Iron‐Catalyzed Water Oxidation: O–O Bond Formation via Intramolecular Oxo–Oxo Interaction

异构化 分子内力 催化作用 部分 化学 亲核细胞 配体(生物化学) 结晶学 氧化态 立体化学 药物化学 亲核加成 光化学 有机化学 生物化学 受体
作者
Hongtao Zhang,Xiaojun Su,Fusheng Xie,Rong‐Zhen Liao,Ming‐Tian Zhang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:133 (22): 12575-12582 被引量:4
标识
DOI:10.1002/ange.202100060
摘要

Abstract Herein, we report the importance of structure regulation on the O−O bond formation process in binuclear iron catalysts. Three complexes, [Fe 2 (μ‐O)(OH 2 ) 2 (TPA) 2 ] 4+ ( 1 ), [Fe 2 (μ‐O)(OH 2 ) 2 (6‐HPA)] 4+ ( 2 ) and [Fe 2 (μ‐O)(OH 2 ) 2 (BPMAN)] 4+ ( 3 ), have been designed as electrocatalysts for water oxidation in 0.1 M NaHCO 3 solution (pH 8.4). We found that 1 and 2 are molecular catalysts and that O−O bond formation proceeds via oxo–oxo coupling rather than by the water nucleophilic attack (WNA) pathway. In contrast, complex 3 displays negligible catalytic activity. DFT calculations suggested that the anti to syn isomerization of the two high‐valent Fe=O moieties in these catalysts takes place via the axial rotation of one Fe=O unit around the Fe‐O‐Fe center. This is followed by the O−O bond formation via an oxo–oxo coupling pathway at the Fe IV Fe IV state or via oxo–oxyl coupling pathway at the Fe IV Fe V state. Importantly, the rigid BPMAN ligand in complex 3 limits the anti to syn isomerization and axial rotation of the Fe=O moiety, which accounts for the negligible catalytic activity.
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