中科院化学合成实现的质子介导的血红素自旋态转变

　　血红素广泛存在于自然界与生命体中，负担着催化、电子与物质运输等许多重要的生理功能。血红素中心金属自旋态的转变往往是实现上述功能的核心环节之一。不同于肌红蛋白与氧键合，或细胞色素P450催化等过程中由配体离合所引发的自旋态转变，组氨酸残基的氢键或微环境pH值也被认为是引发自旋态转变的重要控制因素。

　　近期，中国科学院大学材料科学与光电技术学院李剑峰课题组以咪唑负离子模拟去质子化的组氨酸残基，合成分离了[Co(TPP)(2-MeIm-)]-和[Co(TTP)(2-MeIm-)]-，及相应的含质子咪唑衍生物[Co(TPP)(2-MeHIm)]、[Co(TTP)(2-MeHIm)]。单晶结构、电子顺磁共振（EPR）及X-射线吸收光谱（XAS）对上述化合物的表征发现，不含质子的[Co(TPP)(2-MeIm-)]-和[Co(TTP)(2-MeIm-)]-为高自旋态，而含有质子的[Co(TPP)(2-MeHIm)]和[Co(TTP)(2-MeHIm)]为低自旋态。为了解释这种貌似有悖于配位化学理论（强配体导致低自旋化合物）的实验结果，以DFT计算为基础的电子结构研究发现，中心金属与卟啉平面的巨大偏离导致了eg(dp)→b1g(dx2-y2)的电子跃迁，进而引发了金属自旋态转变。这是首例通过化学合成实现的质子介导的血红素自旋态改变。相关研究成果以“Proton mediated spin state transition of cobalt heme analogs”为题，发表在nature communications (DOI: 10.1038/s41467-019-10357-z).

　　李剑峰教授课题组承担了中科院“百人计划”、国家自然科学基金等课题，对血红素模型化合物的研究现状、关键科学问题和未来发展方向有长期的思考与积累。近年在此领域取得的一些科研成果已发表在Chem. Review (2017, 117, 12532.)； J. Am. Chem. Soc.（2017, 139, 5023.）；Angew. Chem. Int. Ed.（2015, 54, 10579.）等国际权威期刊。本研究工作得到了国家自然科学基金与中国科学院相关项目的资助。

　　文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-10357-z