TY  - THES
A1  - Winner, Lena
T1  - Synthese und Reaktivität neuer Iminoborane
T1  - Synthesis and Reactivity of novel Iminoboranes
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit konnte der erste metallfreie, an Raumtemperatur ablaufende Wasserstofftransfer von Amminboran (NH3BH3) auf Iminoborane durchgeführt werden. Bei der Umsetzung von NH3BH3 mit Di tert butyliminoboran XXIIIa wurde die Bildung des hydrierten Iminoborans 1 beobachtet. DFT Rechnungen belegen einen konzertierten H+/H- Transfer von NH3BH3 mit einer Aktivierungsenergie weit unter der vergleichbarer Wasserstoffübertragungsreaktionen. Da trotz zahlreicher Versuche keine geeigneten Einkristalle von 1 für eine strukturelle Charakterisierung erhalten werden konnten, wurde 1 mit IPr bzw. etherischer HCl umgesetzt, wobei das Addukt 2 bzw. das 1,2 Additionsprodukt 3 isoliert und vollständig charakterisiert werden konnte.
Darüber hinaus konnten weitere sterisch anspruchsvolle disubstituierte Amminborane dargestellt werden, die ebenfalls die Fähigkeit besitzen, das Di tert butyliminoboran XXIIIa zu hydrieren. Dafür wurden die Arylamminborane (Aryl = Dur (4) & Tip (5)) dargestellt und mit XXIIIa umgesetzt. Hierbei bildeten sich neben 1 die entsprechenden Arylaminoborane 6 und 7.
Ein weiteres Ziel war die Synthese neuartiger Iminoborane. Dafür wurden zwei ferrocenylsubstituierte Aminoboranpräkursoren dargestellt (Schema 53). Über eine Chlorsilan Eliminierung sollte aus Verbindung 8 das entsprechende Iminoboran 9 synthetisiert werden. Jedoch zeigten sich in 11B NMR spektroskopischen Untersuchungen nur Zersetzungsprodukte. Des Weiteren wurde versucht, eine HCl Abstraktion mit Hilfe von verschiedenen Abstrahierungs-Reagenzien, ausgehend von dem Aminoboranpräkursor 10, zu initiieren. Diesbezüglich wird 10 mit diversen Substraten (Na[BAr4F], Na[BAr4Cl], NaH, LiTmp und Na[HMDS]) umgesetzt, wobei sich allerdings für keine der eingesetzten Reagenzien die gewünschte HCl Eliminierung zeigte. 
Ferner wurde der Aminoboranpräkursor 1,4-Bis{[tert-butyl(trimethylsilyl)amino]-chlorboranyl}durylen 14 erfolgreich dargestellt. Allerdings verlief die Chlorsilan-Eliminierung zu dem Bis-(tert-butylimino)durylenboran 15 im Pyrolyseofen erfolglos.
Weitere Syntheseversuche der Aminoborane 16, 17 und 19 als Präkursoren für das (tert-Butylimino) tris  bzw. bis (trifluormethyl)phenylboran führten nicht zum gewünschten Ziel (Abbildung 29). Die Bildung dieser Aminoborane läuft unselektiv ab und es werden erhebliche Mengen unerwünschter Nebenprodukte beobachtet. Daher können keine analysenreinen Endprodukte isoliert werden.
Im Gegensatz dazu gelang die Darstellung des CF3 meta substituierten Präkursors 21. Durch anschließende Chlorsilan-Eliminierung konnte das (tert Butylimino) 3,5 bis(trifluormethyl)phenylboran 22 isoliert werden. Als Oligomerisierungsprodukt von 22 wurde das Dewar Borazin-Derivat 23 nachgewiesen.
Weiterhin wurde der Aminoboranpräkursor Trietylphenyl[tert-butyl(trimethylsilyl)amino]chlorboran 24 erfolgreich dargestellt (Schema 56). Nach anschließender Chlorsilaneliminierung im Pyrolyseofen konnte die Bildung des (tert Butylimino)-2,4,6-triethylphenylborans 25 beobachtet werden. Durch Erwärmen von 24 für zwei Stunden auf 100 °C wurde das Dimerisierungsprodukt 26 detektiert.
