研究人员使用新技术检测氢键

卡内基梅隆大学的研究人员利用核共振振动光谱检测了调节酶、催化剂和仿生复合物化学反应性的氢键。这项技术可以开发出更好的催化剂，应用领域广泛。该研究成果作为“一篇非常重要的论文”发表在12月3日出版的《Angewandte Chemie》杂志上，并刊登在该杂志的封底。氢键是生物和化学中最基本的相互作用。它们决定了水的许多重要化学性质，用于稳定蛋白质和核酸(包括DNA和RNA)的结构，并有助于天然和合成聚合物的结构。

研究表明，氢键在调节金属酶和含金属催化剂的金属中心的反应性方面起着重要作用。然而，很少有人研究证明二能级配位球中氢键的系统变化如何影响催化活性，二能级配位球是在金属中心附近发现的与中心没有直接成键相互作用的分子。

在催化中，酶或合成催化剂刺激一系列化学反应产生许多中间结构或物质。理解这些结构和它们的化学性质是理解整个反应的关键。“彻底了解活性中间体的化学反应性是决定如何设计高效和选择性CH功能化催化剂的关键一步，”卡耐基梅隆大学化学助理教授、该研究报告的主要作者郭说。在分子激活酶的情况下，催化的关键中间体是铁-氧(Fe-O)和铁-羟基(Fe-OH)物质，它们参与重要的生物过程，如DNA生物合成、DNA和RNA修复、蛋白质的翻译后修饰、抗生素的生物合成和有毒化合物的降解

郭和他的同事使用57Fe核共振振动光谱(NRVS)，一种基于同步辐射的新技术，来检测合成配合物中Fe-O和Fe-OH单元的振动频率，这些单元通过氢键与二级配位球相互作用。频率的变化揭示了关于这些单元的键强度的有价值的信息，并且进一步提供了氢键强度的定性测量。

“这说明NRVS是一种敏感的技术，可以获得氢键强度的微小变化，最多到单个氢键的变化。这为我们提供了一种连接Fe-O和Fe- bond强度变化的新方法。OH单元的化学反应性，”郭说。郭说，这项研究是使用NRVS检测氢键的概念证明。他计划继续使用这种方法来研究合成复合物和酶中更多的Fe-O和Fe-OH物种，以建立可用的数据量，并将这些物种的化学反应性与氢键相互作用的变化联系起来。希望这些信息可以用于开发更有效和高效的催化剂。

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