自然界光合成在为生命体提供能量和所必须的氧气中起到重要作用。目前人们对PS II光合体系的主要观点认为锰钙氧辅酶中，μ-oxo (O5)中心和氧配体(Ox)之间的耦合是生成O-O化学键的关键。但是，目前人们对于随后生成O₂分子的过程仍然没有清楚的认识。

有鉴于此，西湖大学孙立成院士等通过量子化学计算研究生成O₂分子的过程。

本文要点：

（1）

揭示了生成O₂的过程首先是切断Mn-O₅化学键，这个过程[O5-Ox]^2-基团的构象没有变化。

随后[O5-Ox]结构从超氧结构变为弱结合的quasi-O₂结构，并且切断Mn-Ox化学键，quasi-O₂结构发生扭曲，并释放O₂分子。由于决速步的过渡态的结构稳定性更低，因此其他路径的反应动力学明显更为缓慢。

（2）

这种区别与Mn簇的轴取向Jahn-Teller特点和局部环张力有关。

这项研究有助于理解光合成氧气的机理过程，以及深入理解自然界水氧化催化。

参考文献

Yu Guo, Lars Kloo, Licheng Sun, Quantum Chemical Understanding of the O₂ Release Process from Nature’s Water Splitting Cofactor, Angew. Chem. Int. Ed. 2025

DOI: 10.1002/anie.202421383

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202421383