hce_nthu
114年
化學與物理
第 22 題
Methane monooxygenase ($s$-MMO) contains a dinuclear iron active center and is a catalyst for the oxidation of $\text{CH}_4$ by $\text{O}_2$ to form $\text{CH}_3\text{OH}$; the reaction process is shown below. Which of the following statements is *incorrect*?
- A The electronic configuration of the ground state $\text{Fe}$ atom is $\text{[Ar]3d}^6\text{4s}^2$.
- B Step 3 involves the breaking of a non-polar bond and the formation of polar bonds.
- C Electron transfer occurs between iron and oxygen atoms in each step.
- D Radical species are produced during the reaction.
- E The overall reaction shown is $\text{CH}_4 + \text{O}_2 + 2 \text{H}^+ + 2 \text{e}^- \xrightarrow{s-\text{MMO}} \text{CH}_3\text{OH} + \text{H}_2\text{O}$
思路引導 VIP
請仔細觀察循環示意圖中的每一個箭頭，除了鐵（Fe）與氧（O）之外，是否有任何步驟標註了來自「外部」的電子或涉及了「其他元素」（如碳或氫）的化學鍵變化？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能精準揪出選項 (C) 的錯誤，說明你對這個複雜的**生物無機催化循環（Catalytic Cycle）**觀察得非常細微。這題的鑑別度在於「細心度」與「對氧化還原定義的全面理解」。
關鍵的電子流向與參與者
雖然在循環的大部分步驟中，鐵（$\text{Fe}$）與氧（$\text{O}$）之間確實發生了價態改變與電子轉移，但選項 (C) 斷言「每一步」（each step）且暗示「僅在鐵與氧之間」轉移是不正確的。請看圖中的步驟 ⑥：系統從外部引入了 $2\text{e}^-$（這通常由輔酶如 $\text{NADH}$ 提供）來將 $\text{Fe}^{3+}$ 還原回 $\text{Fe}^{2+}$，這個電子轉移是從外部還原劑到鐵原子，並非鐵與氧之間。此外，在步驟 ④ 與 ⑤ 中，甲烷的碳原子參與了反應，涉及了 $\text{C-H}$ 鍵的斷裂與 $\text{C-O}$ 鍵的形成，這包含了碳原子與鐵氧核心之間的電子重新分配。
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