Characterization of the Bridged Hyponitrite Complex {[Fe(OEP)]2(μ-N2O2)}: Reactivity of Hyponitrite Complexes and Biological Relevance

Timothy C. Berto †, Nan Xu ‡, Se Ryeon Lee †,Anne J. McNeil †, E. Ercan Alp §, Jiyong Zhao §,George B. Richter-Addo *‡, and Nicolai Lehnert *†

† Department of Chemistry and Department of Biophysics, University of Michigan, 930 N. University Avenue, Ann Arbor, Michigan 48109, United States

‡ Department of Chemistry and Biochemistry, University of Oklahoma, 101 Stephenson Parkway, Norman, Oklahoma 73019, United States

§ Argonne National Laboratory, APS/XFD, 431/D003, Argonne, Illinois 60439, United States

Inorg. Chem., Article ASAP

DOI: 10.1021/ic5002573

Publication Date (Web): June 27, 2014

*E-mail: grichteraddo@ou.edu., *E-mail: lehnertn@umich.edu.

Synopsis

The model complex {[Fe(OEP)]2(μ-N2O2)} offers a unique opportunity to study the electronic structure and reactivity of hyponitrite-bridged diiron complexes. The ground state of this complex is best described as having two intermediate-spin (S = 3/2) iron centers that are weakly antiferromagnetically coupled. The complex decomposes over time in solution to yield [Fe(OEP)(NO)]. The biological significance of this reaction for nitric oxide reductases is discussed.

Section:

Inorganic Chemicals and Reactions

Abstract

The detoxification of nitric oxide (NO) by bacterial NO reductase (NorBC) represents a paradigm of how NO can be detoxified anaerobically in cells. In order to elucidate the mechanism of this enzyme, model complexes provide a convenient means to assess potential reaction intermediates. In particular, there have been many proposed mechanisms that invoke the formation of a hyponitrite bridge between the heme b3 and nonheme iron (FeB) centers within the NorBC active site. However, the reactivity of bridged iron hyponitrite complexes has not been investigated much in the literature. The model complex {[Fe(OEP)]2(μ-N2O2)} offers a unique opportunity to study the electronic structure and reactivity of such a hyponitrite-bridged complex. Here we report the detailed characterization of {[Fe(OEP)]2(μ-N2O2)} using a combination of IR, nuclear resonance vibrational spectroscopy, electron paramagnetic resonance, and magnetic circular dichroism spectroscopy along with SQUID magnetometry. These results show that the ground-state electronic structure of this complex is best described as having two intermediate-spin (S = 3/2) iron centers that are weakly antiferromagnetically coupled across the N2O22– bridge. The analogous complex {[Fe(PPDME)]2(μ-N2O2)} shows overall similar properties. Finally, we report the unexpected reaction of {[Fe(OEP)]2(μ-N2O2)} in the presence and absence of 1-methylimidizole to yield [Fe(OEP)(NO)]. Density functional theory calculations are used to rationalize why {[Fe(OEP)]2(μ-N2O2)} cannot be formed directly by dimerization of [Fe(OEP)(NO)] and why only the reverse reaction is observed experimentally. These results thus provide insight into the general reactivity of hyponitrite-bridged iron complexes with general relevance for the N–N bond-forming step in NorBC.

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雑誌会（200115）回答_藤田

Ligand Redox Noninnocence in [Co III (TAML)] 0/– Complexes Affects Nitrene Formation Nicolaas P. van Leest, Martijn A. Tepaske, Jean-Pierre H. Oudsen, Bas Venderbosch, Niels R. Rietdijk, Maxime A. Siegler, Moniek Tromp, Jarl Ivar van der Vlugt, and Bas de Bruin DOI: 10.1021/jacs.9b11715 J . Am. Chem. Soc. ASAP 訂正雑誌会スライド８、９枚目の [Co III (TAML sq )] – の有効磁気モーメントの数値が [Co III (TAML red )] – のものになっていましたので、訂正致します。誤： µ eff = 2.94 µ B ( S =1/2) 正： µ eff = 1.88 µ B ( S =1/2) Evans 法 NMR によって常磁性化合物の磁化率を求める方法。以下の式1– 5によって磁化率、有効磁気モーメントおよびスピン量子数 S が得られる。以下は Supporting Information の記述である。 1. 常磁性種、内部標準を含んだ溶液を入れた NMR チューブの中に、内部標準だけを含んだ溶液を入れたキャピラリーを入れ、 NMR を測定する。 2. 内部標準のピークのシフト幅 Δν から磁化率 χ (cm 3 g -1 )を計算する（式１）。 1 (ν 0 : 共鳴周波数、 c : 常磁性種の濃度、 M : 常磁性種のモル質量 ) 3. 磁化率 χ に M を掛けることで、モル磁化率 χ M (cm 3 mol -1 )を計算する（式２）。 4. χ M から反磁性種のモル磁化率 χ Dia M を差し引いて常磁性種の正味のモル磁化率 χ P M を計算する（式３） 2 。 5. 得られた χ P M を式４に代入して有効磁気モーメントを

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