Concerted proton-electron transfer in electrocatalytic O2 reduction by iron porphyrin complexes: Axial ligands tuning H/D isotope effect

Inorganic Chemistry

Volumn 54, Issue 5, 2015, Pages 2383-2392

  Chatterjee, Sudipta ^a   Sengupta, Kushal ^a   Samanta, Subhra ^a   Das, Pradip Kumar ^a   Dey, Abhishek ^a  

^a DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE   (India)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

IRON; LIGAND; METALLOPORPHYRIN; OXYGEN; PROTON;

CATALYSIS; CHEMICAL STRUCTURE; CHEMISTRY; DEUTERIUM HYDROGEN EXCHANGE; ELECTROCHEMICAL ANALYSIS; ELECTRON; OXIDATION REDUCTION REACTION;

CATALYSIS; DEUTERIUM EXCHANGE MEASUREMENT; ELECTROCHEMICAL TECHNIQUES; ELECTRONS; IRON; LIGANDS; METALLOPORPHYRINS; MOLECULAR STRUCTURE; OXIDATION-REDUCTION; OXYGEN; PROTONS;

EID: 84924030536     PISSN: 00201669     EISSN: 1520510X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ic5029959     Document Type: Article

References (106)

1. Su, Q.; Klinman, J. P. Biochemistry 1998, 37, 12513-12525
2. Chang, C. J.; Chang, M. C. Y.; Damrauer, N. H.; Nocera, D. G. Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2004, 1655, 13-28
3. Rosenthal, J.; Nocera, D. G. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 543-553
4. Kaila, V. R. I.; Verkhovsky, M. I.; Wikstrom, M. Chem. Rev. 2010, 110, 7062-7081
5. Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A. Chem. Rev. 2010, 110, 7040-7061
6. Weinberg, D. R.; Gagliardi, C. J.; Hull, J. F.; Murphy, C. F.; Kent, C. A.; Westlake, B. C.; Paul, A.; Ess, D. H.; McCafferty, D. G.; Meyer, T. J. Chem. Rev. 2012, 112, 4016-4093
7. Reece, S. Y.; Nocera, D. G. Annu. Rev. Biochem. 2009, 78, 673-699
8. Barry, B. A. Nat. Chem. 2014, 6, 376-377
9. Mitchell, P. Nature 1961, 191, 144-8
10. Born, M.; Oppenheimer, R. Ann. Phys. 1927, 84, 457-84
11. Weissbluth, M. Atoms and Molecules; Academic: New York, 1978.
12. Bell, R. P. The Tunnel Effect on Chemistry; Chapman and Hall: London, U.K., 1980.
13. Bell, R. P. Chem. Soc. Rev. 1974, 3, 513-544
14. Migliore, A.; Polizzi, N. F.; Therien, M. J.; Beratan, D. N. Chem. Rev. 2014, 114, 3381-3465
15. Cong, Z.; Kinemuchi, H.; Kurahashi, T.; Fujii, H. Inorg. Chem. 2014, 53, 10632-10641
16. Fukuzumi, S.; Kobayashi, T.; Suenobu, T. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 1496-1497
17. Cha, Y.; Murray, C. J.; Klinman, J. P. Science 1989, 243, 1325-30
18. Mayer, J. M.; Rhile, I. J. Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2004, 1655, 51-58
19. Warren, J. J.; Tronic, T. A.; Mayer, J. M. Chem. Rev. 2010, 110, 6961-7001
20. Siegbahn, P. E. M.; Blomberg, M. R. A. Chem. Rev. 2010, 110, 7040-7061
21. Miller, A.-F.; Padmakumar, K.; Sorkin, D. L.; Karapetian, A.; Vance, C. K. J. Inorg. Biochem. 2003, 93, 71-83
22. Reece, S. Y.; Seyedsayamdost, M. R.; Stubbe, J.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 8500-8509
23. Reece, S. Y.; Lutterman, D. A.; Seyedsayamdost, M. R.; Stubbe, J.; Nocera, D. G. Biochemistry 2009, 48, 5832-5838
24. Pizano, A. A.; Lutterman, D. A.; Holder, P. G.; Teets, T. S.; Stubbe, J.; Nocera, D. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2012, 109 (39-43) S39/1-S39/8
25. Davydov, R.; Osborne, R. L.; Kim, S. H.; Dawson, J. H.; Hoffman, B. M. Biochemistry 2008, 47, 5147-5155
26. Li, F.; England, J.; Que, L. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 2134-2135
27. Meyer, T. J.; Huynh, M. H. V.; Thorp, H. H. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 5284-5304
28. Lyon, E. J.; Shima, S.; Buurman, G.; Chowdhuri, S.; Batschauer, A.; Steinbach, K.; Thauer, R. K. Eur. J. Biochem. 2004, 271, 195-204
29. Shiota, Y.; Juhasz, G.; Yoshizawa, K. Inorg. Chem. 2013, 52, 7907-7917
30. Baik, M.-H.; Gherman, B. F.; Friesner, R. A.; Lippard, S. J. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 14608-14615
31. Saito, K.; Rutherford, A. W.; Ishikita, H. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110 (954-959) S954/1-S954/4
