Theoretical, spectroscopic, and mechanistic studies on transition-metal dinitrogen complexes: Implications to reactivity and relevance to the nitrogenase problem

Journal of Computational Chemistry

Volumn 27, Issue 12, 2006, Pages 1278-1291

  Studt, Felix ^a   Tuczek, Felix ^a  

^a UNIVERSITY OF KIEL   (Germany)

Author keywords

Mechanistic studies; Nitrogenase; Transition metal dinitrogen complexes

Indexed keywords

CHARGE TRANSFER; CHEMICAL BONDS; ELECTRONIC STRUCTURE; MOLECULAR STRUCTURE; NITROGEN COMPOUNDS; PROBABILITY DENSITY FUNCTION; SPECTROSCOPIC ANALYSIS;

BINDING GEOMETRIES; MECHANISTIC STUDIES; NITROGENASE; TRANSITION-METAL DINITROGEN COMPLEXES;

TRANSITION METALS;

AMMONIA; MOLYBDENUM IRON PROTEIN; NITROGEN; NITROGENASE; TRANSITION ELEMENT;

ARTICLE; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; ENZYME ACTIVATION; METABOLISM;

AMMONIA; ENZYME ACTIVATION; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR STRUCTURE; MOLYBDOFERREDOXIN; NITROGEN; NITROGENASE; TRANSITION ELEMENTS;

EID: 33747258958     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.20413     Document Type: Article

References (118)

