Henry Taube Nobel Lecture



Yüklə 292,61 Kb.
Pdf görüntüsü
səhifə9/9
tarix25.05.2018
ölçüsü292,61 Kb.
#45676
1   2   3   4   5   6   7   8   9

136 

Chemistry  1983

absorption  confers  on  Prussian  Blue  its  characteristic  blue  color.  The  interva-

lence  absorption  is  at  longer  wave  length  for  species  I  than  for  Prussian  Blue

because  the  two  iron  sites  in  the  latter  are  not  substitutionally  equivalent.  This

leads  to  a  ground  state  energy  difference  which  is  then  added  to  that  associated

with  the  Franck-Condon  barrier  when  the  process  is  induced  by  a  quantum  of

light.

One  of  my  main  interests  in  the  field  of  mixed  valence  molecules  has  been  to



explore  and  to  try  to  understand  the  energetics  of  the  systems.  I  will  illustrate

by  a  single  example  the  kind  of  conclusion  which  we  have  reached  in  pursuing

these  interests  and  where  we  have  relied  on  theory  introduced  into  the  field  by

Hush  (85),  by  Mulliken  (90),  and  for  the  correlation  of  extent  of  electron

delocalization  with  electronic  structure,  Mayoh  and  Day  (91),  and  choose  for

illustration  the  localized  mixed  valence  molecule  (92)

The  stability  conferred  on  the  ground  state  of  the  molecule  by  charge  delocali-

zation is only of the order of 50 cal, far below the upper limit of 5 

× 10



cal set by



the  electrochemical  results,  which  measure  the  total  stabilization  of  the  mixed

valent  compared  to  the  isovalent  state.  When  the  nuclear  coordinates  about

each  center  are  adjusted  so  that  the  Franck-Condon  condition  is  met,  the

energy  separating  the  bonding  and  anti-bonding  states  which  arise  from  elec-

tron  delocalization  is  calculated  as  2.2  kcal  (93).  This  is  taken  to  be  sufficient  to

ensure  adiabatic  transfer  (94) in  agreement  with  the  conclusion  reached  in  the

course  of  studying  intramolecular  electron  transfer  in  Co(III)-Ru(II)  systems

with  4,4’-bipyridine  and  related  molecules  as  bridging  ligands  (76).  If  electron

transfer  is  assumed  to  be  adiabatic,  the  specific  rate  for  intramolecular  electron

transfer  is  calculated  as  3 

×  10



s



-1

, in  reasonable  agreement  with  an  estimate

( l . 6

× 1 0


8

s

- 1



) reached  from  measurements  of  intermolecular  electron  transfer

rates  for  pyrinedinepentaammineruthenium  species  (95).

Mixed  valence  molecules  have  been  prepared  (96)  which  are  delocalized

even  though  the  bridging  group  is  so  large  that  direct  metal-to-metal  orbital

overlap  cannot  be  responsible  for  the  delocalization.  These  have  remarkably

interesting  properties  in  their  own  right,  and  are  the  subject  of  current  studies

(97).

CONCLUDING  REMARKS



In  this  paper  I  have  focussed  rather  narrowly  on  electron  transfer  reactions

between  metal  complexes.  The  separation  of  this  subclass  from  other  possible

ones  which  can  be  assembled  from  the  reactant  categories:  metal  complexes,

organic  molecules  (98) molecules  derived  from  other  non-metallic  elements,

any  of  the  above  in  excited  states  (99,  100),  electrodes,  is  not  totally  arbitrary  as

it  might  be  were  it  dictated  solely  by  limitations  of  space.  Admittedly,  all  the

possible  electron  transfer  processes  are  governed  by  the  same  principles,  at

least  when  these  are  stated  in  a  general  enough  way.  But  as  these  principles