32. Nicolet, Y.; Lemon, B. J.; Fontecilla-Camps, J. C.; Peters, J. W. Trends Biochem. Sci. 2000, 25, 138-143
33. Chang, C. J.; Loh, Z.-H.; Shi, C.; Anson, F. C.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 10013-10020
34. Madhiri, N.; Finklea, H. O. Langmuir 2006, 22, 10643-10651
35. Costentin, C. Chem. Rev. 2008, 108, 2145-2179
36. Heinze, K.; Marano, G.; Fischer, A. J. Inorg. Biochem. 2008, 102, 1199-1211
37. Costentin, C.; Robert, M.; Saveant, J.-M.; Teillout, A.-L. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009, 106 (11829-11836) S11829/1-S11829/5
38. Costentin, C.; Robert, M.; Saveant, J.-M.; Teillout, A.-L. ChemPhysChem 2009, 10, 191-198
39. Hammes-Schiffer, S. Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1881-1889
40. Hatay, I.; Su, B.; Li, F.; Mendez, M. A.; Khoury, T.; Gros, C. P.; Barbe, J.-M.; Ersoz, M.; Samec, Z.; Girault, H. H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 13453-13459
41. Lee, J. Y.; Lee, Y.-M.; Kotani, H.; Nam, W.; Fukuzumi, S. Chem. Commun. 2009, 704-706
42. Trammell, S. A.; Lebedev, N. J. Electroanal. Chem. 2009, 632, 127-132
43. Zhang, W.; Rosendahl, S. M.; Burgess, I. J. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 2738-2745
44. Albers, A.; Demeshko, S.; Dechert, S.; Saouma, C. T.; Mayer, J. M.; Meyer, F. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 3946-3954
45. Samanta, S.; Mittra, K.; Sengupta, K.; Chatterjee, S.; Dey, A. Inorg. Chem. 2013, 52, 1443-1453
46. Mittra, K.; Chatterjee, S.; Samanta, S.; Dey, A. Inorg. Chem. 2013, 52, 14317-14325
47. Matson, B. D.; Carver, C. T.; Von Ruden, A.; Yang, J. Y.; Raugei, S.; Mayer, J. M. Chem. Commun. 2012, 48, 11100-11102
48. Gelb, M. H.; Heimbrook, D. C.; Malkonen, P.; Sligar, S. G. Biochemistry 1982, 21, 370-7
49. Cha, Y.; Murray, C. J.; Klinman, J. P. Science 1989, 243, 1325-30
50. Aikens, J.; Sligar, S. G. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 1143-4
51. Nesheim, J. C.; Lipscomb, J. D. Biochemistry 1996, 35, 10240-10247
52. Rickert, K. W.; Klinman, J. P. Biochemistry 1999, 38, 12218-12228
53. Huynh, M. H. V.; Meyer, T. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2002, 41, 1395-1398
54. Chen, Z.; Vannucci, A. K.; Concepcion, J. J.; Jurss, J. W.; Meyer, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2011, 108 (E1461-E1469) SE1461/1-SE1461/12
55. Gregory, M. C.; Denisov, I. G.; Grinkova, Y. V.; Khatri, Y.; Sligar, S. G. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16245-16247
56. Damrauer, N. H.; Hodgkiss, J. M.; Rosenthal, J.; Nocera, D. G. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 6315-6321
57. Young, E. R.; Rosenthal, J.; Hodgkiss, J. M.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7678-7684
58. Huynh, M.-H. V.; White, P. S.; Meyer, T. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2000, 39, 4101-4104
59. Huynh, M. H. V.; Meyer, T. J.; White, P. S. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 4530-4531
60. Park, J.; Morimoto, Y.; Lee, Y.-M.; Nam, W.; Fukuzumi, S. Inorg. Chem. 2014, 53, 3618-3628
61. Nam, W. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 522-531
62. Oh, N. Y.; Suh, Y.; Park, M. J.; Seo, M. S.; Kim, J.; Nam, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 4235-4239
63. Rosenthal, J.; Nocera, D. G. Acc. Chem. Res. 2007, 40, 543-553
64. Makris, T. M.; von Koenig, K.; Schlichting, I.; Sligar, S. G. Biochemistry 2007, 46, 14129-14140
65. Bistolas, N.; Wollenberger, U.; Jung, C.; Scheller, F. W. Biosens. Bioelectron. 2005, 20, 2408-2423
66. Fruk, L.; Kuo, C.-H.; Torres, E.; Niemeyer, C. M. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 1550-1574
67. Ramanavicius, A.; Ramanaviciene, A. Fuel Cells 2009, 9, 25-36
68. Onoda, A.; Kakikura, Y.; Hayashi, T. Dalton Trans. 2013, 42, 16102-16107
69. Sengupta, K.; Chatterjee, S.; Mukherjee, S.; Dey, S. G.; Dey, A. Chem. Commun. 2014, 50, 3806-3809
