鐵和氧在人體的許多重要過程中會相互作用。最著名的例子是血紅素。其中鐵捕獲氧這意味著兩個氧原子連接在一起。因此，氧氣可以透過血流輸送。
鐵也會形成一種高活性化合物，稱為氧化鐵。這些化合物涉及其他生物功能。其中包括幫助分解藥物的肝臟酵素進行的反應。
探索鐵以外的氧化學
萊斯大學化學家勞爾·埃爾南德斯·桑切斯想知道氧是否可以形成與元素週期表底部附近發現的其他金屬類似的化合物。這些被稱為 f 區金屬。鑭系元素佔據頂行。而錒系元素出現在下面。
Hernández Sánchez提出，如果鑭系元素能夠正確地與氧結合，它們可能會產生高反應性的鑭系氧化合物。此類分子可用作氧化鐵的合成替代品。並為小分子化學家提供了研究生物學相關反應的新工具。
一個主要障礙是：F 區金屬，尤其是鑭系元素。據信它不會透過π反應與氧等小分子反應。這些反應在許多生物材料中很重要。包括蛋白質。
在發表於的一項研究中 美國化學會雜誌Hernández Sánchez 和他的同事報告了一種允許雙氧在 π 和釹之間形成反應的方法。這是鑭係金屬 此過程可以產生鑭系含氧化合物。
釹分子籃
「我們有一個幾年前開發的配體平台，」化學助理教授埃爾南德斯·桑切斯說。 “你可以把它看作一個籃子，它允許我們容納金屬並以促進特定類型結合的方式定位它。”
每個分子籃足夠大，只包含一個 f 區金屬原子。研究人員將兩個籃子麵對面放置，在籃子之間排列了六個原子，其中包括連接兩個釹原子的雙氧分子。
這種排列創造了八面體配體環境。這為科學家提供了一種微調金屬位置的方法。
「一旦我們的配體籃中有了鑭系元素，我們就開始探索它對小分子前體的反應。直到我們找到以前所未有的方式尋找雙氧的合適條件，」博士後研究員、該論文的第一作者徐紅雷說。
解鎖新形式的氧鍵合
在適當的條件下，釹和分子氧會與 pi 形成以前認為不可能的反應。此反應產生鑭系氧分子。
研究人員現在可以研究這些高反應性化合物是否可以取代合成化學中的氧化鐵。他們也能夠測試鑭系元素氧是否具有含鐵化合物所不具備的能力。
儘管該研究僅關注釹，但埃爾南德斯·桑切斯和他的團隊認為，相同的配體框架可以支持大多數鑭系元素和可能的錒系元素的類似反應。
「將分子氧與 f 區金屬結合併打破兩個氧原子之間的鍵的能力使我們能夠暴露高反應性的含氧鑭系元素並創造高附加值的化學物質。我們可以開啟鑭系元素化學的新篇章，」Hernández Sánchez 說。
該研究得到了萊斯大學、羅伯特·韋爾奇基金會和韋爾奇基金會撥款 (C-2142-20230405) 的種子資金支持。
