Iron Dioxygen Adduct Formed during Electrochemical Oxygen Reduction by Iron Porphyrins Shows Catalytic Heme Dioxygenase Reactivity

化学 加合物 催化作用 卟啉 铁质 血红素 氧化还原 光化学 电化学 无机化学 反应性(心理学) 药物化学 立体化学 有机化学 电极 物理化学 医学 替代医学 病理
作者
Soumya Samanta,Srijan Sengupta,Saptarshi Biswas,S. Ghosh,Sudip Barman,Abhishek Dey
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (48): 26477-26486 被引量:10
标识
DOI:10.1021/jacs.3c10980
摘要

Heme dioxygenases oxidize the indole ring of tryptophan to kynurenine which is the first step in the biosynthesis of several important biomolecules like NAD, xanthurenic acid, and picolinic acid. A ferrous heme dioxygen adduct (or FeIII–O2•–) is the oxidant, and both the atoms of O2 are inserted in the product and its catalytic function has been difficult to emulate as it is complicated by competing rapid reactions like auto-oxidation and/or formation of the μ-oxo dimer. In situ resonance Raman spectroscopy technique, SERRS-RDE, is used to probe the species accumulated during electrochemical ORR catalyzed by site-isolated imidazole-bound iron porphyrin installed on a self-assembled monolayer covered electrode. These in situ SERRS-RDE data using labeled O2 show that indeed a FeIII–O2•– species accumulate on the electrode during ORR between −0.05 and −0.30 V versus Ag/AgCl (satd. KCl) and is reduced by proton coupled electron transfer to a FeIII–OOH species which, on the other hand, builds up on the electrode between −0.20 and −0.40 V versus Ag/AgCl (satd. KCl). This FeIII–OOH species then gives way to a FeIV═O species, which accumulates at −0.50 V versus Ag/AgCl (satd. KCl). When 2,3-dimethylindole is present in the solution and the applied potential is held in the range where FeIII–O2•– species accumulate, it gets oxidized to N-(2-acetylphenyl)acetamide retaining both the oxygens from O2 mimicking the reaction of heme dioxygenases. Turnover numbers more than 104 are recorded, establishing this imidazole-bound ferrous porphyrin as a functional model of heme dioxygenases.
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