Het ijzercomplex,na inwisseling van de derde zwavelkern door stikstof.

In de VS is een organometaalcomplex gesynthetiseerd dat elementaire stikstof bindt op dezelfde manier als een nitrogenase-enzym. Milieuvriendelijke ammoniaksynthese was nog nooit zo dichtbij, suggereert een publicatie in Nature.

Tot nu toe zijn we voor het ‘binden’ van N2 in ammoniak en andere stikstofverbindingen nog aangewezen op het honderd jaar oude, energievretende Haber-Boschproces dat werkt bij hoge druk en temperatuur. Sommige micro-organismen kunnen het dankzij die nitrogenase-enzymen gewoon in de buitenlucht, en zorgen zo voor de stikstofvoorziening van hogere organismen die het zelf niet (meer) kunnen. Maar tot nu toe weet niemand precies hoe die enzymen chemisch gezien te werk gaan, laat staan hoe je ze moet namaken.

En de huidige ammoniakproductie ten behoeve van -vooral - kunstmest is iets te grootschalig om er de échte enzymen voor te gebruiken.

Bekend is wel dat die enzymen werken met een zwavelrijk ijzer-molybdeencluster als cofactor, en eerder onderzoek doet vermoeden dat het de ijzerkernen zijn waaraan N2 zich bindt. In een niet-geactiveerd nitrogenase wordt dat ijzer omringd door drie zwavelkernen en één koolstof, en de activering moet wel inhouden dat één van die bindingen wordt verbroken zodat N2 de vrije plek kan innemen.

De meeste onderzoekers vermoeden dat het de Fe-C binding is, maar Patrick Holland en collega’s van Yale University gokten op een van de drie Fe-S bindingen. Dus zetten ze een synthetisch complex in elkaar waarin ijzer op dezelfde manier door koolstof en zwavel wordt omringd, en waarin door reductie gemakkelijk een van de drie Fe-S bindingen kan worden verbroken.

Inderdaad blijkt dit complex dan in staat om N2 aan één uiteinde te binden, en het is zelfs gelukt om de combinatie te laten uitkristallsieren teneinde de structuur nader te analyseren. Daar kwam uit dat de interactie met de elektronenwolk rond het ijzer de drievoudige N-N binding behoorlijk verzwakt.

Het lijkt niet onlogisch dat het echte nitrogenase inderdaad op deze manier te werk gaat. Wat het vervolgens precies uithaalt om de N-N binding helemaal te verbreken, is de volgende vraag.

bron: Yale