H.  Taube

137


manifest  themselves  in  the  different  subclasses,  the  descriptive  chemistry  can

be  quite  different,  and  these  differences  are  the  fabric  of  chemistry.  The

subclass  which  has  been  treated  has  perhaps  been  the  most  thoroughly  studied,

yet,  as  the  article  by  Sutin  shows  (36),  our  understanding  at  a  basic  level  is  far

from  complete.  Even  for  the  much  studied  Fe

3+

/Fe



2+ 

self  exchange  reaction,

which  served  to  introduce  this  subject,  the  important  question  of  whether  the

reaction  is  adiabatic  or  not  has  not  been  settled  to  everyone’s  satisfaction.  Still

a  great  deal  of  progress  has  been  made.  The  descriptive  matter  has  increased

enormously  since  1940,  and  our  understanding  of  it,  both  in  scope  and  depth,

has  more  than  kept  pace  with  observations.  A  great  deal  of  progress  has  also

been  made  in  many  of  the  other  subclasses  -  for  example  in  the  study  of

electrode  processes,  and  in  “atom  transfer”  reactions  (as  a  specific  case  the  use

of  transition  metal  species  to  carry  the  oxidizing  capacity  of  O

to  a  substrate



such  as  an  organic  molecule).

Both  are  of  the  greatest  importance  in  industrial  applications,  and  the  latter

also  in  reaching  an  understanding  of  the  chemistry  of  living  cells.  Because  the

subclasses  are  interrelated,  progress  in  one  leads  to  progress  in  another.

ACKNOWLEDGEMENT

Many  of  the  co-workers  who  have  contributed  to  progress  in  the  subject  of  this

article  are  cited  in  the  references,  and  this  is  an  implicit  acknowledgment  of

their  contributions.  Because  this  account  is  incomplete,  others  who  have  contri-

buted  directly  to  this  work  have  not  been  cited,  nor  still  others  who  have  had

interests  that  are  not  reflected  in  the  account  I  have  given.  I  am  grateful  to

them all for the help they have given, and for what I have learned in the course

of  working  with  them.  The  nature  of  the  contributions  made  by  my  co-workers

is  not  evident  either  from  the  acknowledgment  I  have  made,  nor  from  my

expression  of  gratitude. I  need  to  add  that  I  have  always  relied  on  the

independence  of  my  co-workers  and  to  a  large  extent  my  contribution  to  the

effort  has  been  that  of  maintaining  continuity.

I  also  wish  to  acknowledge  financial  support  of  my  research  by  the  agencies

of  the  U.  S.  Government,  beginning  with  the  Office  of  Naval  Research  in  about

1950.  Later,  I  derived  partial  support  from  the  U.  S.  Atomic  Energy  Commis-

sion,  and  still  later  from  the  National  Science  Foundation  and  the  National

Institutes  of  Health  (General  Medical  Sciences).  The  Petroleum  Research

Fund  of  the  American  Chemical  Society  has  also  been  a  source  of  research

support.



138

Chemistry  1983

REFERENCES

with  the  specific  rates  of  the  component  “self  exchange”  reactions  Fe

Allowance  is  made  in  the  equation  for  the  effect  of  driving  force  on  the  rate.

(6)  Dodson,  R.  W.,  J.  Am  Chem.  Soc.  (1950)  72,  3315.

(7)  Silverman,  J.;  Dodson,  R.  W.,  J.  Phys,  Chem.  (1952)  56,  846.

(8)  Lewis,  W.  B.;  Coryell,  C.  D.;  Irvine,  S.  W.,  Jr.  J.  Chem.  Soc.  (1949)  S386.

(9)  The  descriptor  “inner  sphere ” is  used  for  a  reaction  in  which  oxidant  and  reductant  metal

centers  are  linked  through  primary  bonds  to  a  bridging  group.  In  the  early  work  it  was

assumed  that  the  bridging  group  would  play  a  special  role  in  the  electron  transfer  reaction.  In

more  recent  work  on  intramolecular  transfer  (vida  infra)  examples  have  been  found  ofsystems

in  which  the  bridging  group  seems  to  serve  only  to  hold  the  two  partners  together.  “Inner

sphere”  or  “outer  sphere”?

(10)  Holstein,  T.,  J.  Phys,  Chem.  (1956)  56,  832.

(11)  Libby,  W.  F.,  J.  Phys.  Chem.  (1956)  56,  863.

(12)  As  a  historical  note,  I  wish  to  add  that  James  Franck  was  very  much  interested  in  electron

transfer  in  chemical  reactions  and  fully  appreciated  the  importance  of  keeping  the  Franck-

Condon  restriction  in  mind  in  trying  to  understand  the  observations

(13)  Brown,  H.  C.,  discussion  of  the  paper  of  ref.  11,  p  868.

(14)  Libby,  W.  F.,  discussion  following  the  paper  of  ref.  11,  p  866.  See  also  Brown,  H.  C.,

discussion  following  paper  of  ref.  7,  p  852.