1. MacKay, B. A.; Fryzuk, M. D. Chem Rev 2004, 104, 385.
2. Hidai, M. Coord Chem Rev 1999, 185-186, 99.
3. Leigh, C. J. Acc Chem Res 1992, 25, 177.
4. Howard, J. B.; Rees, D. C. Chem Rev 1996, 96, 2965.
5. Burgess, B. K.; Lowe, D. J. Chem Rev 1996, 96, 2983.
6. Burgess, B. K. Chem Rev 1990, 90, 1377.
7. Kim, J.; Rees, D. C. Nature 1992, 360, 553.
8. Kim, J.; Rees, D. C. Science 1992, 257, 1667.
9. Einsle, O.; Tezcan, F. A.; Anrade, S. L. A.; Schmid, B.; Yoshida, M.; Howard, J. B.; Rees, D. C. Science 2002, 297, 1696.
10. Lovell, T.; Liu, T.; Case, D.; Noodleman, L. J Am Chem Soc 2003, 125, 8377.
11. Hinneman, B.; Nørskov, J. K. J Am Chem Soc 2003, 125, 1466.
12. Lee, H.; Benton, P.; Laryukhin, M.; Igarashi, R.; Dean, D.; Seefeldt, L.; Hoffman, B. J Am Chem Soc 2003, 125, 5604.
13. Yang, T.-C.; Maeser, M. K.; Laryukhin, M.; Lee, H.-L; Dean, D. R.; Seefeldt, L. C.; Hoffman, B. M. J Am Chem Soc 2005, 127, 12804.
14. Barney, B. M.; Yang, T.-C.; Igarashi, R. Y.; Dos Santos, P. C.; Laryukhin, M.; Lee, H. I.; Hoffman, B. M.; Dean, D. R.; Seefeldt, L. C. J Am Chem Soc 2005, 127, 14960.
15. Pickett, C. J Biol Chem 1996, 1, 601.
16. Grönberg, K.; Gormal, C.; Durrant, M.; Smith, B.; Henderson, R. J Am Chem Soc 1998, 120, 10613.
17. Szilagyi, R.; Musaev, D.; Morokuma, K. Inorg Chem 2001, 40, 766.
18. Durrant, M. Biochemistry 2002, 41, 13934.
19. Durrant, M. Biochemistry 2002, 41, 13946.
20. Dance, I. Chem Commun 1997, 165.
21. Dance, I. Chem Commun 1998, 523.
22. Rod, T.; Hammer, B.; Norskov, J. K. Phys Rev Let. 1999, 82, 4054.
23. Rod, T.; Norskov, J. K. J Am Chem Soc 2000, 122, 12751.
24. Rod, T.; Logadottir, A.; Norskov, J. K. J Chem Phys 2000, 112, 5343.
25. Sellmann, D.; Sutter J.; Coucouvanis, D. J Biol Inorg Chem 1996, 1, 594.
26. Sellmann, D.; Utz, J.; Blum, N.; Heinemann, F. Coord Chem Rev 1999, 190-192, 607.
27. Sellmann, D.; Fürsattel, A.; Sutler, J. Coord Chem Rev 2000, 200-202, 545.
28. Hinnemann, B.; Nørskov, J. K. J Am Chem Soc 2004, 126, 3920.
29. Huniar, U.; Ahlrichs, R.; Coucouvanis, D. J Am Chem Soc 2004, 126, 2588.
30. Kästner, J.; Blöchl, P. E. Chem Phys Chem 2005, 6, 1724.
31. Cao, Z.; Zhou, Z.; Wan, H.; Zhang, Q. Int J Quantum Chem 2005, 103, 344.
32. Coucouvanis, D.; Demadis, K. D.; Malinak, S. M.; Mosier, P. R.; Tyson, M. A.; Laughlin, L. J. In Transition Metal Sulfur Chemistry; ACS Symp. Ser. 653; ACS: Washington, DC, 1996.
33. Tuczek, F.; Lehnert, N. Angew Chem Int Ed 1998, 37, 2636.
34. Hidai, M.; Mizobe, Y. Chem Rev 1995, 95, 1115.
35. Fryzuk, M. D.; Johnson, S. A. Coord Chem Rev 2000, 200-202, 379.
36. Henderson, R. A.; Leigh, O. J.; Pickett, C. Adv Inorg Chem Radiochem 1983, 27, 197.
37. Henderson, R. A. J Chem Soc Dalton Trans 1982, 917.
38. Yandulov, D. V.; Schrock, R. R. Science 2003, 301, 76.
39. Yandulov, D. V.; Schrock, R. R.; Rheingold, A. L.; Ceccarelli, C.; Davis, W. M. Inorg Chem 2003, 42, 796.
40. Ritleng, V.; Yandulov, D. V.; Weare, W. W.; Schrock, R. R.; Hock, A. S.; Davis, W. M. J Am Chem Soc 2004, 126, 6150.
41. Yandulov, D. V.; Schrock, R. R. Inorg Chem 2005, 44, 1103.
42. Studt, F.; Tuczek, F. Angew Chem Int Ed 2005, 44, 5639.
43. Scherer, A.; Kollak, K.; Lützen, A.; Friedemann, M.; Haase, D.; Saak, W.; Beckhaus, R. Eur J Inorg Chem 2005, 1003.
44. Duchateau, R.; Gambarotta, S.; Beydoun, N.; Bensimon, C. J Am Chem Soc 1991, 113, 8986.
