Oxidative properties of FeO2+: electronic structure and solvation effects‡

文献情報

出版日 2006-11-28
DOI 10.1039/B613182D
インパクトファクター 3.676
著者

Manuel J. Louwerse, Evert Jan Baerends


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要旨

An electronic structure analysis is provided of the action of solvated FeO2+, [FeO(H2O)5]2+, as a hydroxylation catalyst. It is emphasized that the oxo end of FeO2+ does not form hydrogen bonds (as electron donor and H-bond acceptor) with H-bond donors nor with aliphatic C–H bonds, but it activates C–H bonds as an electron acceptor. It is extremely electrophilic, to the extent that it can activate even such poor electron donors as aliphatic C–H bonds, the C–H bond orbital acting as electron donor in a charge transfer type of interaction. Lower lying O–H bonding orbitals are less easily activated. The primary electron accepting orbital in a water environment is the 3σ*α orbital, an antibonding combination of Fe-3dz2 and O-2pz, which is very low-lying relative to the π*α compared with, for example, the σ* orbital in O2 relative to its π*. This is ascribed to relatively small Fe-3dz2 with O-2pz overlap, due to the nodal structure of the 3dz2.The H-abstraction barrier is very low in the gas phase, but it is considerably enhanced in water solvent. This is shown to be due to strong screening effects of the dielectric medium, leading to relative destabilization of the levels of the charged [FeO(H2O)5]2+ species compared to those of the neutral substrate molecules, making it a less effective electron acceptor. The solvent directly affects the orbital interactions responsible for the catalytic reaction.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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