(15)  Dodson,  R.  W.;  Davidson,  N.,  discussion  following  the  paper  of  ref.  11,  p  866.

(16)  Taube,  H.;  Myers,  H.;  Rich,  R.  L.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1953)  7.5,  4118.

(17)  Taube,  H.;  Myers,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1954)  26,  2103.

(18)  Taube,  H.,  Chem.  Rev.  (1952)  50,  69.

(19)  The  subject  of  ionic  hydration  is  brought  up  to  date  in  an  article  by  J.  P.  Hunt  and  H.  L.

Friedman,  p  359,  ref  1.

(20)  Bjerrum,  J.;  Paulsen,  K.,  Nature  (1952)  169,  463.

(21)  Eigen,  M.,  Faraday  Soc.  Discussions,  (1954)  No.  17,  p  1.

(22)  Bjerrum,  J.,  Z.  Physik.  Chem.  (1907)  59,  336,  581;  Z.  Anorg.  Allgem.  Chem.  (1921)  119,  179.

(23)  Hunt,  J.  P.;  Taube,  H.,  J.  Chem,  Phys.  (1950)  18,  757;  ibid  (1951)  19,  602.

(24)  Meredith,  C.  W.,  U.  S.  Atomic  Energy  Rept.  UCRL-11704  (1965)  Berkeley.  Work  done

under  supervision  of  R.  E.  Connick.

(25)  Candlin,  J.  P.;  Halpern,  J.,  Inorg.  Chem.  (1965)  4,  766

(26)  Taube,  H.;  King,  E.  L.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1954)  76,  4053.

(27)  Ball,  D.  L.;  King  E.  L.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1958)  80,  1091.

(28)  Snellgrove,  R.;  King,  E.  L.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1962)  84;  8609

(29)  Taube,  H.,  J.  Am.  Soc.  (1955)  77,  4481.

(30)  Ogard,  A.  E.;  Taube,  H.  J.,  Am.  Chem.  Soc.  (1958)  80,  1084.

(31)  Gjertsen,  L.;  Wahl,  A.  C.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1959)  81,  1572;  Sheppard,  J.  C.;  Wahl,  A.  C.,

J,  Am.  Chem.  Soc.  (1957)  79,  1020.

(32)  Sutin,  N.;  Gordon,  B.  M.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1961)  83,  70.

(33)  Marcus,  R.  A.,  Ann.  Rev.  Phys.  Chem.  (1964),  15,  155;  also  earlier  papers.

(34)  Hush,  N.  S.,  Trans.  Faraday  Soc.  (1961)  57,  557.

(35)  Consider  the  process: 

I

II




H.  Taube

139


State  I  is  the  precursor  complex;  in  state  II  the  energy  is  independent  of  whether  the  electron

is  on  atom  A  or  B,  i.  e.,  the  Franck-Condon  condition  has  been  met.  In  adiabatic  transfer,

electron  delocalozation  is  great  enough  so  that  whenever  state  II  is  reached,  electron  transfer

can  take  place,  and  the  rate  of  the  chemical  reaction  is  determined  solely  by  the  rate  at  which

state  II  is  reached.  In  non  adiabatic  transfer,  the  system  passes  through  state  II  a  number  of

times  before  electron  transfer  occurs,  and  both  the  Franck-Condon  barrier,  and  the  rate  of

electron  transfer  in  state  II  are  rate  determining.

(36)  Sutin,  N.,  p  441  of  ref.  1.

(37)  Orgel,  L.  E.,  Rept  X

Conseil  Inst.  Intern,  Chem.  Solvay  (1956)  289.



(38)  George,  P.;  Griffith,  J.,  Enzymes  (1959)  1,  347.

(39)  Halpern,  J.;  Orgel,  L.  E.,  Discussions  Faraday  Soc.  (1960)  29,  32.

(40)  Zwickel,  A.  M.;  Taube.  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1959)  81,  2915.

(41)  Halpern,  J.;  Nakamura,  S.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1965)  87,  3002.

(42)  Dulz,  G.;  Sutin,  N.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1964)  86,  829.

(43)  Connochioli  T.  J.;  Nancolles,  G.  H.;  Sutin,  N.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1969)  86,  1453.

