Abstract
Using femtosecond resolution X-ray solution scattering at a free electron laser we were able to directly observe metal–metal bond cleavage upon photolysis at 400 nm of Ru3(CO)12, a prototype for the photochemistry of transition metal carbonyls. This leads to the known single intermediate Ru3(CO)11(μ-CO)*, with a bridging ligand (μCO) and where the asterisk indicates an open Ru3-ring. This loses a CO ligand on a picosecond time scale yielding a newly observed triple bridge intermediate, Ru3(CO)8(μ-CO)3*. This loses another CO ligand to form the previously observed Ru3(CO)10, which returns to Ru3(CO)12 via the known single-bridge Ru3(CO)10(μ-CO). These results indicate that contrary to long standing hypotheses, metal–metal bond breakage is the only chemical reaction immediately following the photolysis of Ru3(CO)12 at 400 nm. Combined with previous picosecond resolution X-ray scattering data and time resolved infrared spectroscopy these results yield a new mechanism for the photolysis of Ru3(CO)12.
Similar content being viewed by others
References
W. K. Zhang, R. Alonso-Mori, U. Bergmann, C. Bressler, M. Chollet, A. Galler, W. Gawelda, R. G. Hadt, R. W. Hartsock, T. Kroll, K. S. Kjær, K. Kubicek, H. T. Lemke, H. W. Liang, D. A. Meyer, M. M. Nielsen, C. Purser, J. S. Robinson, E. I. Solomon, Z. Sun, D. Sokaras, T. B. Van Driel, G. Vanko, T. C. Weng, D. L. Zhu and K. J. Gaffney, Nature, 2014, 509, 345.
K. H. Kim, J. G. Kim, S. Nozawa, T. Sato, K. Y. Oang, T. W. Kim, H. Ki, J. Jo, S. Park, C. Song, T. Sato, K. Ogawa, T. Togashi, K. Tono, M. Yabashi, T. Ishikawa, J. Kim, R. Ryoo, J. Kim, H. Ihee and S. Adachi, Nature, 2015, 518, 385.
T. B. Van Driel, K. S. Kjær, R. W. Hartsock, A. O. Dohn, T. Harlang, M. Chollet, M. Christensen, W. Gawelde, N. E. Henriksen, J. G. Kim, K. Haldrup, K. H. Kim, H. Ihee, J. Kim, H. T. Lemke, Z. Sun, V. Sundstrom, W. K. Zhang, D. L. Zhu, K. B. Moller, M. M. Nielsen and K. J. Gaffney, Nat. Commun., 2016, 7, 13678.
S. E. Canton, K. S. Kjær, G. Vanko, T. B. van Driel, S. Adachi, A. Bordage, C. Bressler, P. Chabera, M. Christensen, A. O. Dohn, A. Galler, W. Gawelda, D. Gosztola, K. Haldrup, T. Harlang, Y. Z. Liu, K. B. Moller, Z. Nemeth, S. Nozawa, M. Papai, T. Sato, T. Sato, K. Suarez-Alcantara, T. Togashi, K. Tono, J. Uhlig, D. A. Vithanage, K. Warnmark, M. Yabashi, J. X. Zhang, V. Sundstrom and M. M. Nielsen, Nat. Commun., 2015, 6, 6359.
E. Biasin, T. B. van Driel, K. S. Kjær, A. O. Dohn, M. Christensen, T. Harlang, P. Chabera, Y. Z. Liu, J. Uhlig, M. Pápai, Z. Németh, R. Hartsock, W. Liang, J. X. Zhang, R. Alonso-Mori, M. Chollet, J. M. Glownia, S. Nelson, D. Sokaras, T. A. Assefa, A. Britz, A. Galler, W. Gawelda, C. Bressler, K. J. Gaffney, H. T. Lemke, K. B. Møller, M. M. Nielsen, V. Sundström, G. Vankó, K. Wärnmark, S. E. Canton and K. Haldrup, Phys. Rev. Lett., 2016, 117, 013002.
H. T. Lemke, K. S. Kjær, R. Hartsock, T. B. van Driel, M. Chollet, J. M. Glownia, S. Song, D. L. Zhu, E. Pace, S. F. Matar, M. M. Nielsen, M. Benfatto, K. J. Gaffney, E. Collet and M. Cammarata, Nat. Commun., 2017, 8, 15342.
M. Levantino, G. Schiro, H. T. Lemke, G. Cottone, J. M. Glownia, D. L. Zhu, M. Chollet, H. Ihee, A. Cupane and M. Cammarata, Nat. Commun., 2015, 6, 6772.
P. Nogly, T. Weinert, D. James, S. Carbajo, D. Ozerov, A. Furrer, D. Gashi, V. Borin, P. Skopintsev, K. Jaeger, K. Nass, P. Båth, R. Bosman, J. Koglin, M. Seaberg, T. Lane, D. Kekilli, S. Brünle, T. Tanaka, W. T. Wu, C. Milne, T. White, A. Barty, U. Weierstall, V. Panneels, E. Nango, S. Iwata, M. Hunter, I. Schapiro, G. Schertler, R. Neutze and J. Standfuss, Science, 2018, 361, 145.
