Pathways for Photoinduced Charge Separation in DNA Hairpins

Journal of the American Chemical Society

Volumn 125, Issue 47, 2003, Pages 14510-14517

  Beljonne, D ^a,b   Pourtois, G ^a   Ratner, M A ^c   Bredas J L ^b  

^a UNIVERSITY OF MONS   (Belgium)

^b GEORGIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY   (United States)

^c NORTHWESTERN UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CHARGE TRANSFER; CHROMOPHORES; QUANTUM THEORY;

ELECTRONIC COUPLING; PHOTOINDUCED CHARGE;

DNA;

DNA;

ARTICLE; CALCULATION; CHEMICAL STRUCTURE; DNA STRAND; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR INTERACTION; PROTEIN LOCALIZATION; QUANTUM MECHANICS;

DNA; ELECTROSTATICS; GUANINE; MODELS, CHEMICAL; MODELS, MOLECULAR; NUCLEIC ACID CONFORMATION; PHOTOCHEMISTRY; QUANTUM THEORY;

EID: 0344443332     PISSN: 00027863     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja035596f     Document Type: Article

References (50)

1. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Jenkins, Y.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S. H.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Science 1993, 262, 1025. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 5315. Diederichsen, U. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997, 36, 2317. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1998, 76, 51. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1999, 77, 43. Ratner, M. Nature 1999, 397, 480. Grinstaff, M. W. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 3629.
2. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Jenkins, Y.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S. H.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Science 1993, 262, 1025. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 5315. Diederichsen, U. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997, 36, 2317. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1998, 76, 51. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1999, 77, 43. Ratner, M. Nature 1999, 397, 480. Grinstaff, M. W. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 3629.
3. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Jenkins, Y.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S. H.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Science 1993, 262, 1025. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 5315. Diederichsen, U. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997, 36, 2317. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1998, 76, 51. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1999, 77, 43. Ratner, M. Nature 1999, 397, 480. Grinstaff, M. W. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 3629.
4. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Jenkins, Y.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S. H.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Science 1993, 262, 1025. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 5315. Diederichsen, U. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997, 36, 2317. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1998, 76, 51. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1999, 77, 43. Ratner, M. Nature 1999, 397, 480. Grinstaff, M. W. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 3629.
5. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Jenkins, Y.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S. H.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Science 1993, 262, 1025. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 5315. Diederichsen, U. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997, 36, 2317. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1998, 76, 51. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1999, 77, 43. Ratner, M. Nature 1999, 397, 480. Grinstaff, M. W. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 3629.
6. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Jenkins, Y.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S. H.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Science 1993, 262, 1025. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 5315. Diederichsen, U. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997, 36, 2317. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1998, 76, 51. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1999, 77, 43. Ratner, M. Nature 1999, 397, 480. Grinstaff, M. W. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 3629.
7. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Jenkins, Y.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S. H.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Science 1993, 262, 1025. Murphy, C. J.; Arkin, M. R.; Ghatlia, N. D.; Bossmann, S.; Turro, N. J.; Barton, J. K. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1994, 91, 5315. Diederichsen, U. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997, 36, 2317. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1998, 76, 51. Wilson, E. K. Chem. Eng. News 1999, 77, 43. Ratner, M. Nature 1999, 397, 480. Grinstaff, M. W. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38, 3629.
8. Gasper, S. M.; Schuster, G. B. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 12762.
9. Jortner, J.; Bixon, M.; Langenbacher, T.; Michel-Beyerle, M. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 12759. Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 10322. Bixon, M.; Jortner J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12556.
10. Jortner, J.; Bixon, M.; Langenbacher, T.; Michel-Beyerle, M. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 12759. Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 10322. Bixon, M.; Jortner J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12556.
