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Rydel-Ciszek K, Sobkowiak A. The [(Bn-tpen)Fe II] 2+ Complex as a Catalyst for the Oxidation of Cyclohexene and Limonene with Dioxygen. Molecules 2024; 29:3755. [PMID: 39202835 PMCID: PMC11357577 DOI: 10.3390/molecules29163755] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/04/2024] [Revised: 08/05/2024] [Accepted: 08/06/2024] [Indexed: 09/03/2024] Open
Abstract
[(Bn-tpen)FeII(MeCN)](ClO4)2, containing the pentadentate Bn-tpen-N-benzyl-N,N',N'-tris(2-pyridylmethyl)-1,2-diaminoethane ligand, was studied in the oxygenation of cyclohexene and limonene using low-pressure dioxygen (0.2 atm air or 1 atm pure O2) in acetonitrile. 2-Cyclohexen-1-one and 2-cyclohexen-1-ol are the main products of cyclohexene oxidations, with cyclohexene oxide as a minor product. Limonene is oxidized to limonene oxide, carvone, and carveol. Other oxidation products such as perillaldehyde and perillyl alcohol are found in trace amounts. This catalyst is slightly less active than the previously reported [(N4Py)FeII(MeCN)](ClO4)2 (N4Py-N,N-bis(2-pyridylmethyl)-N-(bis-2-pyridylmethyl)amine). Based on cyclic voltammetry experiments, it is postulated that [(Bn-tpen)FeIV=O]2+ is the active species. The induction period of approx. 3 h during cyclohexene oxygenation is probably caused by deactivation of the reactive Fe(IV)=O species by the parent Fe(II) complex. Equimolar mixtures of Fe(II) salt and the ligand (in situ-formed catalyst) gave catalytic performance similar to that of the synthesized catalyst.
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Affiliation(s)
- Katarzyna Rydel-Ciszek
- Department of Physical Chemistry, Faculty of Chemistry, Rzeszów University of Technology, Al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów, Poland
| | - Andrzej Sobkowiak
- Department of Physical Chemistry, Faculty of Chemistry, Rzeszów University of Technology, Al. Powstańców Warszawy 6, 35-959 Rzeszów, Poland
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Di Berto Mancini M, Tabussi A, Bernardini M, Lanzalunga O. Oxidations of aromatic sulfides promoted by the phthalimide N-oxyl radical (PINO). J Sulphur Chem 2023. [DOI: 10.1080/17415993.2023.2182160] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 03/05/2023]
Affiliation(s)
- Marika Di Berto Mancini
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Roma “La Sapienza” and Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Roma “La Sapienza”, Rome, Italy
| | - Alessandro Tabussi
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Roma “La Sapienza” and Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Roma “La Sapienza”, Rome, Italy
| | - Marianna Bernardini
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Roma “La Sapienza” and Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Roma “La Sapienza”, Rome, Italy
| | - Osvaldo Lanzalunga
- Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Roma “La Sapienza” and Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Roma “La Sapienza”, Rome, Italy
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Di Berto Mancini M, Del Gelsomino A, Di Stefano S, Frateloreto F, Lapi A, Lanzalunga O, Olivo G, Sajeva S. Change of Selectivity in C-H Functionalization Promoted by Nonheme Iron(IV)-oxo Complexes by the Effect of the N-hydroxyphthalimide HAT Mediator. ACS OMEGA 2021; 6:26428-26438. [PMID: 34661000 PMCID: PMC8515612 DOI: 10.1021/acsomega.1c03679] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 0.3] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 07/12/2021] [Accepted: 08/17/2021] [Indexed: 06/13/2023]
Abstract
A kinetic analysis of the hydrogen atom transfer (HAT) reactions from a series of organic compounds to the iron(IV)-oxo complex [(N4Py)FeIV(O)]2+ and to the phthalimide N-oxyl radical (PINO) has been carried out. The results indicate that a higher activating effect of α-heteroatoms toward the HAT from C-H bonds is observed with the more electrophilic PINO radical. When the N-hydroxy precursor of PINO, N-hydroxyphthalimide (NHPI), is used as a HAT mediator in the oxidation promoted by [(N4Py)FeIV(O)]2+, significant differences in terms of selectivity have been found. Product studies of the competitive oxidations of primary and secondary aliphatic alcohols (1-decanol, cyclopentanol, and cyclohexanol) with alkylaromatics (ethylbenzene and diphenylmethane) demonstrated that it is possible to modify the selectivity of the oxidations promoted by [(N4Py)FeIV(O)]2+ in the presence of NHPI. In fact, alkylaromatic substrates are more reactive in the absence of the mediator while alcohols are preferably oxidized in the presence of NHPI.