45. Fryzuk, M. D.; Love, J. B.; Rettig, S. J.; Young, V. G. Science 1997, 275, 1445.
46. Clentsmith, G. K. B.; Bates, V. M. E.; Hitchcock, P. B.; Cloke, F. G. N. J Am Chem Soc 1999, 121, 10444.
47. Bates, V. M. E.; Clentsmith, G. K. B.; Cloke, F. G. N.; Green, J. C.; Jenkin, H. D. L. Chem Commun 2000, 927.
48. Fryzuk, M. D.; Johnson, S. A.; Rettig, S. J. J Am Chem Soc 1998, 120, 11024.
49. Fryzuk, M. D.; Johnson, S. A.; Patrick, B. O.; Albinati, A.; Mason, S. A.; Koetzle, T. F. J Am Chem Soc 2001, 123, 3960.
50. Fryzuk, M. D.; MacKay, B. A.; Johnson, S. A.; Patrick, B. O. Angew Chem Int Ed 2002, 41, 3709.
51. Fryzuk, M. D.; MacKay, B. A.; Patrick, B. O. J Am Chem Soc 2003, 125, 3234.
52. MacKay, B. A.; Patrick, B. O.; Fryzuk, M. D. Organometallics 2005, 24, 3836.
53. Studt, F.; MacKay, B. A.; Johnson, S. A.; Patrick, B. O.; Fryzuk, M. D.; Tuczek, F. Chem Eur J 2005, 11, 604.
54. Bancroft, G. M.; Mays, J. J.; Prater, B. E. J Chem Soc Chem Commun 1969, 585.
55. Buys, I. E.; Field, L. D.; Hambley, T. W.; McQueen, A. E. D. Acta Crystallogr 1993, C49, 1056.
56. Azizian, H.; Morris, R. H. Inorg Chem 1983, 22, 6.
57. Hills, A.; Hughes, D. L.; Jimenez-Tenorio, M.; Leigh, G. J. J Organomet Chem 1990, 391, C41.
58. Giannocaro, P.; Rossi, M.; Sacco, A. Coord Chem Rev 1972, 8, 77.
59. Aresta, M.; Giannocaro, P.; Rossi, M.; Sacco, A. Inorg Chim Acta 1971, 5, 115.
60. Wiesler, B. E.; Lehnert, N.; Neuhausen, J.; Tremel, W.; Tuczek, F. Angew Chem Int Ed 1998, 37, 815.
61. Franke, O.; Wiesler, B. E.; Lehnert, N.; Näther, C.; Neuhausen, J.; Ksenofontov, V.; Tuczek, F. Inorg Chem 2002, 41, 3491.
62. Franke, O.; Wiesler, B. E.; Lehnert, N.; Tuczek, F. Z Anorg Allg Chem 2002, 628, 2395.
63. Franke, O.; Wiesler, B. E.; Lehnert, N.; Peters, G.; Burger, P.; Tuczek, F. Z Anorg Allg Chem 2006, 632, in press.
64. Bellerby, J. M.; Mays, M. J.; Sears, P. L. J Chem Soc Dalton Trans 1976, 1232.
65. Franke, O. Ph.D. thesis, Christian-Albrechts-Universität Kiel, Germany, 2004.
66. Lehnert, N. Ph.D. thesis, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Germany, 1999.
67. Pickett, C. J.; Talarmin, J. Nature 1985, 317, 652.
68. Chart, J.; Dilworth, J. R.; Richards, R. L. Chem Rev 1978, 589.
69. Lehnert, N.; Tuczek, F. Inorg Chem 1999, 38, 1659.
70. Lehnert, N.; Tuczek, F. Inorg Chem 1999, 38, 1671.
71. Horn, K. H.; Lehnert, N.; Tuczek, F. Inorg Chem 2003, 42, 1076.
72. Habeck, C. M.; Lehnert, N.; Näther, C.; Tuczek, F. Inorg Chim Acta 2002, 337C, 11.
73. Stephan, G. C.; Peters, G.; Lehnert, N.; Habeck, C. M.; Näther, C.; Tuczek, F. Can J Chem 2005, 83, 385.
74. Tuczek, F.; Horn, K. H.; Lehnert, N. Coord Chem Rev 2003, 245, 107.
75. Tuczek, F. Adv Inorg Chem 2004, 56, 27.
76. Hussain, W.; Leigh, G. J.; Pickett, C. J. J Chem Soc Chem Commun 1982, 747.
77. Henderson, R. A.; Leigh, G. J.; Pickett, C. J. J Chem Soc Dalton Trans 1989, 425.
78. (a) Horn, K. H.; Böres, N.; Lehnert, N.; Mersmann, K.; Näther, C.; Peters, G.; Tuczek, F. Inorg Chem 2005, 44, 3016;
79. (b) Mersmann, K.; Horn, K. H.; Böres, N.; Lehnert, N.; Studt, F.; Paulat, F.; Peters, G.; Tuczek, F. Inorg Chem 2005, 44, 3031.
80. Alias, Y.; Ibrahim, S. K.; Queiros, M. A.; Fonseca, A.; Talarmin, J.; Volant, F.; Pickett, C. J. J Chem Soc Dalton Trans 1997, 4807.
81. Mersmann, K.; Hauser, A.; Lehnert, N.; Tuczek, F. Inorg Chem 2006, 45, in press.