Die Umsetzung des Iminoborans 25 mit cAAC lieferte bei tiefen Temperaturen das Addukt 28. Erwärmen des Reaktionsgemisches auf Raumtemperatur führte zur Bildung des Cyclopropan Intermediats 30. Ferner ergab das Erhitzen auf 50 °C unter intramolekularem Ringschluss das bicyclische 1,2-Azaborolidin 31.
Außerdem wurde das Azaborinin 27 über eine metallkatalysierte Syntheseroute, ausgehend von dem Iminoboran 25 und dem Rhodiumkatalysator [{RhCl(PiPr3)2}2] LXV, unter Acetylenatmosphäre dargestellt.
Angesichts weiterer Reaktivitätsstudien von Iminoboranen gegenüber Lewissäuren, wurde das Di tert butyliminoboran XXIIIa mit Tris(pentafluorphenyl)boran umgesetzt (Schema 59). Bei der Reaktion findet eine Carboborierung statt; demgemäß handelt es sich um eine 1,2 Addition des Borans an das Iminoboran unter Bor-Kohlenstoff Bindungspaltung. DFT Rechnungen zufolge beträgt die freie Energie der Reaktion -17.4 kcal mol-1 und läuft damit exergonisch ab.
Des Weiteren konnte mit dem NHC IDip (1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-yliden) in Reaktivitätsstudien mit (tert Butylimino)mesitylboran XXIIIb die Bildung des Aminoborans 34 beobachtet werden. Dieses entsteht durch die Migration eines Dipp Restes des NHC´s zum Stickstoffatom des vormaligen Iminoborans. Dieser Reaktionstyp stellt ein neues Beispiel für die Reaktivität zwischen Iminoboranen und NHCs im Gegensatz zu klassischen Adduktformationen dar.
Einen weiteren neuartigen Beitrag zur Iminoboranchemie lieferte die Reaktion von Di tert butyliminoboran XXXII und dem von Tacke et al.  entwickelten Bis(amidinato)silylen XCVI. Bei dem Reaktionsprodukt handelt es sich um eine bicyclische Silaiminboranstruktur, welche aus der Insertion von XCVI in die BN Dreifachbindung des Iminoborans hervorgeht. DFT Rechnungen bestätigen eine exergonische Reaktion mit einer Gesamtenergie von -28.4 kcal mol-1. Eine Insertion in eine Bor-Stickstoff-Dreifachbindung ist unter den Reaktivitätsstudien mit Iminoboranen ein seltener Reaktionstyp.
Überdies wurde die Reaktion zwischen dem Pentafluorphenyl-(tert-butyl)iminoboran (XCVII) und PiPr3 beobachtet. Dabei fand formal eine CH Aktivierung der drei Isopropyleinheiten von PiPr3 mit den Boratomen von drei XCVII-Einheiten statt. Zusätzlich bindet ein Sauerstoff  an das Phosphoratom. Die Ursache dieser Beobachtung und der Mechanismus dieser Reaktion ist bislang nicht geklärt.
N2  - Within the scope of this work, the first spontaneous, metal-free, room temperature hydrogen transfer from ammonia-borane to iminoborane can be pointed out. When di tert butyliminoborane XXIIIa was reacted with NH3BH3 the formation of 1 could be revealed (Scheme 1). DFT-calculations of the mechanism indicate a concerted transfer of H+ and H– with an activation energy far below those of comparable concerted transfer hydrogenations.[126-129] However, because of several attempts to crystallise 1 failed, 1 was reacted with IPr and HCl, respectively to yield compound 2 and 3, which were fully characterised (Scheme 1).
Beyond that, the sterically more demanding arylamineboranes (aryl = dur (4) & tip (5)) were synthesised and it could be shown that these compounds were also able to hydrogenate di-tert-butyliminoborane XXIIIa (Scheme 2). Therefore, the reaction of 4 and 5 with XXIIIa yielded not only compound 1, but also the corresponding arylaminoboranes 6 and 7.
A further goal was the synthesis of novel iminoboranes. Therefore, the two ferrocenyl substituted aminoborane precursors were synthesised (Scheme 3). The chlorosilane elimination should lead to the iminoborane 9 starting from compound 8. Unfortunately, 11B NMR spectroscopic investigations showed only decomposition products. Furthermore, the aminoborane precursor 10 was treated with different substrates (NaBAr4F, NaBAr4Cl, NaH, LiTmp und NaHMDS) to eliminate HCl and to achieve compound 9. Unfortunately, no HCl elimination took place. 