70. Gewirth, A. A.; Thorum, M. S. Inorg. Chem. 2010, 49, 3557-3566
71. Samanta, S.; Sengupta, K.; Mittra, K.; Bandyopadhyay, S.; Dey, A. Chem. Commun. 2012, 48, 7631-7633
72. Sengupta, K.; Chatterjee, S.; Samanta, S.; Bandyopadhyay, S.; Dey, A. Inorg. Chem. 2013, 52, 2000-2014
73. Sengupta, K.; Chatterjee, S.; Samanta, S.; Dey, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013, 110, 8431-8436
74. Chatterjee, S.; Sengupta, K.; Samanta, S.; Das, P. K.; Dey, A. Inorg. Chem. 2013, 52, 9897-9907
75. Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Eleectrochemical Methods; J. Wiley: New York, 1980; p 300.
76. Wilhelm, E.; Battino, R.; Wilcock, R. J. Chem. Rev. 1977, 77, 219-262
77. Saveant, J.-M. Elements of Molecular and Biomolecular Electrochemistry; Wiley-Interscience: Hoboken, NJ, 2006.
78. Kobayashi, N.; Nishiyama, Y. J. Phys. Chem. 1985, 89, 1167-1170
79. Durand, R. R.; Bencosme, C. S.; Collman, J. P.; Anson, F. C. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 2710-2718
80. Samanta, S.; Das, P. K.; Chatterjee, S.; Sengupta, K.; Mondal, B.; Dey, A. Inorg. Chem. 2013, 52, 12963-12971
81. Tse, E. C. M.; Schilter, D.; Gray, D. L.; Rauchfuss, T. B.; Gewirth, A. A. Inorg. Chem. 2014, 53, 8505-8516
82. Boulatov, R.; Collman, J. P.; Shiryaeva, I. M.; Sunderland, C. J. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 11923-11935
83. Sengupta, K.; Chatterjee, S.; Samanta, S.; Dey, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2013, 110, 8431-8436
84. Burke, J. M.; Kincaid, J. R.; Peters, S.; Gagne, R. R.; Collman, J. P.; Spiro, T. G. J. Am. Chem. Soc. 1978, 100, 6083-6088
85. Vidossich, P.; Fiorin, G.; Alfonso-Prieto, M.; Derat, E.; Shaik, S.; Rovira, C. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 5161-5169
86. Chen, H.; Hirao, H.; Derat, E.; Schlichting, I.; Shaik, S. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 9490-9500
87. Niederhoffer, E. C.; Timmons, J. H.; Martell, A. E. Chem. Rev. 1984, 84, 137-203
88. Collman, J. P.; Brauman, J. I.; Iverson, B. L.; Sessler, J. L.; Morris, R. M.; Gibson, Q. H. J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 3052-3064
89. Mukherjee, S.; Bandyopadhyay, S.; Chatterjee, S.; Dey, A. Chem. Commun. 2014, 50, 12304-12307
90. Han, W.-G.; Lovell, T.; Noodleman, L. Inorg. Chem. 2002, 41, 205-218
91. Emerson, J. P.; Coulter, E. D.; Cabelli, D. E.; Phillips, R. S.; Kurtz, D. M., Jr. Biochemistry 2002, 41, 4348-4357
92. Huang, V. W.; Emerson, J. P.; Kurtz, D. M., Jr. Biochemistry 2007, 46, 11342-11351
93. Dey, A.; Jiang, Y.; Ortiz de Montellano, P.; Hodgson, K. O.; Hedman, B.; Solomon, E. I. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7869-7878
94. Roth, J. P.; Cramer, C. J. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 7802-7803
95. Shintaku, M.; Matsuura, K.; Yoshioka, S.; Takahashi, S.; Ishimori, K.; Morishima, I. J. Biol. Chem. 2005, 280, 40934-40938
96. Vidakovic, M.; Sligar, S. G.; Li, H.; Poulos, T. L. Biochemistry 1998, 37, 9211-9219
97. Gerber, N. C.; Sligar, S. G. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 8742-8743
98. Das, P. K.; Chatterjee, S.; Samanta, S.; Dey, A. Inorg. Chem. 2012, 51, 10704-10714
99. Bulovas, A.; Talaikyte, Z.; Niaura, G.; Kazemekaite, M.; Marcinkeviciene, L.; Bachmatova, I.; Meskys, R.; Razumas, V. Chemija 2007, 18, 9-15
100. Glasoe, P. K.; Long, F. A. J. Phys. Chem. 1960, 64, 188-90
101. Chowen, K. B.; Schowen, R. L. Methods Enzymol. 1982, 87, 551-606
102. Collman, J. P.; Devaraj, N. K.; Eberspacher, T. P. A.; Chidsey, C. E. D. Langmuir 2006, 22, 2457-2464
103. Zhang, Y.; Wilson, G. S. J. Electroanal. Chem. 1993, 345, 253-71
104. Hildebrandt, P.; Macor, K. A.; Czernuszewicz, R. S. J. Raman Spectrosc. 1988, 19, 65-69
105. Murgida, D. H.; Hildebrandt, P. Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 937-945
106. Sharma, B.; Frontiera, R. R.; Henry, A.-I.; Ringe, E.; Van Duyne, R. P. Mater. Today 2012, 15, 16-25