Triplet Oxygen Evolution Catalyzed by a Biomimetic Oxomanganese Complex: Functional Role of the Carboxylate Buffer

ACS Catalysis

Volumn 5, Issue 4, 2015, Pages 2384-2390

  Rivalta, Ivan ^a,b   Yang, Ke R ^a   Brudvig, Gary W ^a   Batista, Victor S ^a  

^a YALE UNIVERSITY   (United States)

^b UNIVERSITÉ DE LYON   (France)

Author keywords

acid base cofactors; artificial photosynthesis; biomimetic oxomanganese complexes; O O bond formation; water oxidation

Indexed keywords

BIOMIMETICS; CARBOXYLATION; CATALYSIS; DIMERS; LIGANDS; MANGANESE; MOLECULES; OXYGEN; PHOTOSYNTHESIS; REDOX REACTIONS; VOLATILE FATTY ACIDS;

ARTIFICIAL PHOTOSYNTHESIS; BOND FORMATION; CATALYTIC OXYGEN EVOLUTION; COFACTORS; COMPUTATIONAL STUDIES; NUCLEOPHILIC ATTACK; THYLAKOID MEMBRANES; WATER OXIDATION;

MANGANESE REMOVAL (WATER TREATMENT);

EID: 84927130158     PISSN: 21555435     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acscatal.5b00048     Document Type: Article

References (60)

