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Strong Inhibition of O-Atom Transfer Reactivity for MnIV(O)(π-Radical-Cation)(Lewis Acid) versus MnV(O) Porphyrinoid Complexes

Department of Chemistry, The Johns Hopkins University, 3400 North Charles Street, Baltimore, Maryland 21218, United States
J. Am. Chem. Soc., Article ASAP
DOI: 10.1021/jacs.5b00875
Publication Date (Web): May 12, 2015
Copyright © 2015 American Chemical Society

Abstract

Abstract Image
The oxygen atom transfer (OAT) reactivity of two valence tautomers of a MnV(O) porphyrinoid complex was compared. The OAT kinetics of MnV(O)(TBP8Cz) (TBP8Cz = octakis(p-tert-butylphenyl)corrolazinato3–) reacting with a series of triarylphosphine (PAr3) substrates were monitored by stopped-flow UV–vis spectroscopy, and revealed second-order rate constants ranging from 16(1) to 1.43(6) × 104 M–1 s–1. Characterization of the OAT transition state analogues MnIII(OPPh3)(TBP8Cz) and MnIII(OP(o-tolyl)3)(TBP8Cz) was carried out by single-crystal X-ray diffraction (XRD). A valence tautomer of the closed-shell MnV(O)(TBP8Cz) can be stabilized by the addition of Lewis and Brønsted acids, resulting in the open-shell MnIV(O)(TBP8Cz+):LA (LA = ZnII, B(C6F5)3, H+) complexes. These MnIV(O)(π-radical-cation) derivatives exhibit dramatically inhibited rates of OAT with the PAr3 substrates (k = 8.5(2) × 10–3 – 8.7 M–1 s–1), contrasting the previously observed rate increase of H-atom transfer (HAT) for MnIV(O)(TBP8Cz+):LA with phenols. A Hammett analysis showed that the OAT reactivity for MnIV(O)(TBP8Cz+):LA is influenced by the Lewis acid strength. Spectral redox titration of MnIV(O)(TBP8Cz•+):ZnII gives Ered = 0.69 V vs SCE, which is nearly +700 mV above its valence tautomer MnV(O)(TBP8Cz) (Ered = −0.05 V). These data suggest that the two-electronelectrophilicity of the Mn(O) valence tautomers dominate OAT reactivity and do not follow the trend in one-electron redox potentials, which appear to dominate HAT reactivity. This study provides new fundamental insights regarding the relative OAT and HAT reactivity of valence tautomers such as MV(O)(porph) versus MIV(O)(porph•+) (M = Mn or Fe) found in heme enzymes.

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