Advanced

Synthesis of a Tetradentate Pyridyl/benzimidazole Ligand and its Iron(II) Complex

Lidskog, Anna LU (2015) KEMK02 20142
Department of Chemistry
Abstract
Oxygenases are a group of enzymes that use molecular oxygen to oxidize a substrate, a very important process both biologically and industrially. High-valent Fe(IV)-oxo species have long been implicated as the key reactive intermediates in heme and non-heme iron oxygenases. Since the first well-characterized mononuclear non-heme iron(IV)-oxo complex was reported in 2003, much effort have been put into developing functional active site models. In this study, a new tetradentate ligand (N-[(1-methyl-2-benzimidazolyl)methyl]-N,N-bis[(6-methyl-2-pyridyl)methyl]amine) has been synthesized and characterized by ESI-MS, IR and 1H and 13C NMR. Two iron complexes, [FeL1(CH3CN)2] and [FeL1(OTf)2], were synthesized, of which the latter was determined to... (More)
Oxygenases are a group of enzymes that use molecular oxygen to oxidize a substrate, a very important process both biologically and industrially. High-valent Fe(IV)-oxo species have long been implicated as the key reactive intermediates in heme and non-heme iron oxygenases. Since the first well-characterized mononuclear non-heme iron(IV)-oxo complex was reported in 2003, much effort have been put into developing functional active site models. In this study, a new tetradentate ligand (N-[(1-methyl-2-benzimidazolyl)methyl]-N,N-bis[(6-methyl-2-pyridyl)methyl]amine) has been synthesized and characterized by ESI-MS, IR and 1H and 13C NMR. Two iron complexes, [FeL1(CH3CN)2] and [FeL1(OTf)2], were synthesized, of which the latter was determined to be an Fe(II) complex. Both complexes were found to be high-spin. In addition, a Ru(II) complex, [RuCl(L1)(DMSO)]Cl, was synthesized. The metal complexes were characterized by IR, UV/Vis and 1H NMR. The generation of an Fe(IV)-oxo complex was attempted by reacting [FeL1(OTf)2] with mCPBA and PhIO respectively at low temperatures, but no conclusive results for the formation of an Fe(IV)-oxo complex were obtained. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Nästan alla organiska föreningar innehåller kol-vätebindningar (C-H). Kolväten i naturen, så som naturgas och råolja, är exempel på energirika och billiga kemiska råmaterial. Aktiveringen, och speciellt oxideringen, av dessa kol-vätebindningar är en väldigt viktig reaktion med både biologisk och industriell relevans. Ett exempel på detta är omvandlingen av metan till metanol. Metan (CH4) är huvudbeståndsdelen i naturgas och är ett bra bränsle, men är svårt att transportera och därför mindre lämpligt som drivmedel i t.ex. bilar. Metanol (CH3OH) är däremot betydligt enklare att transportera. Denna omvandling genomförs idag industriellt, men processen är dyr och kräver mycket energi.

I naturen finns redan enzymer som effektivt oxiderar... (More)
Nästan alla organiska föreningar innehåller kol-vätebindningar (C-H). Kolväten i naturen, så som naturgas och råolja, är exempel på energirika och billiga kemiska råmaterial. Aktiveringen, och speciellt oxideringen, av dessa kol-vätebindningar är en väldigt viktig reaktion med både biologisk och industriell relevans. Ett exempel på detta är omvandlingen av metan till metanol. Metan (CH4) är huvudbeståndsdelen i naturgas och är ett bra bränsle, men är svårt att transportera och därför mindre lämpligt som drivmedel i t.ex. bilar. Metanol (CH3OH) är däremot betydligt enklare att transportera. Denna omvandling genomförs idag industriellt, men processen är dyr och kräver mycket energi.

I naturen finns redan enzymer som effektivt oxiderar olika substrat. Dessa enzymer kallas oxygenaser och använder molekylärt syre (O2) som oxidationsmedel. Det aktiva sätet (den del av enzymet där substratet binder och reaktionen sker) i oxygenaser innehåller metalljoner av vanligt förekommande övergångsmetaller som järn, koppar och mangan. Den intressanta och användbara reaktiviteten hos dessa enzymer har inspirerat forskare att utveckla modellkomplex som efterliknar de strukturella eller funktionella aspekterna hos de aktiva sätena. Det här arbetet har fokuserat på funktionella modellkomplex för icke-heminnehållande oxygenaser där de aktiva sätena innehåller en järnjon. I dessa järnoxygenaser har det föreslagits att oxidationsreaktionerna sker via skapandet av högvalenta Fe(IV)-oxo-intermediat.

Syftet med det här projektet har varit att syntetisera en ny tetradentat ligand och dess Fe(II)-komplex och även om möjligt det motsvarande Fe(IV)-oxokomplexet. Den nya liganden har karaktäriserats och använts för att syntetisera och karaktärisera två Fe(II)-komplex samt ett Ru(II)-komplex. Ett av Fe(II)-komplexen reagerades även med olika oxidationsmedel i ett försök att generera ett Fe(IV)-oxokomplex. Inga definitiva resultat erhölls, men det är möjligt att ett högspinn Fe(IV)-oxokomplex bildades. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Lidskog, Anna LU
supervisor
organization
course
KEMK02 20142
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
Inorganic Chemistry, oorganisk kemi
language
English
id
5364243
date added to LUP
2015-07-02 15:27:48
date last changed
2015-07-02 15:27:48
@misc{5364243,
  abstract     = {Oxygenases are a group of enzymes that use molecular oxygen to oxidize a substrate, a very important process both biologically and industrially. High-valent Fe(IV)-oxo species have long been implicated as the key reactive intermediates in heme and non-heme iron oxygenases. Since the first well-characterized mononuclear non-heme iron(IV)-oxo complex was reported in 2003, much effort have been put into developing functional active site models. In this study, a new tetradentate ligand (N-[(1-methyl-2-benzimidazolyl)methyl]-N,N-bis[(6-methyl-2-pyridyl)methyl]amine) has been synthesized and characterized by ESI-MS, IR and 1H and 13C NMR. Two iron complexes, [FeL1(CH3CN)2] and [FeL1(OTf)2], were synthesized, of which the latter was determined to be an Fe(II) complex. Both complexes were found to be high-spin. In addition, a Ru(II) complex, [RuCl(L1)(DMSO)]Cl, was synthesized. The metal complexes were characterized by IR, UV/Vis and 1H NMR. The generation of an Fe(IV)-oxo complex was attempted by reacting [FeL1(OTf)2] with mCPBA and PhIO respectively at low temperatures, but no conclusive results for the formation of an Fe(IV)-oxo complex were obtained.},
  author       = {Lidskog, Anna},
  keyword      = {Inorganic Chemistry,oorganisk kemi},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Synthesis of a Tetradentate Pyridyl/benzimidazole Ligand and its Iron(II) Complex},
  year         = {2015},
}