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Affiliation(s)
- Marika Di Berto Mancini
- Dipartimento
di Chimica and Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione
Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro, 5, I-00185 Rome, Italy
| | - Andrea Del Gelsomino
- Dipartimento
di Chimica and Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione
Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro, 5, I-00185 Rome, Italy
| | - Stefano Di Stefano
- Dipartimento
di Chimica and Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione
Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro, 5, I-00185 Rome, Italy
| | - Federico Frateloreto
- Dipartimento
di Chimica and Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione
Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro, 5, I-00185 Rome, Italy
| | - Andrea Lapi
- Dipartimento
di Chimica and Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione
Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro, 5, I-00185 Rome, Italy
| | - Osvaldo Lanzalunga
- Dipartimento
di Chimica and Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione
Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro, 5, I-00185 Rome, Italy
- CIRCC
Interuniversity Consortium Chemical Reactivity and Catalysis, Via Celso Ulpiani 27, 70126 Bari, Italy
| | - Giorgio Olivo
- Dipartimento
di Chimica and Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione
Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro, 5, I-00185 Rome, Italy
| | - Stefano Sajeva
- Dipartimento
di Chimica and Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione
Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro, 5, I-00185 Rome, Italy
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Lapi A, D'Alfonso C, Del Giacco T, Lanzalunga O. Competition Between C α -S and C α -C β Bond Cleavage in β-Hydroxysulfoxides Cation Radicals Generated by Photoinduced Electron Transfer †. Photochem Photobiol 2021; 97:1310-1321. [PMID: 33998681 PMCID: PMC9290654 DOI: 10.1111/php.13455] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/26/2021] [Revised: 05/03/2021] [Accepted: 05/11/2021] [Indexed: 11/28/2022]
Abstract
A kinetic and product study of the 3‐cyano‐N‐methyl‐quinolinium photoinduced monoelectronic oxidation of a series of β‐hydroxysulfoxides has been carried out to investigate the competition between Cα‐S and Cα‐Cβ bond cleavage within the corresponding cation radicals. Laser flash photolysis experiments unequivocally established the formation of sulfoxide cation radicals showing their absorption band (λmax ≈ 520 nm) and that of 3‐CN‐NMQ• (λmax ≈ 390 nm). Steady‐state photolysis experiments suggest that, in contrast to what previously observed for alkyl phenyl sulfoxide cation radicals that exclusively undergo Cα‐S bond cleavage, the presence of a β‐hydroxy group makes, in some cases, the Cα‐Cβ scission competitive. The factors governing this competition seem to depend on the relative stability of the fragments formed from the two bond scissions. Substitution of the β‐OH group with ‐OMe did not dramatically change the reactivity pattern of the cation radicals thus suggesting that the observed favorable effect of the hydroxy group on the Cα‐Cβ bond cleavage mainly resides on its capability to stabilize the carbocation formed upon this scission.
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Affiliation(s)
- Andrea Lapi
- Dipartimento di Chimica, Universita` degli Studi di Roma "La Sapienza", Rome, Italy.,Istituto per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sede Secondaria di Roma-Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Universita` degli Studi di Roma "La Sapienza", Rome, Italy
| | - Claudio D'Alfonso
- Dipartimento di Chimica, Universita` degli Studi di Roma "La Sapienza", Rome, Italy
| | - Tiziana Del Giacco
- Dipartimento di Chimica, Biologia e Biotecnologie, Università di Perugia, Perugia, Italy.,Centro di Eccellenza Materiali Innovativi Nanostrutturati (CEMIN), Università di Perugia, Perugia, Italy
| | - Osvaldo Lanzalunga
- Dipartimento di Chimica, Universita` degli Studi di Roma "La Sapienza", Rome, Italy.,Istituto per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sede Secondaria di Roma-Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Universita` degli Studi di Roma "La Sapienza", Rome, Italy
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Tavani F, Capocasa G, Martini A, Sessa F, Di Stefano S, Lanzalunga O, D'Angelo P. Direct structural and mechanistic insights into fast bimolecular chemical reactions in solution through a coupled XAS/UV–Vis multivariate statistical analysis. Dalton Trans 2021; 50:131-142. [DOI: 10.1039/d0dt03083j] [Citation(s) in RCA: 7] [Impact Index Per Article: 2.3] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/21/2022]
Abstract
A combined multivariate and theoretical analysis of coupled XAS/UV–Vis data was proven to be an innovative method to obtain direct structural and mechanistic evidence for bimolecular reactions in solution involving organic substrates.
Collapse
Affiliation(s)
- Francesco Tavani
- Dipartimento di Chimica
- Università di Roma “La Sapienza”
- 00185 Roma
- Italy
| | - Giorgio Capocasa
- Dipartimento di Chimica
- Università di Roma “La Sapienza”
- 00185 Roma
- Italy
| | - Andrea Martini
- Dipartimento di Chimica
- Università degli Studi di Torino
- 10125 Torino
- Italy
- The Smart Materials Research Institute
| | - Francesco Sessa
- Dipartimento di Chimica
- Università di Roma “La Sapienza”
- 00185 Roma
- Italy
| | | | | | - Paola D'Angelo
- Dipartimento di Chimica
- Università di Roma “La Sapienza”
- 00185 Roma
- Italy
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Barbieri A, Lanzalunga O, Lapi A, Di Stefano S. N-Hydroxyphthalimide: A Hydrogen Atom Transfer Mediator in Hydrocarbon Oxidations Promoted by Nonheme Iron(IV)-Oxo Complexes. J Org Chem 2019; 84:13549-13556. [PMID: 31532207 DOI: 10.1021/acs.joc.9b01813] [Citation(s) in RCA: 11] [Impact Index Per Article: 2.2] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 02/03/2023]
Abstract
The oxidation of a series of hydrocarbons by the nonheme iron(IV)-oxo complex [(N4Py)FeIV═O]2+ is efficiently mediated by N-hydroxyphthalimide. The increase of reactivity is associated to the oxidation of the mediator to the phthalimide N-oxyl radical, which efficiently abstracts a hydrogen atom from the substrates, regenerating the mediator in its reduced form.
