本发明涉及配位化学和金属有机化学领域，特别是一类含3,4,5位取代的吡啶配体的单铁氢化酶模型物及其重组酶。
背景技术：
1、单铁氢化酶是三类氢化酶(镍铁氢化酶、铁铁氢化酶和单铁氢化酶)中最后被确定金属活性中心结构的氢化酶。与其他两类氢化酶不同，其结构中不含铁硫簇且可以直接催化氢气成为氢负离子和氢正离子，这为其后续在有机化学领域上的应用提供了更大的可能。在天然的单铁氢化酶金属中心，铁的配位对象包括:一个2齿的羟基吡啶、2个顺式的co、一个来自半胱氨酸的s以及一个h2o分子。单铁氢化酶金属中心的结构具体参见：s.shima,o.pilak,s.vogt,m.schick,m.s.stagni,w.meyer-klaucke,e.warkentin,r.k.thauer andu.ermler,science 2008,321,572-575；t.hiromoto,k.ataka,o.pilak,s.vogt,m.s.stagni,w.meyer-klaucke,e.warkentin,r.k.thauer,s.shima and u.ermler,febslett.2009,583,585-590。
2、自从单铁氢化酶的金属活性中心结构被确定后，科学家们合成了大量的不同结构的单铁氢化酶模型物。其中，瑞士洛桑联邦理工大学(epfl)的胡喜乐教授课题组、南开大学的宋礼成院士课题组、美国德克萨斯大学奥斯汀分校(ut austin)的michael j rose教授课题组等在该领域进行了大量的研究、发表了一系列的研究工作。参见：t.xu,d.chen andx.hu,coordin.chem.rev.2015,303,32-41；t.a.manes and m.j.rose,coordin.chem.rev.2017,353,295-308；s.t.goralski and m.j.rose,curr.opin.chem.biol.2022,66,102096；c.wang,z.lai,g.huang and h.-j.pan,chem.eur.j.2022,28,e202201499。
3、然而，直到现在仅有少数几个单铁氢化酶模型物具有催化活性。2014年francmeyer教授等人首次实现了钌模型物对于氢气的裂解及底物的氢化。胡喜乐教授课题组分别于2016年和2019年报道了具有催化氢化活性的铁模型物和锰模型物。michael j rose教授课题组也在2017年至2019年间报道了数个具有催化活性的单铁氢化酶模型物。但以上工作大部分是在有机溶液中进行的且反应效率较低。此外，这些模型物未与蛋白的重组，也未完成天然底物的转化反应。参见：k.f.kalz,a.brinkmeier,s.dechert,r.a.mata andf.meyer,j.am.chem.soc.2014,136,16626-16634；t.xu,c.-j.m.yin,m.d.wodrich,s.mazza,k.m.schultz,r.scopelliti and x.hu,j.am.chem.soc.2016,138,3270-3273；j.seo,t.a.manes,m.j.rose,nat.chem.2017,9,552–557；s.a.kerns,a.-c.magtaan,p.r.vong,m.j.rose,angew.chem.int.ed.2018,57,2855–2858；y.i.cho,g.durgaprasad,m.j.rose,inorg.chem.2019,58,12689–12699.
4、2015年，德国马克斯普朗克研究所的seigo shima课题组联合洛桑联邦理工大学的胡喜乐教授课题组报道了首例人工合成单铁氢化酶模型物与铁氢化酶脱辅酶的重组，并测得了其氧化与还原活性。在这之后，他们于2019年和2021年报道了使用锰模型物与铁氢化酶脱辅酶的重组，得到了较好的催化活性。然而，即使这些人工合成的模型物具有一定的催化活性，相较于单铁氢化酶天然金属中心(fegp)重组后的活性仍有较大的差距。因此合成一些具有更高催化活性的单铁氢化酶模型物非常重要。参见：s.shima,d.chen,t.xu,m.d.wodrich,t.fujishiro,k.m.schultz,j.kahnt,k.ataka and x.hu,nat.chem.2015,7,995-1002；h.-j.pan,g.huang,m.d.wodrich,f.f.tirani,k.ataka,s.shima and x.hu,nat.chem.2019,11,669-675；h.-j.pan,g.huang,m.d.wodrich,f.f.tirani,k.ataka,s.shima and x.hu,angew.chem.int.ed.2021,60,13350-13357.
