Low spin ferric hemoglobin complexes

A caloulation has been made of the energy eigenfunotions and eigenvalues of low spin ferric ion in complexes with a strong cubic crystal field including the effects of tetragonal and rhombic distortions and of spin-orbit coupling among the ground state components and with excited states. Using the resultant, spin-orbit coupled eigenfunotions as a basis set, the magnetic susceptibility, the components of magnetic field energy, and the lattice and valence contributions to an electric field gradient at the iron nucleus were all calculated as a function of rhombic, tetragonal, and spin-orbit coupling strength used as parameters: R, u and . All of the calculated results agree reasonable well with experiment for the values of parameters R=1000 cm^–1, u=2000 cm^–1 and the free ion value (=420 cm^–1. These values of parameters were selected for the excellent fit they gave of the calculated values of g_x, g_y and g_z compared with the experimental ones obtained from single crystal electron spin resonance of ferrihemoglobin azide. With them, a value of 2.29 Bohr magnetons was calculated for the effective magnetic moment compared to the experimental value of 2.35. The total field gradient calculated under the same conditions, predicts a nuclear quadrupole moment Q in the range of. 107 –127. Barns, which is smaller than the range predicted from the high spin ferric ion results. Reasons for this discrepancy are discussed.

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Zusammenfassung Ausgehend von einem starken kubischen Ligandenfeld und unter Berücksichtigung tetragonaler (R) und rhombischer (u) Verzerrung sowie der Spin-Bahn-Kopplung () werden Eigenfunktionen und Energien fur Low-Spin-Ferrihämoglobinkomplexe berechnet. Mit den Parametern R=1000 cm^–1, u=2000 cm^–1, =420 cm^–1 erhält man für Suszeptibilität, elektrischen Feldgradienten am Fe und g-Werte gute Übereinstimmung mit experimentellen Daten. Aus dem berechneten Feldgradienten folgt ein Quadrupolmoment des Fe⁵⁷ von 0.107–0.127 Barn, im Gegensatz zu den viel höheren Resultaten bei High-Spin-Fe(III)-Verbindungen; diese Diskrepanz wird diskutiert.

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Résumé Les fonctions propres et les énergies du complexe Ferrihémoglobine «low spin» sont calculées pour un fort champ de ligandes à symétrie cubique, en tenant compte des distortions tétragonale (R) et rhomboédrique (u), ainsi que du couplage spin-orbite (). Avec les parametres R=1000 cm^–1, u=2000 cm^–1, =420 cm^–1, on trouve pour la susceptibilité, le gradient du champ électrique à l'emplacement de Fe et le facteur g des valeurs en bon accord avec les données expérimentales. On déduit du gradient de champ calculé un moment quadrupolaire de Fe⁵⁷ de 0,107 à 0,127 Barn, en désaccord avec les résultats beaucoup plus élevés obtenus à partir des associations Fe (III) «high spin». Ce désaccord fait l'objet d'une discussion.