@phdthesis{Stoy2022,
  author    = {Stoy, Andreas},
  title     = {Darstellung, Charakterisierung und Reaktivit{\"a}t von NHC-stabilisierten 1,2-Dihalogendiborenen},
  doi       = {10.25972/OPUS-23781},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-237818},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte eine Reihe symmetrischer und asymmetrischer Tetrahalogendiboran(4)-Addukte realisiert werden. Die symmetrischen Brom-substituierten Vertreter 19 und 102-107 waren durch quantitativen Ligandenaustausch der schwach gebundenen Lewis-Base SMe2 von 101 zug{\"a}nglich. Im Falle der IDip-stabilisierten Addukte 108 bzw. 109a/b gelang die Darstellung in sehr guten Ausbeuten durch direkte Umsetzung von freiem Carben mit den Tetrahalogendiboran(4)-Vorstufen 1 (X = Cl) bzw. 2 (X = I). Die asymme¬trischen Vertreter 113a-116b konnten durch sukzessive Adduktbildung ausgehend von 1 bzw. 6 mit cAAC und dem jeweiligen NHC bei tiefen Temperaturen (-78 °C) in moderaten bis guten Ausbeuten dargestellt werden. Nachfolgende Reduktionsversuche der asymmetrischen Addukte 113a/b und 114b-116b waren von m{\"a}ßigem Erfolg gepr{\"a}gt. Als Reduktionsmittel wurden Alkali- bzw. Erdalkalimetalle, Interkallationsverbindungen und {\"U}bergangsmetallkomplexe eingesetzt. Zwar war in allen F{\"a}llen eine deutliche Farb{\"a}nderung beobachtbar, die, zusammen mit den beobachteten Resonanzen in den 11B-NMR-Spektren, die Synthese von asymmetrischen Diborenen nahelegten, jedoch gelang die Isolierung der Diborene nicht. Hierbei gestaltete sich die Abtrennung der gebildeten Nebenprodukte als problematisch. Deutlich selektiver verliefen hingegen die Reduktionen der symmetrischen Tetrahalogen-diboran(4)-Bis(Addukte) mit NaNaph bei tiefen Temperaturen (-78 °C). Hierbei gelang es, das Portfolio der bereits bekannten Vertreter dieser Substanzklasse zu erweitern. So konnten die Brom-substituierten Diborene 126-128 erstmals vollst{\"a}ndig charakterisiert werden. Der Einfluss der Halogenatome auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Diborene wurde ferner an zwei Beispielen der IDip-stabilisierten Diborene 129 und 130 untersucht. Bei identischem NHC, aber unterschiedlichen Halogenen, konnten die Eigenschaften der Diborene 21, 129 und 130 n{\"a}her untersucht und miteinander verglichen werden. Besonders deutlich werden die Redoxeigenschaften der Diborene von der Art des gebundenen Halogens beeinflusst, wie cyclovoltammetrische Untersuchungen belegen. Alle NHC-stabilisierten 1,2 Dihal¬ogen¬diborene konnten ferner anhand ihrer physikalischen Eigenschaften eingeordnet und miteinander verglichen werden. Neben der Synthese und Charakterisierung neuartiger Diborene wurden auch verschiedene Reaktivit{\"a}tsstudien durchgef{\"u}hrt. So konnten die Diborene 21, 123, 126 und 129 mit CO2 unter milden Bedingungen umgesetzt werden, wobei verschiedene Reaktionsprodukte nachgewiesen wurden. Der initiale Schritt umfasste in allen F{\"a}llen eine [2+2]-Cycloaddition die zu den Dibora-β-Lactonen 131a-134a f{\"u}hrte, von denen 131a und 132a vollst{\"a}ndig charakterisiert werden konnten. Im weiteren Reaktionsverlauf wurden jedoch Isomerisierungsreaktionen von 132a-134a bei Raum¬temperatur beobachtet, wobei die 2,4 Diboraoxetan 3 one 132b-134b isoliert wurden. Bedingt durch die verh{\"a}ltnism{\"a}ßig langsame Umsetzung von 21 zu 132a konnte die [2+2] Cyclo¬addition mittels 1H-VT-NMR-Spektroskopie verfolgt werden, wobei die R{\"u}ckgrat¬protonen der NHCs als selektive Sonde dienten. Eine bemerkenswert hohe Stabilit{\"a}t konnte f{\"u}r 131a bei Raumtemperatur beobachtet werden, bei der keine Anzeichen einer Umlagerung nachweisbar waren. Die angefertigten quantenchemischen Untersuchungen zum Reaktions¬mechanismus legen eine h{\"o}here Energiebarriere des Schl{\"u}sselschrittes der Umlagerungs¬reaktion f{\"u}r 131a als f{\"u}r 132a nahe, womit die Stabilit{\"a}t von 131a erkl{\"a}rbar ist. Ferner konnten beim Erhitzen von 131a f{\"u}r 16 Stunden auf 60 °C kurzlebige Intermediate in Form eines Oxoborans und Borylens, die im Laufe der Isomerisierungsreaktion der Dibora-β-Lactonen zu den 2,4 Diboraoxetan 3 onen auftreten, 11B NMR-spektroskopisch nachgewiesen werden. Hierdurch wurde ein weiteres Indiz gewonnen, dass die Richtigkeit des postulierten Reaktionsmechanimus verdeutlicht. Die reduzierende Wirkung der Diborene konnte mit der Darstellung von Radikalkationen demonstriert werden. Hierbei