【生物無機化学】窒素固定プロセスにおける金属触媒作用を解明　MIT　アンモニアへの変換反応が容易 [どこさ★]

1 ：どこさ ★：2021/07/12(月) 05:02:03.03 ID:4lPz01F49.net

窒素固定プロセスにおける金属触媒作用を解明　MIT
fabcross for エンジニア編集部2021-7-10
https://engineer.fabcross.jp/archeive/210616_nitrogen-bonds.html
How metals work together to weaken hardy nitrogen-nitrogen bonds
https://news.mit.edu/2021/metals-nitrogen-nitrogen-bonds-0527

https://engineer.fabcross.jp/wp-content/uploads/2021/06/210616_hardy-nitrogen-nitrogen-bonds.jpg

MITの研究チームが、自然界の微生物による大気中窒素固定プロセスにおいて、窒素分子（N2）をアンモニアに変換するニトロゲナーゼ酵素の触媒作用メカニズムを解明することに成功した。N2分子がニトロゲナーゼ中に存在する鉄−硫黄原子のクラスターと結びついて生成する錯体を実験的に再現し、この錯体がN2分子の強固なN-N三重結合を著しく弱めることを明らかにした。生命にとって極めて重要であり、自然界の微生物による神秘な働きである窒素固定プロセスを実験的に実証したもので、生物無機化学分野における大きな進歩をもたらしたと言える。研究成果が、2021年5月27日の『Nature Chemistry』誌に公開されている。

窒素は、プロテインやDNA、その他の生体分子の重要な構成元素だ。N2ガスは地球上の大気の約80%を占めるが、生命体はN2がアンモニアに変換されなければ、窒素を吸収することができない。近代になってアンモニア合成の工業プロセスが発明されるまでは、地球上の全てのアンモニアは、N2分子内の強固なN-N三重結合を切断できる唯一の酵素であるニトロゲナーゼを用いて微生物により生成されていた。

生命体の細胞はこのアンモニアを用いて、もっと複雑な有用窒素含有化合物を生成している。「N2分子は、非常に強いN-N三重結合を有しており基本的に不活性だ。これまでニトロゲナーゼがどのようにN2分子をアンモニアに変換しているかは謎だった」と、研究チームは説明する。全てのニトロゲナーゼは、鉄−硫黄原子から構成されるクラスターを含み、場合によってはクラスター内にモリブデンも含む。N2分子はこれらのクラスターに結びつくことで、アンモニアへの変換を開始すると考えられているが、これまでN2分子と鉄−硫黄のクラスターの相互作用を解明することができず、そのメカニズムは未知のものだった。

そこで研究チームは、自然界で実際に生成するクラスターを単純化したモデルクラスターを考案した。強い触媒作用を持つ実際のニトロゲナーゼは、7個の鉄原子と9個の硫黄原子および1個のモリブデン原子、1個の炭素原子で構成されるが、モデルクラスターとして3個の鉄原子と4個の硫黄原子および1個のモリブデン原子から成り、炭素原子を含まないクラスターを作成した。

加えて、反応溶液中のクラスター同士が互いに相互作用を起こして、実験目的にとって望ましくない反応を生じないように、1個の鉄原子を除いた他の金属原子に配位子を付加することで、N2分子をクラスター内に取込み、フリーな1個の鉄原子と結びつけることに成功した。こうして得られた錯体の構造をX線結晶構造解析などの手法で解析した結果、鉄原子の電子密度の多くがN-N三重結合に移動し、結合が不安定になって活性化し、アンモニアへの変換反応が容易になることを見出した。

今回の解明により、鉄−硫黄のクラスター内の鉄など金属原子の役割が重要であることが明らかになり、生物無機化学分野における大きな進歩を達成したと、研究チームは考えている。

関連
東大／九大、高い触媒活性を示すアンモニア合成触媒を開発
2017-4-5
http://engineer.fabcross.jp/archeive/170405_tokyouniversity.html