Collapse
Affiliation(s)
- Alessia Barbieri
- Dipartimento di Chimica , Università di Roma "La Sapienza", Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione , P.le A. Moro , 5 I-00185 Rome , Italy
| | - Osvaldo Lanzalunga
- Dipartimento di Chimica , Università di Roma "La Sapienza", Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione , P.le A. Moro , 5 I-00185 Rome , Italy
| | - Andrea Lapi
- Dipartimento di Chimica , Università di Roma "La Sapienza", Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione , P.le A. Moro , 5 I-00185 Rome , Italy
| | - Stefano Di Stefano
- Dipartimento di Chimica , Università di Roma "La Sapienza", Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione , P.le A. Moro , 5 I-00185 Rome , Italy
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Capocasa G, Sessa F, Tavani F, Monte M, Olivo G, Pascarelli S, Lanzalunga O, Di Stefano S, D’Angelo P. Coupled X-ray Absorption/UV–vis Monitoring of Fast Oxidation Reactions Involving a Nonheme Iron–Oxo Complex. J Am Chem Soc 2019; 141:2299-2304. [DOI: 10.1021/jacs.8b08687] [Citation(s) in RCA: 22] [Impact Index Per Article: 4.4] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 12/15/2022]
Affiliation(s)
- Giorgio Capocasa
- Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro 5, 00185 Roma, Italy
- Sezione Meccanismi di Reazione, Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), P.le A. Moro 5, 00185 Roma, Italy
| | - Francesco Sessa
- Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro 5, 00185 Roma, Italy
| | - Francesco Tavani
- Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro 5, 00185 Roma, Italy
| | - Manuel Monte
- European Synchrotron Radiation Facility, 71, Avenue des Martyrs, Grenoble 38000, France
| | - Giorgio Olivo
- Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro 5, 00185 Roma, Italy
| | - Sakura Pascarelli
- European Synchrotron Radiation Facility, 71, Avenue des Martyrs, Grenoble 38000, France
| | - Osvaldo Lanzalunga
- Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro 5, 00185 Roma, Italy
- Sezione Meccanismi di Reazione, Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), P.le A. Moro 5, 00185 Roma, Italy
| | - Stefano Di Stefano
- Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro 5, 00185 Roma, Italy
- Sezione Meccanismi di Reazione, Istituto CNR per i Sistemi Biologici (ISB-CNR), P.le A. Moro 5, 00185 Roma, Italy
| | - Paola D’Angelo
- Dipartimento di Chimica, Università di Roma “La Sapienza”, P.le A. Moro 5, 00185 Roma, Italy
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Sulfur Radicals and Their Application. Top Curr Chem (Cham) 2018; 376:22. [DOI: 10.1007/s41061-018-0197-0] [Citation(s) in RCA: 32] [Impact Index Per Article: 5.3] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 01/30/2018] [Accepted: 04/11/2018] [Indexed: 12/11/2022]
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Affiliation(s)
- Eike B. Bauer
- University of Missouri - St. Louis; Department of Chemistry and Biochemistry; One University Boulevard St. Louis, MO 63121 USA
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Barbieri A, Di Stefano S, Lanzalunga O, Lapi A, Mazzonna M, Olivo G. Role of electron transfer processes in the oxidation of aryl sulfides catalyzed by nonheme iron complexes. PHOSPHORUS SULFUR 2016. [DOI: 10.1080/10426507.2016.1255623] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 0.5] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 10/20/2022]
Affiliation(s)
- Alessia Barbieri
- Dipartimento di Chimica, Sapienza Università di Roma and Istituto CNR di Metodologie Chimiche (IMC-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
| | - Stefano Di Stefano
- Dipartimento di Chimica, Sapienza Università di Roma and Istituto CNR di Metodologie Chimiche (IMC-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
| | - Osvaldo Lanzalunga
- Dipartimento di Chimica, Sapienza Università di Roma and Istituto CNR di Metodologie Chimiche (IMC-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
| | - Andrea Lapi
- Dipartimento di Chimica, Sapienza Università di Roma and Istituto CNR di Metodologie Chimiche (IMC-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
| | - Marco Mazzonna
- Dipartimento di Chimica, Sapienza Università di Roma and Istituto CNR di Metodologie Chimiche (IMC-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
| | - Giorgio Olivo
- Dipartimento di Chimica, Sapienza Università di Roma and Istituto CNR di Metodologie Chimiche (IMC-CNR), Sezione Meccanismi di Reazione, c/o Dipartimento di Chimica, Sapienza Università di Roma, Rome, Italy
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