Moreover, the aminoborane precursor 1,4-bis{[tert-butyl(trimethylsilyl)amino]-chloroboranyl}durylene 14 was synthesised successfully. However, the chlorosilane elimination to the 1,4-bis-(tert-butylimino)durylenborane 15 in the pyrolysis oven was unsuccessful (Scheme 4).
Further attempts to synthesise 16, 17 and 19 as precursors for the (tert-butylimino) tris  or bis (trifluoromethyl)phenylborane did not lead to the desired iminoborane through halogensilane elimination (Figure 1). The formation of these aminoboranes proceed unselectively and the formation of undesired by products can be observed. For that reason, no pure products could be isolated.
In contrast, the synthesis of the CF3 meta substituted precursor 21 (Scheme 5) was successful. Further, the chlorosilane elimination led to the (tert butylimino)-3,5 bis(trifluormethyl)-phenylborane 22 which could be isolated. The oligomerisation product turned out to be the trimerisation product Dewar borazine derivative 23 (Scheme 5). 
Furthermore, the aminoborane precursor triethylphenyl[tert-butyl(trimethylsilyl)amino]-chloroborane 24 was synthesised (Scheme 6). The following chlorosilane elimination in the pyrolysis oven led to the formation of the (tert butylimino)-2,4,6-triethylphenylborane 25. After warming compound 24 for two hours at 100 °C the dimerisation product 26 was detected (Scheme 6). 
The reaction of the novel iminoborane 25 with cAAC at low temperature provided the adduct 28. Warming the reaction mixture to room temperature led to the formation of the cyclopropanintermediate 30. Further, the heating of 30 to 50 °C gave the bicyclic 1,2 azaborilidine compound 31 (Schema 57).
In addition, the azaborinine 27 could be synthesised utilizing a [2+2]/[2+4] cycloaddition reaction of the iminoborane 25 with acetylene in the presence of the rhodium catalyst [{RhCl(PiPr3)2}2] (LXV) (Scheme 8).
Considering further reactivity studies of iminoboranes towards a Lewis acid, di tert butyliminoborane XXIIIa was reacted with tris(pentafluorophenyl)borane (Scheme 9). Thus, a carboboration took place, a 1,2 addition of the borane to the iminoborane with a BC bond cleavage. DFT calculations showed a total energy of the reaction of 17.4 kcal mol1, which implies an exergonic reaction.
Besides, the reaction of the NHC, IDip (1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-ylidene) with (tert Butylimino)mesitylborane XXIIIb yielded the aminoborane 34, through a shift of one carbene-bound dipp substituent to the iminoborane nitrogen atom of the former iminoborane (Scheme 10). This reaction is another example of an unexpected reactivity of iminoboranes and is in contrast with classical adduct formation.
An additional contribution to the iminoborane chemistry is the reaction of di tert butyliminoborane XXXII with the bis(amidinato)silicon(II) XCVI of the Tacke group (Scheme 11). The reaction gives a bicyclic silaimineborane structure, which was formed through an insertion of XCVI in the BN triple bound of the iminoborane. DFT calculations confirm an exergonic reaction with a total free energy of -28.4 kcal mol-1. The insertion in the B-N bond of iminoboranes are very rare, which makes this type of reaction very interesting.
Moreover, the reaction of (pentafluorophenyl)-tert-butyliminoborane XCVII and PiPr3 was observed. In this reaction a formal CH activation of the three isopropyl units of PiPr3 with the boron atoms of three XCVII units took place. Additionally an oxygen binds at the phosphorus atom. The reason of this observation and the mechanism of this reaction is not yet clear.