(44)  Connochioli  T.  J.;  Nancolles,  G.  H.;  Sutin,  N.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1964)  86,  459.

(45)  Sykes,  A.  G.;  Thorneley,  R.  N.  V.,  J.  Chem.  Soc.  (1970)  A232.

(46)  Espenson,  J.  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1967)  89,  1276.

(47)  Price,  H.  J.;  Taube,  H.,  Inorg.  Chem.  (1968)  7,  1

(48)  Haim,  A.;  Sutin,  N.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1965)  87,  4210.

(49)  Fronaeus,  S.;  Larsson,  R.,  Acta  Chem.  Scand.  (1962)  16,  1447.

(50)  Espenson,  J.  H.;  Birk.  J.  P.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1965)  87,  3280;  ibid,  (1968)  90,  1153.

(51)  Kruse,  W.;  Taube,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1960)  82,  526

(52)  Toppen,  D.  L.;  Linck,  R.  G.,  Inorg.  Chem.  (1971)  10,  2635.

(53)  Basolo,  F.;  Morris,  M.  L.;  Pearson,  R.  G.,  Disc.  Faraday  Soc.  (1960)  29,  80.

(54)  Anet,  F.  A.  L.;  Leblanc,  E.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1957)  79,  2649.

(55)  Espenson,  J.  H.;  p.  189  of  the  volume  of  ref.  1.

(56)  Last  in  the  series.  Fraser,  R.  T.  M.  and  Taube,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1961)  83,  2239

(57)  I  owe  my  associates  during  my  first  years  at  Stanford  an  enormous  debt  of  gratitude  for

helping  to  set  the  record  straight.  Special  thanks  are  due  to  E.  S.  Gould,  who  first  uncovered

discrepancies,  and  to  J.  K.  Hurst  who  repeated  much  of  the  dubious  earlier  work.

(58)  Nordmeyer,  F.  R.;  Taube,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1966)  88,4295;  ibid  (1968)  90,  1162.

(59)  The  relation  between  reducibility  of  the  ligands,  and  their  effectiveness  in  mediating  electron

transfer  was  developed  in  an  earlier  paper.  Gould,  E.  S.;  Taube,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1964)

86,  1318.

(60)  Sebera,  D.  K.;  Taube,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1961)  83,  1785.

(61)  See,  for  example:  Gould  E.  S.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1972)  94,  4360.

(62)  Endicott,  J.  F.;  Taube,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1962)  84,  4989;  ibid  (1964)  86,  1686;  Inorg.

Chem.  (1965)  4,  437.

(63)  Gleu,  K.;  Breuel,  K.,  Z.  Anorg.  Allg.  Chem.  (1938)  237,  335.

(64)  Gaunder,  R.;  Taube,  H.,  Inorg.  Chem.  (1970)  9,  2627.

(65)  Anderson,  A.;  Bonner,  N.  A.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1954)  76,  3826.

(66)  Indirect  evidence,  which  is  quite  convincing,  suggests  the  outer  sphere  self  exchange  rate  for

  to  be ~ 5 x 1 0

- 1 0  


M

- 1


s

- 1


.   M e l v i n ,   W .   S . ;   H a i m .   A . ,   I n o r g .   C h e m .

(1977)  16,  2016.

(67)  Meyer,  T.  J.;  Taube,  H.,  Inorg.  Chem.  (1968)  7,  2369.

(68)  Stynes,  H.  D.;  Ibers,  J.  A.,  inorg.  Chem.  (1971)  10,  2304.

(69)  Calculations  of  the  barrier  associated  with  inner  sphere  electron  reorganization  leave  room  for

a  non-adiabaticity  factor  of  a  few  orders  of  magnitude.  See  Endicott,  J.  F.;  Krishan,  K.;

Ramasami,  T;  Rotzinger,  F.  P.,  p  141  of  ref.  1.

(70)  Isied,  S.  S.;  Taube,  H.,  Inorg.  Chem.  (1976)  15,  3070.

(71)  Meyer,  T.  J.;  Taube,  H.,  Inorg.  Chem.  (1968)  7,  2361.

(72)  Harrison,  D.  E.;  Taube,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1967)  89,  5706.

(73)  Robson,  R.;  Taube,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1967)  89,6487;  French,  J.;  Taube,  H.,  J.  Am.

