Second-coordination-sphere and electronic effects enhance iridium(iii)-catalyzed homogeneous hydrogenation of carbon dioxide in water near ambient temperature and pressure

异构化 催化作用 化学 协调球 配体(生物化学) 同种类的 电子效应 联吡啶 均相催化 光化学 无机化学 有机化学 分子 热力学 受体 物理 晶体结构 生物化学
作者
Wan‐Hui Wang,Jonathan F. Hull,James T. Muckerman,Etsuko Fujita,Yuichiro Himeda
出处
期刊:Energy and Environmental Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:5 (7): 7923-7923 被引量:240
标识
DOI:10.1039/c2ee21888g
摘要

A new series of water soluble Ir(III) catalysts has been designed and synthesized to determine the catalyst ligand's role in activating CO2 through electronic and second-coordination-sphere effects for the homogeneous catalytic hydrogenation of CO2. We report high catalytic hydrogenation activity of [Cp*Ir(6,6′-R2-bpy)(OH2)]SO4 (bpy = 2,2′-bipyridine, R = OH) at ambient temperatures and pressures. Good correlation between the ligand substituents' Hammett parameters, which we varied by synthesizing ligands and catalysts substituted with R = H, Me, OMe and OH, and catalytic hydrogenation rates clearly illustrates the importance of electronic effects. Remarkably, additional rate enhancements are consistently observed when substituents are moved from 4,4′ positions to 6,6′ positions on 2,2′-bipyridine. Combined DFT calculations and NMR experiments suggest that the origin of these effects lies in the pendent base-aided heterolysis of H2, which significantly lowers the transition state energy. These studies are significant in elucidating new design principles for CO2 hydrogenation that lead to superior catalytic activity.

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