Insights into the mechanism of O2 formation and release from the Mn4O4L6 "cubane" cluster

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 114, Issue 43, 2010, Pages 11417-11424

  Kuznetsov, Aleksey E ^a   Geletii, Yurii V ^a   Hill, Craig L ^a   Musaev, Djamaladdin G ^a  

^a EMORY UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BOND FORMATION; CATIONIC COMPLEXES; CONTROLLING FACTORS; CUBANE CLUSTERS; OVERALL REACTIONS; OXIDATION STATE; OXO LIGANDS; PHOTO-INDUCED; SINGLE BOND; SPIN STATE; TRANSITION STATE; WATER OXIDATION;

ELECTRONS; LIGANDS; MANGANESE REMOVAL (WATER TREATMENT); OXIDATION; REACTION INTERMEDIATES; SPIN DYNAMICS;

MANGANESE;

EID: 78049508633     PISSN: 10895639     EISSN: 15205215     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp105422a     Document Type: Article

References (99)

1. Lewis, N. S.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 2006, 103, 15729-15735
2. Eisenberg, R.; Gray, H. B. Inorg. Chem. 2008, 47, 1697-1699 and references therein, and the entire issue
3. Gersten, S. W.; Samuels, G. J.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 4029-4030
4. Gilbert, J. A.; Eggleston, D. S.; Wyatt, R. M., Jr.; Geselowitz, D. A.; Gersten, S. W.; Hodgson, D. J.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 3855-3864
5. Comte, P.; Nazeeruddin, M. K.; Rotzinger, F. P.; Frank, A. J.; Grätzel, M. J. Mol. Catal. 1989, 52, 63-84
6. Schoonover, J. R.; Ni, J.; Roecker, L.; White, P. S.; Meyer, T. J. Inorg. Chem. 1996, 35, 5885-5892
7. Wada, T.; Tsuge, K.; Tanaka, K. Angew. Chem., Int. Ed. 2000, 39, 1479-1482
8. Sens, C.; Romero, I.; Rodríguez, M.; Llobet, A.; Parella, T.; Benet-Buchholz, J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 7798-7799
9. Hurst, J. K. Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 313-328
10. Zong, R.; Thummel, R. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12802-12803
11. Liu, F.; Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Cardolaccia, T.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. Inorg. Chem. 2008, 47, 1727-1752
12. Hurst, J. K.; Cape, Jonathan, L.; Clark, A. E.; Das, S.; Qin, C. Inorg. Chem. 2008, 47, 1753-1764
13. Deng, Z.; Tseng, H.-W.; Zong, R.; Wang, D.; Thummel, R. Inorg. Chem. 2008, 47, 1835-1848
14. Romero, I.; Rodríguez, M.; Sens, C.; Mola, J.; Kollipara, M. R.; Francàs, L.; Mas-Marza, E.; Escriche, L.; Llobet, A. Inorg. Chem. 2008, 47, 1824-1834
15. Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. Proc. Nat. Acad. Sci. 2008, 105, 17632-17635
16. Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16462-16463
17. Sala, X.; Romero, I.; Rodriguez, M.; Escriche, L.; Llobet, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 2842-2852
18. Romain, S.; Bozoglian, F.; Sala, X.; Llobet, A. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 2768-2769
19. Xu, Y.; Åkermark, T.; Gyollai, V.; Zou, D.; Eriksson, L.; Duan, L.; Zhang, R.; Åkermark, B.; Sun, L. Inorg. Chem. 2009, 48, 2717-2719
20. Rotzinger, F. P.; Munavalli, S.; Comte, P.; Hurst, J. K.; Gratzel, M.; Pern, F.-J.; Frank, A. J. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 6619-6626
21. Rüttinger, W.; Dismukes, G. C. Chem. Rev. 1996, 97, 1-24
22. Limburg, J.; Vrettos, J. S.; Liable-Sands, L. M.; Rheingold, A. L.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Science 1999, 283, 1524-1527
23. Chen, H.; Faller, J. W.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 7345-7349
24. Tagore, R.; Chen, H.; Zhang, H.; Crabtree, R. H.; Brudvig; Gary, W. Inorg. Chim. Acta 2007, 360, 2983-2989
25. Tagore, R.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Inorg. Chem. 2007, 46, 2193-2203
26. Tagore, R.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Inorg. Chem. 2008, 47, 1815-1823
27. Maneiro, M.; Ruettinger, W. F.; Bourles, E.; McLendon, G. L.; Dismukes, G. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 3707-3712
28. Siegbahn, P. E. M. Inorg. Chem. 2008, 47, 1779-1786
29. Yagi, M.; Kaneko, M. Chem. Rev. 2001, 101, 21-35