KW  - Bor
KW  - Iminoboran
KW  - Mehrfachbindung
KW  - Heterocyclische Carbene <-N>
KW  - Reaktivität
KW  - NHC
KW  - cAAC
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-169169
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rang, Maximilian
T1  - Metallähnliche Reaktivität \(in\) \(situ\) erzeugter Borylene
T1  - Metallomimetic reactivity of transiently generated borylenes
N2  - Einfach Lewis-Basen stabilisierte Borylene wurden durch Reduktion in situ hergestellt und in Gegenwart von Kohlenstoffmonoxid oder Distickstoff umgesetzt. Die entstandenen Verbindungen wurden mittels NMR-, ESR-, UV/Vis- und IR-Spektroskopie sowie Einkristallröntgenstrukturanalyse charakterisiert. Im Zuge dessen konnten für die erhaltenen Spezies Eigenschaften ermittelt werden, die denen analoger Übergangsmetallkomplexe ähneln. Ferner konnten die zugrundeliegenden mechanistischen Vorgänge der Reaktionen durch gezielte Variation der Reaktionsparameter aufgeklärt werden. Zudem wurden Redoxverhalten und Reaktivitäten der isolierten Produkte in weiterführenden Studien näher untersucht.
N2  - Mono(Lewis base)-stabilized borylenes were transiently generated by reduction and converted in the presence of carbon monoxide or dinitrogen. The resulting compounds were characterized by means of NMR, EPR, UV-vis and IR spectroscopy as well as X-ray diffraction analysis. The properties determined for the isolated species in the course of these investigations closely resemble those of analogous transition metal complexes. Furthermore, it was possible to elucidate the mechanistic processes underlying the reactions through systematic alteration of the reaction parameters. Additionally, the redox behaviour and reactivities of the isolated products were examined more closely.
KW  - Bor
KW  - Distickstoff
KW  - Kohlenstoffmonoxid
KW  - Borylene
KW  - niedervalente Borverbindungen
KW  - Distickstoff Aktivierung
KW  - Distickstoff Spaltung
KW  - Borylencarbonyle
KW  - Kohlenmonoxid
KW  - cAAC
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-240465
ER  - 
TY  - THES
A1  - Philipp, Michael Stephan Maria
T1  - N-Heterocyclic Carbenes and Cyclic (Alkyl)(amino)carbenes as Ligands for p-Block Element Compounds
T1  - N-Heterocyclische Carbene und Cyclische (Alkyl)(amino)carbene als 
Liganden für p-Block-Element-Verbindungen
N2  - In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese und Reaktivität neuer NHC- und cAAC-stabilisierter Lewis-Säure/Lewis-Base-Addukte von Verbindungen mit Elementen der Gruppen 14 und 15 beschrieben.
N2  - This thesis reports on synthesis and reactivity of new NHC- and cAAC-stabilized Lewis-acid/Lewis-base adducts of group 14 and group 15 element compounds.
KW  - Lewis-Addukt
KW  - Heterocyclische Carbene <-N>
KW  - NHC
KW  - cAAC
KW  - p-Block Elements
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-289295
ER  - 
TY  - THES
A1  - Auerhammer, Dominic
T1  - Synthese und Reaktivität von niedervalenten Bor(I)-Verbindungen
T1  - Synthesis and Reactivity of Low-valent Boron(I) Compounds
N2  - Kapitel 1 Darstellung und Reaktivität des Cyanoborylens (3) 
