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The Earlier the Better: Structural Analysis and Separation of Lanthanides with Pyrroloquinoline Quinone

  • Lanthanides (Ln) are critical raw materials, however, their mining and purification have a considerable negative environmental impact and sustainable recycling and separation strategies for these elements are needed. In this study, the precipitation and solubility behavior of Ln complexes with pyrroloquinoline quinone (PQQ), the cofactor of recently discovered lanthanide (Ln) dependent methanol dehydrogenase (MDH) enzymes, is presented. In this context, the molecular structure of a biorelevant europium PQQ complex was for the first time elucidated outside a protein environment. The complex crystallizes as an inversion symmetric dimer, Eu2PQQ2, with binding of Eu in the biologically relevant pocket of PQQ. LnPQQ and Ln1Ln2PQQ complexes were characterized by using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP‐MS), infrared (IR) spectroscopy, 151Eu‐Mössbauer spectroscopy, X‐ray total scattering, and extended X‐ray absorption fine structure (EXAFS). It is shown that a natural enzymaticLanthanides (Ln) are critical raw materials, however, their mining and purification have a considerable negative environmental impact and sustainable recycling and separation strategies for these elements are needed. In this study, the precipitation and solubility behavior of Ln complexes with pyrroloquinoline quinone (PQQ), the cofactor of recently discovered lanthanide (Ln) dependent methanol dehydrogenase (MDH) enzymes, is presented. In this context, the molecular structure of a biorelevant europium PQQ complex was for the first time elucidated outside a protein environment. The complex crystallizes as an inversion symmetric dimer, Eu2PQQ2, with binding of Eu in the biologically relevant pocket of PQQ. LnPQQ and Ln1Ln2PQQ complexes were characterized by using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP‐MS), infrared (IR) spectroscopy, 151Eu‐Mössbauer spectroscopy, X‐ray total scattering, and extended X‐ray absorption fine structure (EXAFS). It is shown that a natural enzymatic cofactor is capable to achieve separation by precipitation of the notoriously similar, and thus difficult to separate, lanthanides to some extent.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:H. Lumpe, Annika Menke, C. Haisch, P. Mayer, Anke Kabelitz, Kirill YusenkoORCiD, Ana de Oliveira Guilherme BuzanichORCiD, T. Block, R. Pöttgen, Franziska EmmerlingORCiD, L. Daumann
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Chemistry A European Journal
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.3 Strukturanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Jahrgang/Band:26
Ausgabe/Heft:44
Erste Seite:10133
Letzte Seite:10139
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Coordination chemistry; Lanthanoide; PQQ; Rare earth elements separations
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Material
DOI:10.1002/chem.202002653
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-512707
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International
Datum der Freischaltung:21.09.2020
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:21.09.2020
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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