2 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 05:04:12.77 ID:qv481N1+0.net

これを応用すれば大気からオシッコが作れる

3 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 05:04:44.07 ID:GZO1AHwR0.net

アンモニア発電に応用効くの？

4 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 05:06:28.95 ID:9PsCVSCr0.net

化学肥料用か

5 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 05:21:51.26 ID:5WnoahqR0.net

せやね

6 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 05:23:42.87 ID:DHKLmLMX0.net

空中元素固定装置 シャランラ

7 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 05:30:00.50 ID:fx5TYUL/0.net

第二次大戦中に火薬作るために研究されてたな(^_^;)

8 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 05:35:18.61 ID:ldtpu1ZW0.net

ハーバーボッシュ法の代わりになるの？

9 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 05:39:01.37 ID:gRAhVxwc0.net

より手軽に人を殺せるな

10 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 05:39:50.67 ID:GpwhY1/E0.net

>1
鉄と硫黄と二流化モリブデンなら普通に製鉄プロセスで使われてるけどな
それなら製鉄業でアンモニアの生成が可能になるって事なら製鉄業も儲かるよねコレ

11 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 05:44:58.45 ID:USAFw2sQ0.net

日本ほるほる

12 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 05:45:33.20 ID:O5KusWNZ0.net

>>10
製鉄でもNOxが出るけど、あれは高温だからだろうな
これはもともと酵素なので室温程度でやるんじゃないかな
直接製鉄とは結び付かなそう

13 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 05:49:27.87 ID:aE07Uayy0.net

植物が燃えると炭になって再生してるんじゃね

14 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 05:53:13.36 ID:Npj/DkC/0.net

【技術】“アンモニアで火力発電” 脱炭素へ日本　事業者がUAE企業と連携 [haru★]
https://asahi.5ch.net/test/read.cgi/newsplus/1625744404/

15 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 06:03:25.09 ID:7cPuGA6V0.net

肥料の発明でこういうの読んだな

16 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 06:03:54.58 ID:mFP0trz50.net

長い。三行で46

17 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 06:04:18.05 ID:X03nuZcc0.net

窒素固定って耳慣れないけれどこれは大豆とかの豆類が蛋白質を蓄える仕組みの一部な

18 ：(,,ﾟдﾟ)さん 頭スカスカ：2021/07/12(月) 06:13:37.81 ID:h1mjFDBi0.net

常温常圧下の反応ではあるが、生物はこの反応にかなりのエネルギーを
つかってる。効率良いかどうかはわからんよ

19 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 06:20:43.67 ID:Kki6xzHD0.net

豆の者が黙ってないぞ

20 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 06:24:49.55 ID:GpwhY1/E0.net

>12
日経にCO2をCH4に変換する製法が載ってたから
確かにその発想は正解だと思ったな
何でもいいからCO2さえ出さなければ文句言われないから日本の企業も捨てたもんじゃないよ発想の転換は大切だよな

21 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 07:05:11.25 ID:Yq+uK+ke0.net

空中窒素固定装置ときくとつい
キューティーハニーの変身装置、空中元素固定装置を連想してしまう

22 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 07:06:18.36 ID:GENXO1YF0.net

これ知ってる
空気から無限に爆弾作るやつでしょ（異世界ラノベ中毒

23 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 07:19:19.35 ID:Ag49PE/00.net

しかしどうやって三重結合を弱めるんかね。赤福を称賛するんか?

24 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 07:19:59.98 ID:GpwhY1/E0.net

>21
畑の蓮華草がそうだな空中の窒素を根球に蓄えて耕すときに混ぜれば肥料になる自然から学ぶ事は多い
ハーバーボッシュ方法以外で低コストプロセスがあれば優位に立てるんだけど

25 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 07:21:03.38 ID:s4/cnb710.net

ハーバーボッシュより上？

26 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 07:25:41.78 ID:fx5TYUL/0.net

水素使わなければハーバーボッシュより良いかも(^_^;)
価格に優位性できるから

27 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 07:26:42.58 ID:s4/cnb710.net

硫黄と言えば日本だな
どの株買えばいい？

28 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 07:51:16.64 ID:xo0y0SVA0.net

モリブデン撒けばエエんか?