Im Rahmen dieser Arbeit ist es gelungen, in einer dreistufigen Synthese das erste basenstabilisierte Cyanoborylen [(cAAC)B(CN)]4 (3) in hohen Ausbeuten darzustellen (Schema 64). Hervorzuheben ist hierbei, dass dieser Ansatz keine „klassische“ Metallborylen- Vorstufe benötigt, weshalb wenig Synthesestufen und bessere Ausbeuten erreicht werden konnten. Schema 64. Darstellung von [(cAAC)B(CN)]4 (3). Eine erste Besonderheit von [(cAAC)B(CN)]4 (3) ist, dass dieses das einzige bislang bekannte Borylen darstellt, welches eine Stabilisierung durch Oligomerisierung erfährt und somit in Folgereaktionen nicht erst in situ generiert werden muss. Die elektronische Untersuchung von 3 durch Cyclovoltammetrie hat zudem gezeigt, dass 3 ein Redoxpotential von E1/2 = −0.83 V besitzt und somit eine chemische Oxidation zu neuen Verbindungen führen könnte, was durch Umsetzung mit AgCN demonstriert wurde (Schema 65). Hierdurch konnte [(cAAC)B(CN)3] (4) erfolgreich dargestellt und vollständig charakterisiert werden. [(cAAC)B(CN)3] (4) ist erst das zweite strukturell untersuchte basenstabilisierte Tricyanoboran. Zudem wurde die Reaktivität von [(cAAC)B(CN)]4 (3) gegenüber verschiedenen Lewis-Basen untersucht. Ziel hierbei war es, das oligomere Strukturmotiv aufzubrechen und gemischte zweifach basenstabilisierte Borylene zu realisieren. Hierbei konnte eine deutliche Abhängigkeit von der Basenstärke und dem sterischen Anspruch der Lewis-Base aufgedeckt werden. So hat sich gezeigt, dass Lewis-Basen wie THF, MeCN, Pyridin und PEt3 zu schwach sind, um die oligomere Struktur aufzubrechen. Im Gegensatz dazu führten die Umsetzungen von [(cAAC)B(CN)]4 (3) mit den starken Lewis-Basen cAAC bzw. IPr zu keinerlei Umsatz, was vermutlich auf einen zu großen sterischen Anspruch zurückzuführen ist. Dementsprechend verlief die Umsetzung von [(cAAC)B(CN)]4 (3) mit der starken und sterisch nicht anspruchsvollen Base IMeMe erfolgreich und lieferte [(cAAC)B(CN)(IMeMe)] (5) in guten Ausbeuten (Schema 65). Schema 65. Umsetzung von [(cAAC)B(CN)]4 (3) mit AgCN und IMeMe. Während [(cAAC)B(CN)(PEt3)] (6) nicht durch Umsetzung von [(cAAC)B(CN)]4 (3) mit PEt3 zugänglich ist, konnte dieses jedoch auch durch Reduktion von [(cAAC)BBr2(CN)] (2) in Gegenwart von PEt3 erhalten werden (Schema 66). [(cAAC)B(CN)(PEt3)] (6) stellt hierbei das das bislang erste bekannte Phosphan-stabilisierte Borylen dar. Schema 66. Kristallstruktur und Synthese von [(cAAC)B(CN)(PEt3)] 6. 
Kapitel 2 Reaktivität von 3 gegenüber Chalcogenen und Chalcogeniden 
In weiterführenden Studien wurde zudem die Reaktivität von 3 gegenüber Chalcogenen und Chalcogeniden im Detail untersucht. Durch Verwendung der entsprechenden Stöchiometrie konnte 3 hierbei selektiv zu den Bor-Chalcogen-Heterocyclen 9, 10, 13-15 umgesetzt werden (Schema 67). Schema 67. Darstellung von 9, 10, 13-15. Diese Ergebnisse wurden anschließend mit der Reaktivität des Konstitutionsisomers LII verglichen. In diesem Zusammenhang konnten 11 und 12 durch stöchiometrische Reaktionsführung dargestellt werden (Schema 68), welche nachfolgend in die bereits erwähnten Verbindungen 9 und 10 überführt werden konnten (Schema 69). Schema 68. Darstellung von 11 und 12. Schema 69. Darstellung von 9 und 10 aus 11 bzw. 12. Des Weiteren konnte 3 erfolgreich mit Ph2Se2, Me2Se2 und Ph2S2 zu 16-18 umgesetzt werden (Schema 70), wobei 16 und 18 auch durch Umsetzung von LII mit Ph2Se2 bzw. Ph2S2 zugänglich sind (Schema 70). Schema 70. Synthese von 16-18. Das tetramere Borylen 3 und das Diboren LII zeigen ähnliche Reaktivitäten gegenüber elementaren Chalcogenen sowie Dichalcogeniden. Lediglich die Darstellung der dreigliedrigen B2E-Heterocyclen 11 und 12 gelingt selektiv nur ausgehend von LII.