1. Joliot, P.; Barbieri, G.; Chabaud, R. Photochem. Photobiol. 1969, 10, 309 - 329 10.1111/j.1751-1097.1969.tb05696.x
2. Kok, B.; Forbush, B.; McGloin, M. Photochem. Photobiol. 1970, 11, 457 - 475 10.1111/j.1751-1097.1970.tb06017.x
3. Umena, Y.; Kawakami, K.; Shen, J.-R.; Kamiya, N. Nature 2011, 473, 55 - 60 10.1038/nature09913
4. Luber, S.; Rivalta, I.; Umena, Y.; Kawakami, K.; Shen, J.-R.; Kamiya, N.; Brudvig, G. W.; Batista, V. S. Biochemstry 2011, 50, 6308 - 6311 10.1021/bi200681q
5. Rivalta, I.; Amin, M.; Luber, S.; Vassiliev, S.; Pokhrel, R.; Umena, Y.; Kawakami, K.; Shen, J.-R.; Kamiya, N.; Bruce, D.; Brudvig, G. W.; Gunner, M. R.; Batista, V. S. Biochemistry 2011, 50, 6312 - 6315 10.1021/bi200685w
6. Ames, W.; Pantazis, D. A.; Krewald, V.; Cox, N.; Messinger, J.; Lubitz, W.; Neese, F. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 19743 - 19757 10.1021/ja2041805
7. Yamanaka, S.; Isobe, H.; Kanda, K.; Saito, T.; Umena, Y.; Kawakami, K.; Shen, J. R.; Kamiya, N.; Okumura, M.; Nakamura, H.; Yamaguchi, K. Chem. Phys. Lett. 2011, 511, 138 - 145 10.1016/j.cplett.2011.06.021
8. Saito, K.; Shen, J.-R.; Ishida, T.; Ishikita, H. Biochemistry 2011, 50, 9836 - 9844 10.1021/bi201366j
9. Askerka, M.; Wang, J.; Brudvig, G. W.; Batista, V. S. Biochemistry 2014, 53, 6860 - 6862 10.1021/bi5011915
10. Dilbeck, P. L.; Hwang, H. J.; Zaharieva, I.; Gerencser, L.; Dau, H.; Burnap, R. L. Biochemistry 2012, 51, 1079 - 1091 10.1021/bi201659f
11. Pecoraro, V. L.; Baldwin, M. J.; Caudle, M. T.; Hsieh, W. Y.; Law, N. A. Pure Appl. Chem. 1998, 70, 925 - 929 10.1351/pac199870040925
12. Ferreira, K. N.; Iverson, T. M.; Maghlaoui, K.; Barber, J.; Iwata, S. Science 2004, 303, 1831 - 1838 10.1126/science.1093087
13. Limburg, J.; Szalai, V. A.; Brudvig, G. W. J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1999, 1353 - 1361 10.1039/a807583b
14. Vrettos, J. S.; Limburg, J.; Brudvig, G. W. Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 2001, 1503, 229 - 245 10.1016/S0005-2728(00)00214-0
15. Messinger, J.; Badger, M.; Wydrzynski, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1995, 92, 3209 - 3213 10.1073/pnas.92.8.3209
16. Sproviero, E. M.; Gascon, J. A.; McEvoy, J. P.; Brudvig, G. W.; Batista, V. S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 3428 - 3442 10.1021/ja076130q
17. Sproviero, E. M.; Gascon, J. A.; McEvoy, J. P.; Brudvig, G. W.; Batista, V. S. Coord. Chem. Rev. 2008, 252, 395 - 415 10.1016/j.ccr.2007.09.006
18. Lundberg, M.; Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M. Inorg. Chem. 2004, 43, 264 - 274 10.1021/ic0348188
19. Lundberg, M.; Siegbahn, P. E. M. Chem. Phys. Lett. 2005, 401, 347 - 351 10.1016/j.cplett.2004.11.068
20. Sameera, W. M. C.; McKenzie, C. J.; McGrady, J. E. Dalton Trans. 2011, 40, 3859 - 3870 10.1039/c0dt01362e
21. Siegbahn, P. E. M. Inorg. Chem. 2008, 47, 1779 - 1786 10.1021/ic7012057
22. Siegbahn, P. E. M. Chem.-Eur. J. 2008, 14, 8290 - 8302 10.1002/chem.200800445
23. Ruettinger, W.; Yagi, M.; Wolf, K.; Bernasek, S.; Dismukes, G. C. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 10353 - 10357 10.1021/ja0005587
24. Poluektov, O.; Paschenko, S.; Utschig, L.; Lakshmi, K.; Thurnauer, M. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 11910 - 11911 10.1021/ja053315t
25. Poulsen, A. K.; Rompel, A.; McKenzie, C. J. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 6916 - 6920 10.1002/anie.200502114
26. Wiechen, M.; Berends, H. M.; Kurz, P. Dalton Trans. 2012, 41, 21 - 31 10.1039/C1DT11537E
27. Cady, C. W.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Coord. Chem. Rev. 2008, 252, 444 - 455 10.1016/j.ccr.2007.06.002
28. Cady, C. W.; Shinopoulos, K. E.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Dalton Trans. 2010, 39, 3985 - 3989 10.1039/b922087a
29. Tagore, R.; Chen, H. Y.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 9457 - 9465 10.1021/ja061348i
30. Wang, T.; Brudvig, G.; Batista, V. S. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 755 - 760 10.1021/ct900615b
31. Wang, T.; Brudvig, G. W.; Batista, V. S. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 2395 - 2401 10.1021/ct1002658
