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XAFS and DFT Characterisation of Protonated Reduced Fe Hydrogenase Analogues and Their Implications for Electrocatalytic Proton Reduction

化学 质子化 配体(生物化学) 粘结长度 X射线吸收精细结构 密度泛函理论 结晶学 质子 反式效应 反应速率常数 氢化酶 计算化学 立体化学 催化作用 晶体结构 动力学 光谱学 有机化学 离子 物理 受体 量子力学 生物化学
作者
Mun Hon Cheah,Stephen P. Best
出处
期刊:European Journal of Inorganic Chemistry [Wiley]
卷期号:2011 (7): 1128-1137 被引量:15
标识
DOI:10.1002/ejic.201001099
摘要

Abstract The relationship between the structures of reduced, protonated diiron compounds relevant to the diiron subsite of the Fe‐hydrogenase H cluster, [2Fe] H , and the rate of electrocatalytic proton reduction is explored by a combination of experimental and computational approaches. Analysis of the X‐ray absorption fine structure (XAFS) of the two‐electron, two‐proton product of [Fe(CO) 3 ] 2 (μ‐PPh 2 ) 2 ( DP ) shows distortions of the primary coordination environment of the Fe centre that result from the trans influence of the terminally bound hydrido ligand. The difference in Fe–C(O) bond lengths for the CO groups cis and trans to the hydrido ligand is similarly predicted by density functional theory, although there is relatively poor agreement between the magnitude of the difference obtained by XAFS and DFT methods. The calculated energies of the cis and trans stereoisomers of DP ‐H 2 with both hydrido ligands normal to the FeP2 plane (axial:axial) are within 0.5 kcal mol –1 of each other and lower, by approximately 4.5 kcal mol –1 , than those of the axial:equatorial isomer. Similar trends in the relative energies are found for the hydrido forms of [Fe(CO) 3 ] 2 [μ‐PhP(CH 2 ) 3 PPh] ( 3P ). The rates of dihydrogen elimination from 3P ‐H 2 and analogues with ethanedithiolate and propanedithiolate bridging ligands ( 2S ‐H 2 and 3S ‐H 2 ) have been re‐evaluated by using recent DFT calculations of equilibrium constants and reduction potentials. The rate constants 4–8, 2–7 and 1.5–4 s –1 for dihydrogen elimination from the two‐electron, two‐proton analogues of 2S , 3S and 3P , respectively, for reactions conducted with p ‐toluenesulfonic acid fall within a narrow range and are consistent with reactions following a similar path but inconsistent with the different transition states proposed for dihydrogen elimination from 2S ‐H 2 and 3S ‐H 2 .

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