erfolgte die Umsetzung der Diborene 21, 123-126 und 128 mit [C7H7][BArF4] zu 138-143 in guten bis sehr guten Ausbeuten. Die gebildeten Radikale konnten vollst{\"a}ndig charakterisiert werden und sind wegen ihrer Eigen¬schaften gut mit bereits literaturbekannten Vertretern dieser Substanzklasse vergleichbar. Versuche die Radikalkationen durch Umsetzung der Diborene mit [C7H7][BF4] darzustellen scheiterten an der Zersetzung w{\"a}hrend der Aufarbeitung, wodurch die Wichtigkeit des schwach koordinierenden Anions verdeutlich wird. Entgegen der Erwartungen wurden beim Vergleich der ESR-Spektren der dargestellten Radikalkationen mit bekannten Analoga deutlich unterschiedliche giso-Werte ermittelt, die auf den starken Einfluss der Bromatome zur{\"u}ckzuf{\"u}hren sind. Des Weiteren war es m{\"o}glich, eine Korrelation zwischen den Strukturparametern in der Festphase und den UV/Vis-Absorptionsmaxima in L{\"o}sung nachzuweisen, wonach f{\"u}r diejenigen Radikale die st{\"a}rkste Blauverschiebung beobachtet wurde, die den gr{\"o}ßten Diederwinkel α, zwischen den B2Br2-Ebenen und den CN2C2-Carben-ebenen, aufwiesen. In weiteren Studien wurden die Redoxeigenschaften der Diborene durch Umsetzung von 21 und 123-125 mit elementaren Chalkogenen unter milden Reaktionsbedingungen untersucht. So konnten durch Umsetzung der Diborene mit elementarem Schwefel die Diborathiirane 144-147 in moderaten bis guten Ausbeuten erhalten werden. Trotz eines großen {\"U}berschusses an Schwefel wurde aber keine vollst{\"a}ndige BB-Bindungsspaltung beobachtet. Auf analoge Weise wurden die Diboraselenirane 148, 150 und 151 durch Umsetzung mit rotem Selen in moderaten bis guten Ausbeuten synthetisiert. Deutliche Unterschiede zeigten sich aber beim IDep-stabilisierten Diboren 123, das ein radikalisches Seleniran ausbildete. {\"U}bersch{\"u}s¬siges Selen beg{\"u}nstigt vermutlich eine Folgeoxidation des in situ gebildeten Diboraselenirans, die jedoch f{\"u}r die anderen Verbindungen dieser Substanzklasse nicht beobachtbar war. Interessanterweise wurde bei allen Dipp-substituierten Verbindungen (Diborathiirane 144 und 146 sowie Dibora¬selenirane 148 und 151) das Fehlen einer Dipp-Gruppe der stabilisierten NHC-Basen im 1H NMR-Spektrum nachgewiesen. Dieser Umstand konnte durch eine eingeschr{\"a}nkte Rotation um die BC-Bindungsachse mittels 1H-VT-NMR-Spektrum aufgekl{\"a}rt werden, wobei die Rotationsbarriere exemplarisch f{\"u}r 144 13.9 ± 1 kcal/mol betr{\"a}gt. Eine bemerkenswerte Reaktivit{\"a}t der 1,2-Dibromdiborene 21 und 123-126 wurde gegen{\"u}ber hetero¬aroma¬tischer Stickstoffbasen beobachtet. Mit einem großen {\"U}berschuss an Pyridin konnte ein Bromidanion aus den Diborenen verdr{\"a}ngt werden, wodurch die Diborenkationen 154-158 in moderaten bis guten Ausbeuten erhalten wurden. Die Abtrennung der dabei unvermeidlich gebildeten NHC-Salze gestaltete sich als schwierig, allerdings gelang es, nach einer in situ Deprotonierung mit NaHMDS die freien NHCs zu entfernen. Versuche der Deri-vatisierung mit anderen aromatischen Basen wie 2- bzw. 4-Picolin, Chinolin oder 2,2'-und 4,4'-Bipyridin scheiterten. Erfolgreich konnte DMAP eingesetzt werden, wodurch es m{\"o}glich war, die Diborenkationen 160-162 in guten bis sehr guten Ausbeuten zu erhalten. Interessanterweise zeigen 154-158 teils deutliche solvatochrome Absorptions¬eigenschaften in den UV/Vis-Spektren. Im Laufe der Umsetzung von 125 mit Pyridin konnte durch angepasste Reaktions¬bedingungen das Dikation 159 in moderaten Ausbeuten isoliert werden. Dessen bemerkenswerte Stabilit{\"a}t zeigte sich durch eine ausgepr{\"a}gte Widerstands¬f{\"a}higkeit gegen{\"u}ber Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit {\"u}ber mehrere Wochen. Weiterf{\"u}hrende Unter¬suchungen der Festk{\"o}rperstruktur von 159 zeigen Bindungsparameter, die trotz der ionischen Natur der Verbindung, nur geringf{\"u}gig von denen des neutralen Diborens 125 abweichen. Mittels Raman-Spektroskopie konnten des Weiteren die BB-Bindungsst{\"a}rke in 159 n{\"a}her bestimmt werden, die mit einer Kraftkonstante von 470 N/m nahezu identisch zu der des neutralen Dibores (465 N/m) ist, was R{\"u}ckschl{\"u}sse auf die Lokalisierung der positiven Ladungen auf den Pyridinringen zul{\"a}sst. Aus diesem Grund kann Verbindung 159 als bis dato einziges Beispiel eines luft- und feuchtigkeitsstabilen Diborens bezeichnet werden.},
  subject      = {Bor},
  language  = {de}
}