82. Chase, M. M., Jr.; Davies, C. A.; Downe, J. R., Jr.; Frurip, D. J.; McDonald, R. A.; Syverue, A. N. J Phys Chem Ref Data 1985, 14, Suppl. No. 1.
83. (a) Alberty, R. A. J Biol Chem 1994, 269, 7099;
84. (b) Alberty, R. A.; Goldberg, R. N. Biochemistry 1992, 31, 10610.
85. Neese, F. Angew Chem Int Ed 2006, 45, 196.
86. (a) Le Guennic, B.; Kirchner, B.; Reiher, M. Chem Eur J 2005, 11, 7448;
87. (b) Reiher, M.; LeGuennic, B.; Kirchner, B. Inorg Chem 2005, 44, 9640.
88. Graham, D. C.; Beran, G. J. O.; Head-Gordon, M.; Christian, G.; Stranger, R.; Yates, B. F. J Phys Chem A 2005, 109, 6762.
89. (a) Lehnert, N.; Wiesler, B.; Tuczek, F.; Hennige, A.; Sellmann, D. J Am Chem Soc 1997, 119, 8869;
90. (b) Lehnert, N.; Wiesler, B.; Tuczek, F.; Hennige, A.; Sellmann, D. J Am Chem Soc 1997, 119, 8879.
91. Studt, F.; Lehnert, N.; Wiesler, B. E.; Scherer, A.; Beckhaus, R.; Tuczek, F. Eur J Inorg Chem 2006, 291.
92. Rasetti, F. Proc Natl Acad Sci USA 1929, 15, 234.
93. (a) Kirchner, B.; Reiher, M.; Hille, A.; Hutter, J.; Hess, B. A. Chem Eur J 2005, 11, 574;
94. (b) Reiher, M.; Kirchner, B.; Hutter, J.; Sellmann, D.; Hess, B. A. Chem Eur J 2004, 10, 4443;
95. (c) Sellmann, D.; Hille, A.; Rösler, A.; Heinemann, F. W.; Moll, M.; Brehm, G.; Schneider, S.; Reiher, M.; Hess, B. A.; Bauer, W. Chem Eur J 2004, 10, 819.
96. Evans, W. J.; Ulibarri, T. A.; Ziller, J. W. J Am Chem Soc 1988, 110, 6877.
97. (a) Roussel, P.; Scott, P. J Am Chem Soc 1998, 120, 1070;
98. (b) Roussel, P.; Scott, P. J Am Chem Soc 1998, 120, 5836.
99. Campazzi, E.; Solari, E.; Floriani, C.; Scopelliti, R. Chem Commun 1998, 2603.
100. Cloke, F. G. N.; Hitchcock, P. B. J Am Chem Soc 2002, 124, 9352.
101. Guan, J.; Dubé, T.; Gambarotta, S.; Yap, G. P. A. Organometallics 2000, 19, 4820.
102. Kaltsoyannis, N.; Scott, P. Chem Commun 1998, 1665.
103. Roussel, P.; Errington, W.; Kaltsoyannis, N.; Scott, P. J Organomet Chem 2001, 635, 69.
104. Brown, K. L.; Kaltsoyannis, N. J Chem Soc Dalton Trans 1999, 4425.
105. Studt, F.; Morello, L.; Fryzuk, M. D.; Tuczek, F. Chem Eur J 2003, 9, 520.
106. (a) Basch, H.; Musaev, D. G.; Morokuma, K. J Am Chem Soc 1999, 121, 5754;
107. (b) Basch, H.; Musaev, D. G.; Morokuma, K.; Fryzuk, M. D.; Love, J. B.; Seidel, W. W.; Albinati, A.; Koetzle, T. F.; Klooster, W. T.; Mason, S. A.; Eckert, J. J Am Chem Soc 1999, 121, 523.
108. Pool, J. A.; Chirik, P. J. Nature 2004, 427, 527.
109. Studt, F.; Lamarche, V. M. ER.; Clentsmith, G. K. B.; Cloke, F. G. N.; Tuczek, T. Dalton Trans 2005, 1052.
110. Laplaza, C. E.; Cummins, C. C. Science 1995, 268, 861.
111. Cui, Q.; Musaev, D. G.; Svensson, M.; Sieber, S.; Morokuma, K. J Am Chem Soc 1995, 117, 12366.
112. Christian, G.; Stranger, R. Dalton Trans 2004, 2482.
113. Studt, F.; MacKay, B. A.; Fryzuk, M. D.; Tuczek, F. J Am Chem Soc 2004, 126, 280.
114. Studt, F.; MacKay, B. A.; Fryzuk, M. D.; Tuczek, F. Dalton Trans 2006, 1137.
115. Wilkinson, P. G.; Houk, N. B. J Chem Phys 1956, 24, 528.
116. (a) Holland, P. L. Can J Chem 2005, 83, 296, and refs. cited therein;
117. (b) Smith, J. M.; Sadique, A. R.; Cundari, T. R.; Rodgers, K. R.; Lukat-Roders, G.; Lachicotte, R. J.; Flaschenriem, C. J.; Vela, J.; Holland, P. L. J Am Chem Soc 2006, 128, 756.
118. MacBeth, C. E.; Harkins, S. E.; Peters, J. C. Can J Chem 2005, 83, 332, and refs. cited therein.