29 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 07:55:49.24 ID:yU1cYYfK0.net

>>1
科学板でやれ

30 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 08:03:05.12 ID:p0yUHWf30.net

>>6
シャランラはメグちゃん

31 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 08:33:10.44 ID:EskySQYJ0.net

>>1
高温高圧条件が不要になる可能性か
胸熱だな

32 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 08:59:09.12 ID:Mix0L5Bd0.net

>>1
　.　.　.　.　.　. ＿＿_
　.　.　. 　. ／　.　. 　. ＼
　.　.　. ／ ─　. 　. ─　＼ 空中元素固定で全裸はよ
　.　. ／　. （●） 　.（●）　.＼
　.　|　.　.　. 　.（__人__）　.　.　|
　.　ﾞ ､　.　.　.　.｀⌒´　.　.　.／

33 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 09:13:45.51 ID:ZwBcAaXd0.net

シミュレータで結合の変化とか計算で推測できないの？

物理の法則を打ち込めば出来ちゃうイメージあるのに何が足りないんだろ

34 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 10:39:27.15 ID:6MvsTH6V0.net

昔から触媒は頻繁に仕組みを解明した
みたいな論文が出るけど

あんま何も起こってないのは何故なんだろ

35 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 11:35:58.43 ID:vnrHHr/20.net

>>34
ニトロゲナーゼが窒素分子の三重結合を切って窒素原子を他の分子に結合させる酵素であることははっきりしてるんだけど
窒素固定菌とマメ科植物の共生のプロセスが複雑すぎて
窒素固定を人工的に再現するのは現時点では無理なんだよ
それならハーバー・ボッシュ法でいいやってことになっちゃう

36 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 12:09:22.73 ID:VaV4sc/80.net

>>2
いきなり夢のないレスをwww

37 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 12:12:50.74 ID:VaV4sc/80.net

>>16
窒素は分解が難しいものだけど
それを分解している微生物が居て、
どうやって分解しているのかのロジックのモデルの複製を用いて
その検証が成功しました。

くらいか。
起承転結にまとめると、どうしても4行だなw

38 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 12:17:58.48 ID:V0QaMgF60.net

キューティーハニーか

39 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 12:48:26.35 ID:eNvAzhGg0.net

>>1
で？
アンモニアなら俺でも作れるぞ

40 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 12:52:50.39 ID:ry0KyrpX0.net

ハニーが使ってたのは空中元素固定装置だが　空中って窒素と酸素で99%くらいになっちゃうんじゃないのか？　それで服とか武器とかバイクまで作るのは無理だと思うな　ねえ如月博士？

41 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 12:54:50.67 ID:4Iy+cJHx0.net

つまりキューティーハニー？

42 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/12(月) 13:10:32.04 ID:GPe3ntYb0.net

>>39
オマエはN2からアンモニア合成してたのか。
道理でバクテリア並みの(ry

43 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/13(火) 07:17:13.11 ID:PaotBzoI0.net

コンピューターの性能上がって分子の構造解析が容易になったからな
素材革命加速するぞ

44 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/14(水) 01:16:44.17 ID:PB495bms0.net

ニトロゲナーゼはATP使うし酸素嫌いだしだから、レグヘモグロビンの方向から攻めたのかな。

45 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/14(水) 01:17:49.21 ID:PB495bms0.net

これと、人工光合成が何とかなれば、何とかなるな

46 ：ニューノーマルの名無しさん：2021/07/14(水) 18:09:20.74 ID:p5Zd9nq50.net

大気から窒素が減ると大変なことが起きませんか？