Adición de un átomo de oxígeno asistido por metal a un tiolato de Fe (III)

Área de la Ciencia:

• Química bioorgánica
• Mecanismos de las enzimas
• Química organometálica

Sus antecedentes:

• La oxidación del cisteinato de azufre es vital para las cisteína dioxigenasas (CDO) y las nitrilhidratasas (NHases), pero los mecanismos exactos y los intermediarios siguen siendo escurridizos.
• Comprender estos procesos es crítico para dilucidar la función de las enzimas y potencialmente diseñar nuevos catalizadores.

Objetivo del estudio:

• Sintetizar y caracterizar un complejo de Fe ((III) ligado de bis-tiolato de cinco coordenadas que puede modelar los intermedios propuestos en los ciclos catalíticos de CDO y NHasa.
• Investigar la reactividad de este complejo con donantes de átomos oxo y compararlo con un derivado relacionado, más rico en electrones.
• Para obtener conocimientos mecanicistas sobre el proceso de oxigenación del azufre.

Principales métodos:

• Síntesis y caracterización de un complejo de Fe ((III) ligado de bis-tiolato de cinco coordenadas ([Fe^III(S_{2^Me2N3(Pr,Pr)) ]⁺).}
• Reacción del complejo con varios donantes de átomos oxo (PhIO, IBX-ester, H₂ O₂).
• Análisis espectroscópico y comparación con un derivado relacionado ([Fe^IIIS_{2^Me2N^MeN2^amida(Pr,Pr) ]^-).}
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para sondear los mecanismos de reacción y las propiedades electrónicas.

Principales resultados:

• Se sintetizó con éxito un raro complejo de sulfenato oxigenado ([Fe^III(η²-S^Me2O) ((S^Me2) N_{3(Pr,Pr) ]⁺), que se asemeja a los intermediarios propuestos de CDO y NHasa.}
• Se encontró que la reactividad hacia los donantes de átomos oxo se correlacionaba con la capacidad del ion de hierro para unirse a los ligandos exógenos, siendo los complejos ligados a la imina más reactivos que los ligados a la carboxamida.
• Los cálculos de DFT sugirieron que la oxigenación de azufre no implica un ataque directo a los azufres tiolados, y la inhibición de azida apunta hacia la coordinación inicial del donante de átomo oxo al centro del metal.

Conclusiones:

• El complejo de hierro sintetizado sirve como un modelo valioso para estudiar los mecanismos de oxigenación del azufre en las metalloenzimas.
• El estudio destaca la importancia del entorno del ligando y la coordinación de iones metálicos en la determinación de la reactividad hacia los donantes de átomos de oxógeno.
• Las ideas mecánicas sugieren una vía que involucra la coordinación inicial del donante de átomos de oxógeno con el centro de hierro, avanzando nuestra comprensión de estas reacciones enzimáticas críticas.