30. Brimblecombe, R.; Kolling, D. R. J.; Bond, A. M.; Dismukes, G. C.; Swiegers, G. F.; Spiccia, L. Inorg. Chem. 2009, 48, 7269-7279
31. Brimblecombe, R.; Swiegers, G. F.; Dismukes, G. C.; Spiccia, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 7335-7338
32. Wu, J.-Z.; De Angelis, F.; Carrell, T. G.; Yap, G. P. A.; Sheats, J.; Car, R.; Dismukes, G. C. Inorg. Chem. 2006, 45, 189-195
33. Wu, J.-Z.; Sellitto, E.; Yap, G. P. A.; Sheats, J.; Dismukes, G. C. Inorg. Chem. 2004, 43, 5795-5797
34. Carrell, T. G.; Bourles, E.; Lin, M.; Dismukes, G. C. Inorg. Chem. 2003, 42, 2849-2858
35. Yagi, M.; Wolf, K. V.; Baesjou, P. J.; Bernasek, S. L.; Dismukes, G. C. Angew. Chem., Int. Ed. 2001, 40, 2925-2928
36. Carrell, T. G.; Cohen, S.; Dismukes, G. C. J. Mol. Cat. A 2002, 187, 3-15
37. Brimblecombe, R.; Koo, A.; Dismukes, G. C.; Swiegers, G. F.; Spiccia, L. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 2892-2894
38. Dismukes, G. C.; Brimblecombe, R.; Felton, G. A. N.; Pryadin, R. S.; Sheats, J. E.; Spiccia, L.; Swiegers, G. F. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1935-1943
39. Swiegers, G. F.; Huang, J.; Brimblecombe, R.; Chen, J.; Dismukes, G. C.; Mueller-Westerhoff, U. T.; Spiccia, L.; Wallace, G. G. Chem.-Eur. J. 2009, 15, 4746-4759
40. McDaniel, N. D.; Coughlin, F. J.; Tinker, L. L.; Bernhard, S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 210-217
41. Hull, J. F.; Balcells, D.; Blakemore, J. D.; Incarvito, C. D.; Eisenstein, O.; Brudvig, G. W.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 8730-8731
42. Kunkely, H.; Vogler, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 1685-1687
43. Kanan, M. W.; Nocera, D. G. Science 2008, 321, 1072-1075
44. Kanan, M. W.; Surendranath, Y.; Nocera, D. G. Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 109-114
45. Lutterman, D. A.; Surendranath, Y.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3838-3839
46. Hoertz, P. G.; Kim, Y.-I.; Youngblood, W. J.; Mallouk, T. E. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 6845-6856
47. Ghosh, P. K.; Brunschwig, B. S.; Chou, M.; Creutz, C.; Sutin, N. J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 4772-4783
48. Hammarström, L.; Sun, L.; Åkermark, B.; Styring, S. Catal. Today 2000, 58, 57-69
49. Youngblood, W. J.; Lee, S.-H. A.; Kobayashi, Y.; Hernandez-Pagan, E. A.; Hoertz, P. G.; Moore, T. A.; Moore, A. L.; Gust, D.; Mallouk, T. E. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 926-927
50. Lehn, J. M.; Sauvage, J. P.; Ziesel, R. Nouv. J. Chim. 1979, 3, 423-427
51. Schoenfeldt, N. J.; Korinda, A. W.; Notestein, J. M. Chem. Comm 2010, 46, 1640-1642
52. Geletii, Y. V.; Botar, B.; Kögerler, P.; Hillesheim, D. A.; Musaev, D. G.; Hill, C. L. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 3896-3899
53. Geletii, Y. V.; Besson, C.; Hou, Y.; Yin, Q.; Musaev, D. G.; Quinonero, D.; Cao, R.; Hardcastle, K. I.; Proust, A.; Kogerler, P.; Hill, C. L. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 17360-17370
54. Geletii, Y. V.; Huang, Z.; Hou, Y.; Musaev, D. G.; Lian, T.; Hill, C. L. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7522-7523
55. Sartorel, A.; Carraro, M.; Scorrano, G.; Zorzi, R. D.; Geremia, S.; McDaniel, N. D.; Bernhard, S.; Bonchio, M. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 5006-5007
56. Sartorel, A.; Mir, P.; Salvadori, E.; Romain, S.; Carraro, M.; Scorrano, G.; Di Valentin, M.; Llobet, A.; Bo, C.; Bonchio, M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16051-16053
57. Besson, C.; Huang, Z.; Geletii, Y. V.; Lense, S.; Hardcastle, K. I.; Musaev, D. G.; Lian, T.; Proust, A.; Hill, C. L. Chem. Commun. 2010, 46, 2784-2786
58. Yin, Q.; Miles, M. T.; Besson, C.; Geletii, Y. V.; Musaev, D. G.; Kuznetsov, A. E.; Luo, Z.; Hardcastle, K. I.; Hill, C. L. Science 2010, 328, 342-345
59. Cao, R.; Ma, H.; Geletii, Y. V.; Hardcastle, K. I.; Hill, C. L. Inorg. Chem. 2009, 48, 5596-5598
60. Fang, X.; Speldrich, M.; Schilder, H.; Cao, R.; O'Halloran, K. P.; Hill, C. L.; Kogerler, P. Chem Comm. 2010, 46, 2760-2762
61. Chronister, C. W.; Binstead, R. A.; Ni, J.; Meyer, T. J. Inorg. Chem. 1997, 36, 3814-3815
62. Binstead, R. A.; Chronister, C. W.; Ni, J.; Hartshorn, C. M.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 8464-8473
63. Yamada, H.; Koike, T.; Hurst, J. K. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 12775-12780
64. Bartolotti, L. J.; Pedersen, L. G.; Meyer, T. J. Int. J. Quantum Chem. 2001, 83, 143-149
65. Yamada, H.; Siems, W. F.; Koike, T.; Hurst, J. K. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 9786-9795
66. Hurst, J. K. Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 313-328
67. Yang, X.; Baik, M.-H. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 7476-7485
68. Yang, X.; Baik, M.-H. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 13222-13223
69. Batista, E. R.; Martin, R. L. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 7224-7225
70. Muckerman, J. T.; Polyansky, D. E.; Wada, T.; Tanaka, K.; Fujita, E. Inorg. Chem. 2008, 47, 1787-1802
71. Siegbahn, P. E. M. Inorg. Chem. 2000, 39, 2923-2935
72. Siegbahn, P. E. M.; Crabtree, R. H. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 117-127
73. Siegbahn, P. E. M. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1871-1880
74. Petrie, S.; Stranger, R. Inorg. Chem. 2004, 43, 5237-5244
75. Petrie, S.; Mukhopadhyay, S.; Armstrong, W. H.; Stranger, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2004, 6, 4871-4877
76. Aullon, G.; Ruiz, E.; Alvarez, S. Chem.-Eur. J. 2002, 8, 2508-2515
77. Mitani, M.; Wakamatsu, Y.; Katsurada, T.; Yoshioka, Y. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 13895-13914
78. Sproviero, E. M.; Gacson, J. A.; McEvoy, J. P.; Brudvig, G. W.; Batista, V. S. J. Inorg. Biochem. 2006, 100, 786-800
79. Quinonero, D.; Kaledin, A. L.; Kuznetsov, A. E.; Geletii, Y. V.; Besson, C.; Hill, C. L.; Musaev, D. G. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 535-542
80. Kuznetsov, A. E.; Geletii, Y. V.; Hill, C. L.; Morokuma, K.; Musaev, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 6844-6854
81. Bozoglian, F.; Romain, S.; Ertem, M. Z.; Todorova, T. K.; Sens, C.; Mola, J.; Rodriguez, M.; Romero, I.; Benet-Buchholz, J.; Fontrodona, X.; Cramer, C. J.; Gagliardi, L.; Llobet, A. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15176-15187
82. Jaque, P.; Marenich, A. V.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. C 2007, 111, 5783-5799
83. Yang, X.; Hall, M. B. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 120-130
84. Wang, L.-P.; Wu, Q.; Van Voorhis, T. Inorg. Chem. 2010, 49, 4543-4553
85. Liu, F.; Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Cardolaccia, T.; Templeton, J. L.; Meyer, T. J. Inorg. Chem. 2008, 47, 1727-1752
86. Tseng, H.-W.; Zong, R.; Muckerman, J. T.; Thummel, R. Inorg. Chem. 2008, 47, 11763-11773
87. Yang, X.; Baik, M.-H. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 16231-16240
88. Wang, T.; Brudvig, G.; Batista, V. S. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 755-760
89. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J. A., Jr.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 03, revision C1; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2003.
90. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3107
91. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789
92. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 1372-1380
93. Hay, P. J.; Wadt, W. R. J. Chem. Phys. 1985, 82, 270-283
94. Hay, P. J.; Wadt, W. R. J. Chem. Phys. 1985, 82, 299-310
95. Wadt, W. R.; Hay, P. J. J. Chem. Phys. 1985, 82, 284-298
96. Cances, E.; Mennucci, B.; Tomasi, J. J. Chem. Phys. 1997, 107, 3032-3041
97. CRC Handbook of Chemistry and Physics, 86th ed.; Lide, D. R., Ed.; CRC Press: Boca Raton, FL, 2005.
98. Linstrom, P. J.; Mallard, W. G. NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69, March 2003; National Institute of Standards and Technology: Gaithersburg MD, 20899. Available from: http://webbook.nist.gov.
99. Nakatsuji, H.; Nakai, H. Chem. Phys. Lett. 1992, 197, 339-345