J. G. Bentsen and M. S. Wrighton, J. Am. Chem. Soc., 1987, 109, 4530.
B. F. G. Johnson, J. Lewis and M. V. Twigg, J. Organomet. Chem., 1974, 67, C75.
Q. Y. Kong, J. H. Lee, K. H. Kim, J. H. Kim, M. Wulff, H. Ihee and M. H. J. Koch, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 2600.
D. R. Tyler, R. A. Levenson and H. B. Gray, J. Am. Chem. Soc., 1978, 100, 7888.
B. Delley, M. C. Manning, D. E. Ellis, J. Berkowitz and W. C. Trogler, Inorg. Chem., 1982, 21, 2247.
J. Malito, S. Markiewicz and A. Poe, Inorg. Chem., 1982, 21, 4335.
M. F. Desrosiers, D. A. Wink, R. Trautman, A. E. Friedman and P. C. Ford, J. Am. Chem. Soc., 1986, 108, 1917.
F. W. Grevels, W. E. Klotzbucher, J. Schrickel and K. Schaffner, J. Am. Chem. Soc., 1994, 116, 6229.
E. A. Glascoe, M. F. Kling, J. E. Shanoski and C. B. Harris, Organometallics, 2006, 25, 775.
T. J. Meyer and J. V. Caspar, Chem. Rev., 1985, 85, 187.
X. Q. Dong, F. Yang, J. Zhao and J. P. Wang, J. Phys. Chem. B, 2018, 122, 1296.
F. W. Vergeer, F. Hartl, P. Matousek, D. J. Stufkens and M. Towrie, Chem. Commun., 2002, 1220.
Q. Y. Kong, J. H. Lee, H. Plech, M. Wulff, H. Ihee and M. H. J. Koch, Angew. Chem., Int. Ed., 2008, 47, 5550.
M. R. Harpham, A. B. Stickrath, X. Y. Zhang, J. Huang, M. W. Mara, L. X. Chen and D. J. Liu, J. Phys. Chem. A, 2013, 117, 9807.
J. P. Lomont and C. B. Harris, Inorg. Chim. Acta, 2015, 424, 38.
M. Chollet, R. Alonso-Mori, M. Cammarata, D. Damiani, J. Defever, J. T. Delor, Y. Feng, J. M. Glownia, J. B. Langton, S. Nelson, K. Ramsey, A. Robert, M. Sikorski, S. Song, D. Stefanescu, V. Srinivasan, D. Zhu, H. T. Lemke and D. M. Fritz, J. Synchrotron Radiat., 2015, 22, 503.
P. Emma, R. Akre, J. Arthur, R. Bionta, C. Bostedt, J. Bozek, A. Brachmann, P. Bucksbaum, R. Coffee, F. J. Decker, Y. Ding, D. Dowell, S. Edstrom, A. Fisher, S. Gilevich, J. Hastings, G. Hays, Ph. Hering, Z. Huang, R. Iverson, H. Loos, M. Messerschmidt, A. Miahnahri, S. Moeller, H. D. Nuhn, G. Pile, D. Ratner, J. Rzepiela, D. Schultz, T. Smith, P. Stefan, H. Tompkins, J. Turner, J. Welch, W. White, J. Wu, G. Yocky and J. Galayda, Nat. Photonics, 2010, 4, 641.
K. S. Kjær, T. B. van Driel, J. Kehres, K. Haldrup, D. Khakhulin, K. Bechgaard, M. Cammarata, M. Wulff, T. J. Sorensen and M. M. Nielsen, Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, 15, 15003.
M. P. Minitti, J. S. Robinson, R. N. Coffee, S. Edstrom, S. Gilevich, J. M. Glownia, E. Granados, P. Hering, M. C. Hoffmann, A. Miahnahri, D. Milathianaki, W. Polzin, D. Ratner, F. Tavella, S. Vetter, M. Welch, W. E. White and A. R. Fry, J. Synchrotron Radiat., 2015, 22, 526.
P. A. Hart, A. Dragone, B. Duda, D. Freytag, R. Herbst, S. Herrmann, C. J. Kenney, J. Morse, M. Nordby, J. Pines, G. Haller, S. Boutet, G. Williams, N. van Bakel and G. Carini, IEEE Nucl. Sci. Symp. Med. Imaging Conf. Rec., 2012, 538.
T. B. van Driel, S. Herrmann, G. Carini, M. M. Nielsen and H. T. Lemke, J. Synchrotron Radiat., 2015, 22, 584.
U. Lorenz, K. B. Möller and N. E. Henriksen, New J. Phys., 2010, 12, 113022.
P. V. Konarev and D. I. Svergun, IUCrJ, 2015, 2, 352.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Additional information
Electronic supplementary information (ESI) available. See DOI: 10.1039/c8pp00420j
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Kong, Q.Y., Laursen, M.G., Haldrup, K. et al. Initial metal–metal bond breakage detected by fs X-ray scattering in the photolysis of Ru3(CO)12 in cyclohexane at 400 nm. Photochem Photobiol Sci 18, 319–327 (2019). https://doi.org/10.1039/c8pp00420j
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1039/c8pp00420j