Американские химики синтезировали кластер из атомов железа, молибдена и серы, который связывает молекулу азота и готовит ее к дальнейшей реакции восстановления — как фермент нитрогеназа у цианобактерий. Предотвратить олигомеризацию и ослабить связь между атомами азота помогла пространственная защита из лигандов вокруг кластера, пишут ученые в Nature Chemistry.

Атомы в молекуле азота N₂ связаны очень прочной тройной связью, поэтому эта молекула довольно инертная: чтобы заставить реагировать ее с другими веществами (например водородом), нужно создавать довольно жесткие условия. Так, в начале XX века прямую реакцию восстановления азота водородом проводили с помощью процесса Габера — синтеза на нагретом катализаторе при довольно высоких давлениях. Современные катализаторы (например из рутения, нитрида лантана или металлоорганических комплексов с бором) позволяют проводить этот процесс в более мягких условиях.

Не умеют связывать и восстанавливать азот и большинство живых организмов. Исключение составляют цианобактерии и археи, у которых для этого есть специальный фермент — нитрогеназа. Она захватывает молекулу газа из окружающей среды, фиксирует ее, ослабляет связь между атомами азота, после чего восстанавливает азот, уже не так прочно связанный с соседним атомом.

Фермент состоит из нескольких частей, за связывание азота в нем отвечает Fe-Mo-кофактор — кластер состава Fe₇MoS₉C, в котором вокруг углерода выстраивается сетка из атомов железа и серы с единственным атомом молибдена.

Аналогичный молекулярный кластер для захвата и связывания азота пытались синтезировать и в лаборатории, однако раньше заставить это соединение работать не удавалось из-за побочной реакции олигомеризации: вместо того, чтобы присоединяться к азоту, активные центры кластеров предпочитают взаимодействовать друг с другом.

Американским химикам Алексу Макскиммингу (Alex McSkimming) и Даниэлю Сюссу (Daniel L.M. Suess) из Массачусетского технологического института удалось решить эту проблему.