技术实现思路
1、为了解决人工合成的单铁氢化酶模型物活性较低问题，本发明提供了一类3,4,5位取代的吡啶配体的单铁氢化模型物。该模型物合成步骤简单，产率高，结构稳定，在与脱辅酶重组后的重组酶具有较高的催化活性。
2、本发明具体技术方案如下：
3、一类单铁氢化酶模型物，化学结构式如下所示：
4、其中r1、r2为相同或不同的单齿配体或r1、r2代表二齿配体。r3、r4相同或不同，代表h或c1-c6的烷基。r4代表h或羟基。本发明所述单铁氢化酶模型物与脱辅酶重组后所得到的重组酶具有较好的稳定性及较高的催化活性。
5、优选的，所述单齿配体选自nh3、f-、cl-、br-、i-、s2-、scn-、no3-、n3-、乙腈、吡啶、三苯基膦、一氧化碳co，所述二齿配体选自乙二胺、草酸根、亚硝酸根、2-巯基乙醇、2-巯基吡啶、6-甲基-2-巯基吡啶、醋酸根。
6、优选的，所述r1、r2相同或不同选自卤素，或者为二齿配体。
7、优选的，所述r3、r4相同或不同，代表h或c1-c6的烷基。
8、优选的，所述r5代表h或羟基。
9、更优选的，所述r1、r2相同或不同，代表cl-、br-或i-r3、r4相同或不同，代表甲基或乙基，r5代表羟基。
10、本发明一个具体的示例，所述r1、r2代表cl-，r3、r5代表甲基，r4代表羟基。
11、本发明所述的单铁氢化酶模型物可以与阳离子成盐。所述阳离子选自nh4+、na+、k+、ag+、四丁基铵或四乙基铵。优选的，所述阳离子选自四丁基铵。
12、本发明另一目的在于提供一种重组单铁氢化酶，由本发明所述的单铁氢化酶模型物与和脱辅酶(去除活性中心的天然单铁氢化酶)重组而成。
13、所述天然单铁氢化酶选自来源于(m.ja)methanococcus jannaschii,(m.ig)methanotorris igneus,(m.in)methanocaldococcus infernus,(m.ae)methanococcusaeolicus,(m.pa)methanolacinia paynteri,(m.fo)methanoregula formicica的单铁氢化酶中的一种或几种
14、本发明一个具体的示例，天然单铁氢化酶为来源于(m.ja)methanococcusjannaschii的单铁氢化酶。
15、本发明另一目的在于提供所述重组单铁氢化酶在催化氢气异裂反应中的应用。所述单铁氢化酶模型物通过与脱辅酶重组形成具有催化活性的重组单铁氢化酶，催化氢气成为氢负离子和氢正离子。
16、本发明一个具体的示例所述重组单铁氢化酶催化methylene-h4mpt的氧化反应或者催化氧化态methenyl-h4mpt+的氢化反应。
17、本发明还提供了所述3,4,5位取代的吡啶配体的单铁氢化模型物的制备方法，以r1、r2代表cl，r3、r5代表甲基，r4代表羟基为例，所述方法包括如下步骤：
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20、1)方法1：在氮气保护条件下，将na2fe(co)4·(1,4-dioxane)1.5的thf溶液置于-50摄氏度，随后加入吡啶配体，反应30分钟后移至-20摄氏度反应30分钟。最后降温至-60摄氏度，加入i2，继续反应1小时。将所得反应液移至室温，加入正四丁基氟化铵，室温反应10min后除去溶剂得黑色固体。
21、方法2：在氮气保护下，将吡啶配体的thf溶液置于冰浴，随后注入正丁基锂，反应30分钟后移至-50摄氏度，注入fe(co)5的四氢呋喃溶液，缓慢升温至-20摄氏度，随后降温至-60摄氏度，加入i2，继续反应1h。将所得反应液移至室温，加入正四丁基氟化铵，室温反应10min后除去溶剂得黑色固体。
22、2)使用二氯甲烷和甲醇作为展开剂，对步骤1)所得黑色固体进行柱层析提纯，收集红色主带，即为吡啶3，5位甲基，4位羟基，2位甲氧基的单铁氢化酶模型物前体a，其结构如下所示：
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24、3)将上述步骤2)中所得单铁氢化酶模型物前体a溶于二氯甲烷，加入正四丁基溴化铵，置于0℃，加入三溴化铝，反应2h后用1m稀盐酸淬灭。
25、4)将上述步骤3)中有机层减压旋干，使用二氯甲烷和甲醇作为展开剂进行柱层析分离，收集红色主带，即为吡啶3，5位甲基，2，4位羟基的单铁氢化酶模型物1，其结构如下所示：
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27、与现有人工合成的模型物及天然萃取的单铁氢化酶金属催化中心相比，本发明的优势为：1)本发明的单铁氢化酶模型物结构上与天然催化中心更相似，经过重组后的重组酶的催化活性高于现有技术报道的单铁氢化酶模型物重组酶活性。
28、2)本发明的单铁氢化酶模型物合成简单，产率高，能得到克级产物，结构稳定，符合大规模生产要求。