｍｏ－Ｓ－Ｃから構成される酵素活性中心（ＦｅＭｏｃｏ）を用いてＮ_２を還元します。ＦｅＭｏｃｏの触媒機能は、持続可能社会に向けた新しいＮ_２還元法を開発する重要なヒントになりますが、複雑なＦｅＭｏｃｏは構造と機能の関係を理解するのが難しく、またたんぱく質から取り出すと触媒機能を失います。ＦｅＭｏｃｏに関連する従来の金属－硫黄化合物もＮ_２を還元できなかったことから、Ｎ_２還元作用の鍵となる要素は未解明のままでした。本研究では、Ｎ_２が結合したＦｅＭｏｃｏの予想構造およびたんぱく質の一部機能を模した［Ｍｏ_３Ｓ_４Ｆｅ］錯体を合成し、これを触媒としてＮ_２の還元反応を達成しました。この結果は、金属－硫黄化合物の可能性を切り開くと同時に、自然界に学び、超えるための大きな第一歩といえます。

本研究成果は、２０２２年７月６日（現地時刻）に、科学誌「Ｎａｔｕｒｅ」にオンライン掲載されます。