铁还能形成被称为铁氧物种的高活性化合物。这些化合物参与其他生物功能，包括由肝酶执行的协助分解药物的反应。
探索铁之外的氧化学
莱斯大学化学家Raúl Hernández Sánchez想知道，氧是否能与元素周期表底部附近的另一组金属形成类似的化合物。这些金属被称为f区金属。镧系元素占据上一行，而锕系元素则位于其下方。
Hernández Sánchez提出，如果镧系元素能以正确的方式结合氧，它们可能会产生高活性的镧系氧物种。这类分子有可能作为铁氧物种的合成替代品，并为小分子化学家提供研究生物相关反应的新工具。
一个主要障碍横亘在前。人们认为f区金属，特别是镧系元素，不会通过π相互作用与小分子（如氧）发生相互作用。这些相互作用在包括蛋白质在内的许多生物材料中至关重要。
在发表在《美国化学会志》上的一项研究中，Hernández Sánchez及其同事报告了一种方法，使双氧能够与镧系金属钕形成π相互作用。该过程使得制造镧系氧物种成为可能。
装载钕的分子篮
“我们在几年前开发了一个配体平台，”化学助理教授Hernández Sánchez说道。“你可以把它想象成一个篮子，允许我们捕获金属并以特定方式定位它们，从而促进特定类型的结合。”
每个分子篮都足够大，可以容纳单个f区金属原子。研究人员将两个这样的篮子相对放置。在它们之间，他们排列了六个原子，包括一个连接两个钕原子的双氧分子。
这种排列创造了一个八配位配体环境，使科学家能够微调金属的位置。
“一旦我们将镧系元素放入配体篮中，我们就开始探索它对小分子底物的反应性，直到我们找到合适的条件，以前所未有的方式发现双氧，”博士后研究员、该论文第一作者Hong-Lei Xu说道。
解锁一种新型氧键合
在适当的条件下，钕和双氧形成了以前被认为不太可能的π相互作用。该反应产生了一种镧系氧分子。
研究人员现在可以研究这些高活性化合物是否能在合成化学中替代铁氧物种。他们还可以测试镧系氧物种是否提供了铁基化合物所不具备的能力。
尽管该研究仅关注钕，但Hernández Sánchez及其团队认为，相同的配体骨架可以支持大多数镧系元素以及可能的锕系元素进行类似反应。
“将双氧结合到f区金属上并断裂两个氧原子之间化学键的能力，使我们有可能揭示高活性的镧系氧物种并形成高附加值化学品。我们可能会开启镧系元素化学的新篇章，”Hernández Sánchez说。
该研究得到了莱斯大学的启动资金、罗伯特·A·韦尔奇基金会以及韦尔奇基金会拨款（C-2142-20230405）的支持。