11. Jortner, J.; Bixon, M.; Langenbacher, T.; Michel-Beyerle, M. E. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1998, 95, 12759. Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 10322. Bixon, M.; Jortner J. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12556.
12. Meggers, E.; Michel-Beyerle, M. E.; Giese, B. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12950. Giese, B. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 631.
13. Meggers, E.; Michel-Beyerle, M. E.; Giese, B. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 12950. Giese, B. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 631.
14. Berlin, Y. A.; Burin, A. L.; Ratner, M. A. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 260.
15. Smith, D. M. A.; Adamowicz, L. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 9345.
16. Giese, B.; Amaudrut, J.; Köhler, A. K.; Spormann, M.; Wessely, S. Nature 2001, 412, 318.
17. Langen, R.; Chang, I.-J.; Germanas, J. P.; Richards, J. H.; Winkler, J. R.; Gray, H. B. Science 1995, 268, 1733.
18. Bixon, M.; Jortner, M. Adv. Chem. Phys. 1999, 106, 35.
19. Olofsson, J.; Larsson, S. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 10398.
20. (a) Conwell, E. M.; Rakhmanova, S. V. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 4556.
21. (b) Rakhamanova, S.; Conwell, E. M. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 2056.
22. (c) Conwell, E. M.; Basko, D. M. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 11441.
23. (d) Basko, D. M.; Conwell, E. M. Phys. Rev. Lett. 2002, 88, 098102-1.
24. Schuster, G. B. Acc. Chem. Res. 2000, 33, 253.
25. Kurnikov, I. V.; Tong, G. S. M.; Madrid, M.; Beratan, D. N. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 7.
26. Barnett, R. N.; Cleveland, C. L.; Joy, A.; Landman, U.; Schuster, G. B. Science 2001, 294, 567.
27. Troisi, A.; Orlandi, G. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 2093.
28. Williams, T. T.; Odom, D. T.; Barton, J. K. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 9048.
29. Hjort, M.; Stafström, S. Phys. Rev. Lett. 2001, 87, 228101-1-4.
30. Lewis, F. D.; Wu, T.; Zhang, Y.; Letsinger, R. L.; Greenfield, S. R.; Wasielewski, M. R. Science 1997, 277, 673. Lewis, F. D.; Wu, T.; Liu, X.; Letsinger, R. L.; Greenfield, S. R.; Miller, S. E.; Wasielewski, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2889. Lewis, F. D.; Letsinger, R. L.; Wasielewski, M. R. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 159.
31. Lewis, F. D.; Wu, T.; Zhang, Y.; Letsinger, R. L.; Greenfield, S. R.; Wasielewski, M. R. Science 1997, 277, 673. Lewis, F. D.; Wu, T.; Liu, X.; Letsinger, R. L.; Greenfield, S. R.; Miller, S. E.; Wasielewski, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2889. Lewis, F. D.; Letsinger, R. L.; Wasielewski, M. R. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 159.
32. Lewis, F. D.; Wu, T.; Zhang, Y.; Letsinger, R. L.; Greenfield, S. R.; Wasielewski, M. R. Science 1997, 277, 673. Lewis, F. D.; Wu, T.; Liu, X.; Letsinger, R. L.; Greenfield, S. R.; Miller, S. E.; Wasielewski, M. R. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2889. Lewis, F. D.; Letsinger, R. L.; Wasielewski, M. R. Acc. Chem. Res. 2001, 34, 159.
33. Grozema, F. C.; Berlin, Y. A.; Siebbeles, L. D. A. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10903.
34. Voityuk, A. A.; Rösch, N.; Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9740. Voityuk, A. A.; Jortner, J.; Bixon, M.; Rösch, N. J. Chem. Phys. 2001, 114, 5614. Voityuk, A. A.; Rösch, N. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 3013.
35. Voityuk, A. A.; Rösch, N.; Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9740. Voityuk, A. A.; Jortner, J.; Bixon, M.; Rösch, N. J. Chem. Phys. 2001, 114, 5614. Voityuk, A. A.; Rösch, N. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 3013.
36. Voityuk, A. A.; Rösch, N.; Bixon, M.; Jortner, J. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 9740. Voityuk, A. A.; Jortner, J.; Bixon, M.; Rösch, N. J. Chem. Phys. 2001, 114, 5614. Voityuk, A. A.; Rösch, N. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 3013.
37. Cave, J. C.; Newton, M. D. Chem. Phys. Lett. 1996, 249, 15.
38. Ridley, J.; Zerner, M. C. Theor. Chim. Acta 1973, 32, 111.
39. Mataga, N.; Nishimoto, K. Z. Phys. Chem. 1957, 13, 140.
40. Cornell, W. D.; Cieplak, P.; Bayly, C. L.; Gould, I. R., Jr.; Merz, K. M.; Caldwell, J. W.: Kollmam, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5179
41. Dewar, M. J. S.; Zoebisch, E. G.; Healy, E. F.; Stewart, J. J. P. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 3902.
42. Dewar, M. J. S.; Ampac 6.55 ed.; Semichem: 7204 Mullen, Shawnee, KS 66216, 1997.
43. Lewis, F. D.; Liu, X.; Wu, Y.; Miller, S. E.; Wasielewski, M. R.; Letsinger, R. L.; Sanishvili, R.; Joachimiak, A.; Tereshko, V.; Egli, M. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 9905.
44. Sugiyama, H.; Saito, I. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 7063.
45. i, would be either unity or zero. The departures of the actual line representations in Figure 3 from this picture graphically show the delocalization, described in the McConnell treatment by perturbation theory.
46. Tavernier, H. L.; Fayer. M. D. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 11541.
47. Williams, T. T.; Barton, J. K. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 1840.
48. McConnell, H. M. J. Chem. Phys. 1961, 35, 508.
49. Ratner, M. A. J. Phys. Chem. 1990, 94, 4877.
50. Skourtis, S. S.; Onuchic, J. N.; Beratan, D. M. Inorg. Chim. Acta 1996, 243, 167.