32. Luo, S.; Rivalta, I.; Batista, V.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2, 2629 - 2633 10.1021/jz201077n
33. Amin, M.; Vogt, L.; Vassiliev, S.; Rivalta, I.; Sultan, M. M.; Bruce, D.; Brudvig, G. W.; Batista, V. S.; Gunner, M. R. J. Phys. Chem. B 2013, 117, 6217 - 6226 10.1021/jp403321b
34. Limburg, J.; Vrettos, J. S.; Liable-Sands, L. M.; Rheingold, A. L.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. Science 1999, 283, 1524 - 1527 10.1126/science.283.5407.1524
35. Limburg, J.; Vrettos, J. S.; Chen, H. Y.; de Paula, J. C.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 423 - 430 10.1021/ja001090a
36. Yagi, M.; Narita, K. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 8084 - 8085 10.1021/ja039780c
37. Narita, K.; Kuwabara, T.; Sone, K.; Shimizu, K.-i.; Yagi, M. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 23107 - 23114 10.1021/jp063679n
38. Li, G.; Sproviero, E. M.; McNamara, W. R.; Snoeberger, R. C., III; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W.; Batista, V. S. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 14214 - 14222 10.1021/jp908925z
39. Li, G.; Sproviero, E. M.; Snoeberger, R. C., III; Iguchi, N.; Blakemore, J. D.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W.; Batista, V. S. Energy Environ. Sci. 2009, 2, 230 - 238 10.1039/b818708h
40. McNamara, W. R.; Snoeberger, R. C.; Li, G.; Schleicher, J. M.; Cady, C. W.; Poyatos, M.; Schmuttenmaer, C. A.; Crabtree, R. H.; Brudvig, G. W.; Batista, V. S. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 14329 - 14338 10.1021/ja805498w
41. Busch, M.; Ahlberg, E.; Panas, I. Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 15069 - 15076 10.1039/c0cp02132f
42. Siegbahn, P.; Heiberg, A.; Roos, B. O.; Levy, B. Phys. Scr. 1980, 21, 323 - 327 10.1088/0031-8949/21/3-4/014
43. Roos, B. O.; Taylor, P. R.; Sigbahn, P. E. M. Chem. Phys. 1980, 48, 157 - 173 10.1016/0301-0104(80)80045-0
44. Andersson, K.; Malmquvist, P.-Å.; Roos, B. O.; Sadlej, A. J.; Wolinski, K. J. Phys. Chem. 1990, 94, 5483 - 5488 10.1021/j100377a012
45. Andersson, K.; Malmqvist, P.-Å.; Roos, B. r. O. J. Chem. Phys. 1992, 96, 1218 - 1226 10.1063/1.462209
46. Noodleman, L.; Davidson, E. R. Chem. Phys. 1986, 109, 131 - 143 10.1016/0301-0104(86)80192-6
47. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, J. A., Jr.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, J. M.; Klene, M.; Knox, J. E.; 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.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, Ö.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian 09, Revision C; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2009.
48. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648 - 5652 10.1063/1.464913
49. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785 - 789 10.1103/PhysRevB.37.785
50. Hay, P. J.; Wadt, W. R. J. Chem. Phys. 1985, 82, 299 - 310 10.1063/1.448975
51. Dunning, T. H. J. Chem. Phys. 1989, 90, 1007 - 1023 10.1063/1.456153
52. Kendall, R. A.; Dunning, T. H.; Harrison, R. J. J. Chem. Phys. 1992, 96, 6796 - 6806 10.1063/1.462569
53. Woon, D. E.; Dunning, T. H. J. Chem. Phys. 1993, 98, 1358 - 1371 10.1063/1.464303
54. Milikisiyants, S.; Chatterjee, R.; Lakshmi, K. V. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 12220 - 12229 10.1021/jp205629g
55. Campbell, M. L.; Waite, B. A. J. Chem. Educ. 1990, 67, 386 - 388 10.1021/ed067p386
56. Chen, Z.; Concepcion, J. J.; Hu, X.; Yang, W.; Hoertz, P. G.; Meyer, T. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2010, 107, 7225 - 7229 10.1073/pnas.1001132107
57. Fecenko, C. J.; Thorp, H. H.; Meyer, T. J. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 15098 - 15099 10.1021/ja072558d
58. Surendranath, Y.; Kanan, M. W.; Nocera, D. G. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 16501 - 16509 10.1021/ja106102b
59. Costentin, C.; Donati, L.; Robert, M. Chem.-Eur. J. 2009, 15, 785 - 792 10.1002/chem.200801240
60. Cramer, C. J.; Tolman, W. B.; Theopold, K. H.; Rheingold, A. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2003, 100, 3635 - 3640 10.1073/pnas.0535926100