Chem.  Soc.  (1969)  91,  6951,  earliest  example:  Saffir,  P.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1960)  82,  13.




140

Chemistry  1983

(74)  Hoffman,  M.  Z.;  Simic,  M.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1972)  94,  1957.

(75)  (a)  Isied,  S.  S.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1973)  95,  8198.

(b)  In  an  earlier  effort,  Kirk  Roberts  tried  the  simple  procedure  of  mixing  the  Co(III)

complex  with  (NH

3

)



5

R u O H


2

2+ 2+ 


Substitution  is  too  slow  relative  to  intramolecular  transfer  for

.

the  method  to  work  in  these  systems.



(76)  Fischer,  H.;  Tom,  G.  M.;  Taube,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1976)  98,  5512.

(77)  Schäffer,  L.  -  work  in  progress.

(78)  Dixon,  N.  E.;  Lawrance,  G.  A.;  Lay,  P.  A.;  Sargeson,  A.  M.,  Inorg.  Chem.  (1983)  22,  846.

(79)  Gaswick,  D.  G.;  Haim.  A.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1974)  96,  7845.

(80)  Haim,  A.  see  p  273  of  ref.  1.

(81)  Winkler,  J.  R.;  Nocera,  D.  G.;  Yocom,  K.  M.;  Bordignon,  E.;  Gray,  H.  B.,  J.  Am.  Chem.  Soc.

(1982)  104,  5798.

(82)  Isied,  S.  S.;  Worosila,  G.;  Atherton,  S.  J.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1982)  104,  7659.

(83)  The  level  of  current  activity  in  the  field  can  be  gauged  by  the  recent  review  of  the  subject  of

mixed  valence  molecules  based  on 

  couples  by  C.  Creutz:  see  ref.  1,  p  1.

(84)  Allen,  G.  C.;  Hush,  N.  S.,  Prog.  Inorg.  Chem.  (1967)  8,  357.

(85)  Hush,  N.  S.,  Prog.  Inorg.  Chem.  (1967)  8,  391.

(86)  Robin,  M.  B.;  Day,  P.,  Ad.  Inorg.  Chem.  Radiochem  (1967)  10,  247.

(87)  Creutz,  C.;  Taube,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1969)  91,  3988;  ibid  (1973)  95,  1086.

(88)  Cowan,  D.  0.;  Kaufman,  F.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1970)  92,  219.

(89)  Ford,  P.;  Rudd,  de  F.  P.;  Gander,  R.;  Taube,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1968)  90,  1187.

(90)  Mulliken,  R.  S.;  Person,  W.  B.,  Molecular  Complexes;  Wiley,  New  York  (1969)  Chapter  2.

(91)  Mayoh,  B.;  Day,  P.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1972)  94,  2885;  Inorg.  Chem.  (1974)  13,  2273.

(92)  Tom,  G.  M.;  Creutz,  C.;  Taube,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1974)  96,  7828.

(93)  Sutton,  J,  E.;  Sutton,  P.  M.;  Taube,  H.,  Inorg.  Chem.  (1979)  18,  1017.  Sutton,  J.  E.;  Taube,

H.,  Inorg.  Chem.  (1981)  20,  3125.

(94)  Sutin,  N.,  Inorganic  Diochemistry,  Vol.  2,  G.  L.  Eichhorn,  Ed.,  American  Elsevier,  N.  Y.

(1973),  p611.

(95)  Brown,  G.  M.;  Krentzien,  H.  J.:  Abe,  M.;  Taube,  H.,  Inorg.  Chem.  (1979)  18,  3374.

(96)  Lay,  P.  A.;  Magnuson,  R.  H.;  Taube,  H.,  J.  Am.  Chem.  Soc.  (1983)  105,  2507.

(97)  Spectroscopic  studies  by  J.  Ferguson  and  co-workers  (Australia  National  University)  are  in

progress.

(98)  Sheldon,  R.  A.;  Kochi.  J.,  Metal  Catalyzed  Oxidations  of  Organic  Compounds.  Academic

Press,  New  York,  1981.

(99)  Ford,  P.;  Wink,  D.;  Dibenedetto,  J.,  p  213  ofref.  1.

(100)  Meyer,  T.  J.,  p  389  of  ref.  1.



Yüklə 292,61 Kb.

Dostları ilə paylaş:
1   2   3   4   5   6   7   8   9




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə