Elementary steps in excited-state proton transfer

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 109, Issue 1, 2005, Pages 13-35

  Agmon, Noam ^a  

^a HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM   (Israel)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AROMATIC COMPOUNDS; DIFFUSION; DISSOCIATION; ELECTROSTATICS; FLUORESCENCE; HYDROGEN BONDS; PHOTOLYSIS; QUENCHING;

EXCITED-STATE PROTON TRANSFER (ESPT); GROUND STATE (GS); ISOTOPIC SUBSTITUTION; PROTON TRANSFER (PT);

PROTONS;

EID: 12344331638     PISSN: 10895639     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp047465m     Document Type: Article

References (194)

1. Förster, T. Z. Elektrochem. 1950, 54, 531.
2. Weller, A. Prog. React. Kinet. 1961, 1, 187.
3. Förster, T. Pure Appl. Chem. 1970, 24, 443.
4. Ireland, J. F.; Wyatt, P. A. H. Adv. Phys. Org. Chem. 1976, 12, 131.
5. Shizuka, H. Acc. Chem. Res. 1985, 18, 141.
6. Gutman, M.; Nachliel, E. Biochim. Biophys. Acta 1990, 1015, 391.
7. Arnaut, L. G.; Formosinho, S. J. J. Photochem. Photobiol. A 1993, 75, 1.
8. Tolbert, L. M.; Solntsev, K. M. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 19.
9. Formosinho, S. J.; Arnaut, L. G. J. Photochem. Photobiol. A 1993, 75, 21.
10. Douhal, A.; Lahmani, F.; Zewail, A. H. Chem. Phys. Lett. 1996, 207, 477.
11. Soumillion, J. P.; Vandereecken, P.; Van Der Auweraer, M.; De Schryver, F. C.; Schanck, A. J. Am. Chem. Soc. 1989, 111, 2217.
12. Tolbert, L. M.; Haubrich, J. E. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 8163.
13. Tolbert, L. M.; Haubrich, J. E. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 10593.
14. Huppert, D.; Tolbert, L. M.; Linares-Samaniego, S. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 4602.
15. Solntsev, K. M.; Huppert, D.; Tolbert, L. M.; Agmon, N. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 7981.
16. Solntsev, K. M.; Huppert, D.; Agmon, N. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 6984.
17. Solntsev, K. M.; Huppert, D.; Agmon, N.; Tolbert, L. M. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4658.
18. Glower, C.; Solntsev, K. M.; Kowalik, J.; Tolbert, L. M.; Huppert, D. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 3114.
19. Rice, S. A. Diffusion-Limited Reactions; Comput. Chem. Kinet.; Elsevier: Amsterdam 1985; Vol. 25.
20. Weller, A. Z. Elektrochem. 1952, 56, 662.
21. Jackson, G.; Porter, G. Proc. R. Soc. London A 1961, 200, 13.
22. Baba, H.; Suzuki, S. J. Chem. Phys. 1961, 35, 1118.
23. Schulman, S. G. Spectrosc. Lett. 1973, 6, 197.
24. Tobita, S.; Shizuka, H. Chem. Phys. Lett. 1980, 75, 140.
25. Webb, S. P.; Philips, L. A.; Yeh, S. W.; Tolbert, L. M.; Clark, J. H. J. Phys. Chem. 1986, 90, 5154.
26. Granucci, G.; Hynes, J. T.; Millie, P.; Tran-Thi, T.-H. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12243.
27. Solntsev, K. M.; Huppert, D.; Agmon, N. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 9599.
28. Dewar, M. J. S.; Stewart, J. J. P.; Ruiz, J. M.; Liotard, D.; Healy, E. F.; Dennington, R. D., II. In AMPAC Version 6.55. Semichem., Shawnee 1997-1999.
29. Agmon, N.; Rettig, W.; Groth, C. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 1089.
30. Minkin, V. I.; Osipov, O. A.; Zhdanov, Y. A. Dipole Moments in Organic Chemistry; Plenum: New York 1970.
31. Wiberg, K. B. Chem. Rev. 2001, 101, 1317.
32. Zilberg, S.; Haas, Y. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 10843.
33. Horng, M. L.; Gardecki, J. A.; Papazyan, A.; Maroncelli, M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 17311.
34. Kamlet, M. J.; Abboud, J.-L. M.; Abraham, M. H.; Taft, R. W. J. Org. Chem. 1983, 48, 2877.
35. Laurence, C.; Nicolet, P.; Dalati, M. T.; Abboud, J.-L. M.; Notario, R. J. Phys. Chem. 1994, 98, 5807.
36. In an excitation spectrum one measures fluorescence at a fixed frequency as a function of the excitation wavelength. The outcome is similar to an absorption spectrum.
37. Tran-Thi, T.-H.; Prayer, C.; Millie, P.; Uznanski, P.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 2244.
38. Fang, W.-H. J. Chem. Phys. 2000, 112, 1204.
39. Plusquellic, D. F.; Tan, X.-Q.; Pratt, D. W. J. Chem. Phys. 1992, 96, 8026.
40. Humphrey, S. J.; Pratt, D. W. J. Chem. Phys. 1996, 104, 8332.
41. Henseler, D.; Tanner, C.; Frey, H.-M.; Leutwyler, S. J. Chem. Phys. 2001, 115, 4055.
42. Humphrey, S. J.; Pratt, D. W. J. Chem. Phys. 1997, 106, 908.
43. Bach, A.; Leutwyler, S. J. Chem. Phys. 2000, 112, 560.
44. Coussan, S.; Bach, A.; Leutwyler, S. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 9864.
45. Bach, A.; Coussan, S.; Müller, A.; Leutwyler, S. J. Chem. Phys. 2000, 113, 9032.
46. Smulevich, G.; Foggi, P. J. Chem. Phys. 1987, 87, 5657.
47. Marzocchi, M. P.; Mantini, A. R.; Casu, M.; Smulevich, G. J. Chem. Phys. 1998, 108, 534.
48. Chudoba, C.; Nibbering, E. T. J.; Elsaesser, T. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 3010.
49. Nibbering, E. T. J.; Chudoba, C.; Elsaesser, T. Isr. J. Chem. 1999, 39, 333.
50. Oikawa, A.; Abe, H.; Mikami, N.; Ito, M. J. Phys. Chem. 1984, 88, 5180.
51. Johnson, J. R.; Jordan, K. D.; Plusquellic, D. F.; Pratt, D. W. J. Chem. Phys. 1990, 93, 2258.
52. Knochenmuss, R.; Solntsev, K. M.; Tolbert, L. M. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 6393.
53. Brønsted, J. N.; Pedersen, K. Z. Phys. Chem. 1924, 108, 185.
54. Brønsted, J. N. Chem. Rev. 1928, 5, 231.
55. Marcus, R. A. J. Phys. Chem. 1968, 72, 891.
56. Marcus, R. A. Faraday Symp. Chem. Soc. 1975, 10, 60.
57. Johnston, H. S. Gas-Phase Reaction Rate Theory; Ronald Press: New York 1960.
58. Agmon, N.; Levine, R. D. Chem. Phys. Lett. 1977, 52, 197.
59. Agmon, N.; Levine, R. D. Isr. J. Chem. 1980, 19, 330.
60. Agmon, N. Int. J. Chem. Kinet. 1981, 13, 333.
61. Pauling, L. J. Am. Chem. Soc. 1947, 69, 542.
62. Andrieux, C. P.; Gamby, J.; Hapiot, P.; Savdant, J.-M. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 10119.
63. Peters, K. S.; Kim, G. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 2598.
64. Peters, K. S.; Cashin, A.; Timbers, P. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 107.
65. Pines, E.; Fleming, G. R. J. Phys. Chem. 1991, 95, 10448.
66. Pines, E.; Magnes, B.-Z.; Lang, M. J.; Fleming, G. R. Chem. Phys. Lett. 1991, 281, 413.
67. Pines, E.; Pines, D.; Barak, T.; Magnes, B.-Z.; Tolbert, L. M.; Haubrich, J. E. Ber. Bunsen-Ges. Phys. Chem. 1998, 102, 511.
68. Barroso, M.; Arnaut, L. G.; Formosinho, S. J. J. Photochem. Photobiol. A 2002, 154, 13.
69. Kiefer, P. M.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 1834.
70. Kiefer, P. M.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 1850.
71. Schwartz, B. J.; Peteanu, L. A.; Harris, C. B. J. Phys. Chem. 1992, 96, 3591.
72. Arthen-Engeland, T.; Bultmann, T.; Ernsting, N. P.; Rodriguez, M. A.; Thiel, W. Chem. Phys. 1992, 163, 43.
73. Chudoba, C.; Riedle, E.; Pfeiffer, M.; Elsaesser, T. Chem. Phys. Lett. 1996, 263, 622.
74. Arzhantsev, S. Y.; Takeuchi, S.; Tahara, T. Chem. Phys. Lett. 2000, 330, 83.
75. Trakhtenberg, L. I.; Klochikhin, V. L.; Pshezhetsky, S. Y. Chem. Phys. 1982, 69, 121.
76. Trakhtenberg, L. I.; Klochikhin, V. L. Chem. Phys. 1998, 232, 175.
77. Borgis, D.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. 1996, 700, 1118.
78. Lee, S.; Hynes, J. T. J. Chim. Phys.-Phys. Chim. Biol. 1996, 93, 1783.
79. Rini, M.; Magnes, B.-Z.; Pines, E.; Nibbering, E. T. J. Science 2003, 301, 349.
80. Agmon, N. Chem. Phys. Lett. 1995, 244, 456.
81. Agmon, N. J. Chim. Phys. Phys.-Chim. Biol. 1996, 93, 1714.
82. Omta, A. W.; Kropman, M. F.; Woutersen, S.; Bakker, H. J. Science 2003, 301, 301.
83. Agmon, N. J. Mol. Liq. 2000, 85, 87.
84. Ando, K.; Hynes, J. T. J. Mol. Liq. 1995, 64, 25.
85. Ando, K.; Hynes, J. T. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 10464.
86. Huppert, D.; Kolodney, E.; Gutman, M.; Nachliel, E. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 6949.
87. Lee, J.; Robinson, G. W.; Webb, S. P.; Philips, L. A.; Clark, J. H. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 6538.
88. Robinson, G. W.; Thistlethwaite, P. J.; Lee, J. J. Phys. Chem. 1986, 90, 4224.
89. Agmon, N.; Huppert, D.; Masad, A.; Pines, E. J. Phys. Chem. 1991, 95, 10407. Erratum. J. Phys. Chem. 1992, 96, 2020.
90. Cohen, B.; Leiderman, P.; Huppert, D. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 11115.
91. Green, S.; Xiang, T.; Johnston, K. P.; Fox, M. A. J. Phys. Chem. 1995, 99, 13787.
92. Poles, E.; Cohen, B.; Huppert, D. Isr. J. Chem. 1999, 39, 347.
93. Cohen, B.; Huppert, D. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 2663.
94. Melander, L. Isotope Effects on Reaction Rates; Ronald Press: New York 1960.
95. Westheimer, F. H. Chem. Rev. 1961, 61, 265.
96. Agmon, N. Isr. J. Chem. 1985, 26, 375.
97. Kuznetsov, A. M.; Ulstrup, J. Can. J. Chem. 1999, 77, 1085.
98. Robinson, R. A.; Stokes, R. H. Electrolyte Solutions, 2nd ed.; Butterworth: London, 1959.
99. Luz, Z.; Meiboom, S. J. Am. Chem. Soc. 1964, 86, 4768.
100. de Grotthuss, C. J. T. Am. Chim. 1806, LVIII, 54.
101. Danneel, H. Z. Elektrochem. 1905, 11, 249.
102. 101 when the work of Grotthuss was recalled and applied to proton mobility.
103. Bernal, J. D.; Fowler, R. H. J. Chem. Phys. 1933, 1, 515.
104. Eigen, M.; De Maeyer, L. Proc. R. Soc. London A 1958, 247, 505.
105. Eigen, M. Ang. Chem., Int. Ed. 1964, 3, 1.
106. Atkins, P. W. Physical Chemistry, 2nd ed.; Oxford University: Oxford, 1982.
107. Agmon, N. Isr. J. Chem. 1999, 39, 493.
108. Walrafen, G. E.; Fisher, M. R.; Hokmabadi, M. S.; Yang, W.-H. J. Chem. Phys. 1986, 85, 6970.
109. Onsager, L. In Physics and Chemistry of Ice; Whalley, E., Jones, S. J., Gold, L. W., Ed.; Royal Society of Canada: Ottawa, 1973; p 10.
110. Kunst, M.; Warman, J. M. J. Phys. Chem. 1983, 87, 4093.
111. +) is much smaller than previously suggested.
112. Zundel, G. In The Hydrogen Bond, Recent Developments in Theory and Experiments; Schusler, P., Zundel, G., Sandorfy, C., Eds.; North-Holland: Amsterdam, 1976; pp 687-756.
113. Zundel, G. Adv. Chem. Phys. 2000, 111, 1.
114. + cations have been discussed earlier, they are sometimes dubbed as the "Eigen" and "Zundel" cations, respectively.
115. Tuckerman, M.; Laasonen, K.; Sprik, M.; Parrinello, M. J. Phys. Chem. 1995, 99, 5749.
116. Vuilleumier, R.; Borgis, D. Isr. J. Chem. 1999, 39, 457.
117. Komyshev, A. A.; Kuznetsov, A. M.; Spohr, E.; Ulstrup, J. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 3351.
118. 80
119. Marx, D.; Tuckerman, M. E.; Hutter, J.; Parrinello, M. Nature 1999, 397, 601.
120. Atkins, P. W. Physical Chemistry, 6th ed.; W. H. Freeman: New York, 1998.
121. Kobayashi, C.; Saito, S.; Ohmine, I. J. Chem. Phys. 2000, 113, 9090.
122. Schmitt, U. W.; Voth, G. A. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 5547.
123. Day, T. J. F.; Schmitt, U. W.; Voth, G. A. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 12027.
124. Day, T. J. F.; Soudackov, A. V.; Čuma, M.; Schmitt, U. W.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2002, 117, 5839.
125. Zahn, D.; Brickmann, J. Isr. J. Chem. 1999, 39, 469.
126. Lapid, H.; Agmon, N.; Petersen, M. K.; Voth, G. A. J. Chem. Phys. 2005, 122, 014506.
127. Laws, W. R.; Brand, L. J. Phys. Chem. 1979, 83, 795.
128. Harris, C. M.; Selinger, B. K. J. Phys. Chem. 1980, 84, 1366.
129. Pines, E.; Hiippert, D. J. Chem. Phys. 1986, 84, 3576.
130. Agmon, N. J. Chem. Phys. 1984, 81, 2811.
131. Pines, E.; Huppert, D.; Agrnon, N. J. Chem. Phys. 1988, 88, 5620.
132. Agmon, N.; Pines, E.; Huppert, D. J. Chem. Phys. 1988, 88, 5631.
133. Gopich, I. V.; Solntsev, K. M.; Agmon, N. J. Chem. Phys. 1999, 110, 2164.
134. Agmon, N. J. Chem. Phys. 1999, 110, 2175.
135. Gopich, I. V.; Agmon, N.J. Chem. Phys. 1999, 110, 10433.
136. Agmon, N.; Hopfield, J. J. J. Chem. Phys. 1983, 78, 6947. Erratum. J. Chem. Phys. 1984, 80, 592.
137. Kosloff, R.; Tal-Ezer, H. Chem. Phys. Lett. 1986, 127, 223.
138. Agmon, N.; Kosloff, R. J. Phys. Chem. 1987, 91, 1988.
139. Krissinel', E. B.; Agmon, N. J. Comput. Chem. 1996, 17, 1085.
140. Kim, H.; Shin, K.-J. Phys. Rev. Lett. 1999, 82, 1578.
141. Agmon, N.; Gopich, I. V. Chem. Phys. Lett. 1999, 302, 399.
142. Solntsev, K. M.; Huppert, D.; Agmon, N. Phys. Rev. Lett. 2001, 86, 3427.
143. Agmon, N.; Szabo. A. J. Chem. Phys. 1990, 92, 5270.
144. Pines, E.; Fleming, G. R. Chem. Phys. 1994, 183, 393.
145. Solntsev, K. M.; Agmon, N. Chem. Phys. Lett. 2000, 320, 262.
146. Ottolenghi, M. J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, 3557.
147. Pino, G.; Grégoire, G.; Dedonder-Lardeux, C.; Jouvet, C.; Martrenchard, S.; Solgadi, D. Phys. Chem. Chem. Phys. 2000, 2, 893.
148. Sobolewski, A. L.; Domcke, W.; Dedonder-Lardeux, C.; Jouvet, C. Phys. Chem. Chem. Phys. 2002, 4, 1093.
149. Lee, J.; Robinson, G. W. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 6153.
150. Kuo, J.-L.; Ciobanu, C. V.; Ojamaë, L.; Shavitt, I.; Singer, S. J. J. Chem. Phys. 2003, 118, 3583.
151. Agmon, N.; Goldberg, S. Y.; Huppert, D. J. Mol. Liq. 1995, 64, 161.
152. Weller, A. Z. Elektrochem. 1954, 58, 849.
153. Goldberg, S. Y.; Pines, E.; Huppert, D. Chem. Phys. Lett. 1992, 192, 77.
154. Genosar, L.; Cohen, B.; Huppert, D. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 6689.
155. Cohen, B.; Huppert, D.; Agmon, N. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 9838.
156. Cohen, B.; Huppert, D.; Agmon, N. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 7165.
157. Cohen, B.; Leiderman, P.; Huppert, D. J. Lumin. 2003, 102-103, 682.
158. von Smoluchowski, M. Z. Phys. Chem. 1917, 92, 129.
159. Tachiya, M. Rod. Phys. Chem. 1983, 27, 167.
160. Szabo, A. J. Phys. Chem. 1989, 93, 6929.
161. Szabo, A.; Zwanzig, R.; Agmon, N. Phys. Rev. Lett. 1988, 61, 2496.
162. Gösele, U. M. Prog. React. Kinet. 1984, 13, 63.
163. Nemzek, T. L.; Ware, W. R. J. Chem. Phys. 1975, 62, 477.
164. Eads, D. D.; Dismer, B. G.; Fleming, G. R. J. Chem. Phys. 1990, 93, 1136.
165. Sikorski, M.; Krystkowiak, E.; Steer, R. P. J. Photochem. Photobiol. A 1998, 117, 1.
166. Harris, C. M.; Selinger, B. K. J. Phys. Chem. 1980, 84, 891.
167. Weller, A. Z. Phys. Chem. NF 1958, 15, 438.
168. Huppert, D.; Goldberg, S. Y.; Masad, A.; Agmon, N. Phys. Rev. Lett. 1992, 68, 3932.
169. Solntsev, K. M.; Huppert, D.; Agmon, N. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 5868.
170. Pines, D.; Pines, E. J. Chem. Phys. 2001, 115, 951.
171. Edelstein, A. L.; Agmon, N. J. Phys. Chem. 1995, 99, 5389.
172. Kim, H.; Yang, M.; Shin, K. J. J. Chem. Phys. 1999, 111, 1068.
173. Popov, A. V.; Agmon, N. J. Chem. Phys. 2001, 115, 8921.
174. Popov, A. V.; Agmon, N. J. Chem. Phys. 2002, 117, 4376.
175. Sung, J.; Lee, S. J. Chem. Phys. 1999, 111, 796.
176. Naumann, W.; Shokhirev, N. V.; Szabo, A. Phys. Rev. Lett. 1997, 79, 3074.
177. Sung, J.; Shin, K. J.; Lee, S. J. Chem. Phys. 1997, 107, 9418.
178. Gopich, I. V.; Agmon, N. Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 2730.
179. Agmon, N.; Gopich, I. V. J. Chem. Phys. 2000, 112, 2863.
180. Oh, C.; Kim, H.; Shin, K. J. J. Chem. Phys. 2002, 117, 3269.
181. Popov, A. V.; Agmon, N.; Gopich, I. V.; Szabo, A. J. Chem. Phys. 2004, 120, 6111.
182. Förster, T.; Völker, S. Chem. Phys. Lett. 1975, 34, 1.
183. Hauser, M.; Haar, H.-P.; Klein, U. K. A. Ber. Bunsen-Ges. Phys. Chem. 1977, 81, 27.
184. Agmon, N. J. Chem. Phys. 1988, 89, 1524.
185. Bardez, E.; Devol, I.; Larrey, B.; Valeur, B. J. Phys. Chem. B 1997, 101, 7786.
186. Bardez, E.; Alain, V.; Destandau, E.; Fedorov, A.; Martinho, J. M. G. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 10613.
187. Bardez, E.; Goguillon, B.-T.; Keh, E.; Valeur, B. J. Phys. Chem. 1984, 88, 1909.
188. Il'ichev, Y. V.; Demyashkevich, A. B.; Kuzmin, M. G. J. Phys. Chem. 1991, 95, 3438.
189. Cohen, B.; Huppert, D.; Solntsev, K. M.; Tsfadia, Y.; Nachliel, E.; Gutman, M. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 7539.
190. Bhattacharyya, K. Acc. Chem. Res. 2003, 36, 95.
191. Gutman, M.; Nachliel, E. Annu. Rev. Phys. Chem. 1997, 48, 329.
192. Bransburg-Zabary, S.; Nachliel, E.; Gutman, M. Biophys. J. 2002, 83, 2987.
193. Chattoraj, M.; King, B. A.; Bublitz, G. U.; Boxer, S. G. Proc. Natl. Acad. Sci., U.S.A. 1996, 93, 8362.
194. Lossau, H.; Kummer, A.; Heinecke, R.; Pöllinger-Dammer, F.; Kompa, C.; Bieser, G.; Jonsson, T.; Silva, C. M.; Yang, M. M.; Youvan, D. C.; Michel-Beyerle, M. Chem. Phys. 1996, 213, 1.