Kapitel 3 Darstellung und Reaktivität des Borylanions (19)
Ein weiterer Aspekt dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Synthese und Reaktivität des Borylanions 19, eines der wenigen bekannten nukleophilen Borspezies. Der Zugang zu 19 durch Deprotonierung von 1 (Schema 71) ist hierbei besonders bemerkenswert, da es eine bis dato kaum bekannte bzw. verwendete Methode ist, da borgebundene Wasserstoffatome in der Regel hydridischer Natur sind, weshalb eine Deprotonierung normalerweise nicht möglich ist und nur für zwei weitere Systeme beschrieben ist. Hierzu zählen die Synthese des Dianions XLVII[6a, 6b] und die Synthese des Borylanions XLVIII[45]. Eine Gemeinsamkeit dieser drei Spezies ist die Gegenwart elektronenziehender Cyanidsubstituenten welche eine Umpolung der B‒H-Bindung bedingen, wodurch eine Deprotonierung erst ermöglicht wird. Schema 71. Synthese von 19. Um diesen Sachverhalt genauer zu untersuchen, wurden Rechnungen durchgeführt und die partiellen Ladungen (NBO) des borgebunden Wasserstoff an BH3, [(cAAC)BH3] und 1 auf dem BP86/def2-SVP-Niveau berechnet (Abbildung 53). Abbildung 53. Teilladungen (NBO) von BH3, [(cAAC)BH3] und 1 (BP86/def2-SVP). Durch Austausch eines der Hydride in [(cAAC)BH3] durch eine Cyanogruppe werden die borgebunden Wasserstoffe in 1 deutlich protischer (+0.038, +0.080), wobei schon durch Koordination des cAAC-Liganden an BH3 zwei der vorher hydridischen Wasserstoffe (BH3: partielle Ladung: –0.101) erheblich positiver geladen wird (+0.050). Der nukleophile Charakter von 19 wurde anschließend durch Reaktivitätsstudien untersucht. So führte die Umsetzung von 19 mit [(PPh3)AuCl] zur Bildung von [(cAAC)BH(CN)(AuPPh3)] (20) (Schema 72). Während die Umsetzung von 19 mit Tritylderivaten keine isolierbare Verbindung lieferte, konnte durch Umsetzung mit den schweren, weichen Homologen R3ECl (R = Ph, E = Ge, Sn und Pb; R = Me, E = Sn) eine ganze Reihe von Boranen dargestellt werden (Schema 72). Schema 72. Synthese von 20-24. Die Umsetzung der entsprechenden Silylderivate R3SiCl war hingegen mit einem anderen Reaktionsverlauf verbunden (Schema 73). Schema 73. Synthese von 25-28. Demnach erfolgt die Reaktion von 19, im Gegensatz zu den höheren Homologen, mit den Silylderivaten nicht am weichen, nukleophilen Borzentrum sondern am härteren Cyanostickstoffatom. Demzufolge wurden hierbei zunächst die Silylisonitrilverbindungen 25 und 26 gebildet, wobei 25 labil ist und innerhalb kürzester Zeit in 27 übergeht. Im Gegensatz dazu konnte 28 nur durch Bestrahlung von 26 dargestellt werden. Die Bindungsverhältnisse in 26 wurden zudem auch durch DFT-Rechnungen auf dem BP86/def2-SVP-Niveau untersucht. Die Analyse der Kohn–Sham MOs offenbarte hierbei ein HOMO mit π-Bindungscharakter über die gesamte CcAAC‒B‒CCN-Einheit mit angrenzendem π-Antibindungscharakter über die C‒NEinheiten beider Donorliganden (Abbildung 54). Abbildung 54. Gemessene (links) und berechnete (mitte) Struktur und HOMO (rechts) von 26. Während die Umsetzung von 26 mit Cu(I)Cl dessen hohes Reduktionsvermögen verdeutlichte, führte die Umsetzung mit Lithium in THF zur Bildung des Borylanions 19 und LiSiPh3. Die Reaktion von 26 mit BH3∙SMe2 lieferte hingegen quantitativ [(cAAC)BH3] (29), während bei Umsetzung mit Ph3SnCl quantitativ 22 gebildet wurde (Schema 74). Dieses sehr unterschiedliche Reaktionsverhalten rechtfertigt eine Beschreibung von 26 sowohl als ein Silylisonitrilborylen, als auch eine zwitterionische Silyliumboryl-Spezies. Schema 74. Ambiphile Reaktivität von 26 als neutrales Silylisonitrilborylen (A) oder als zwitterionische Silyliumboryl-Spezies (B).
Kapitel 4 Darstellung und Reaktivität von [(cAAC)BH3] (29)
Da 1 selektiv deprotoniert werden kann und [(cAAC)BH3] (29) Rechnungen zufolge ebenfalls borgebundene Wasserstoffe mit protischem Charakter besitzt, wurde versucht, diese Reaktivität auf 29 zu übertragen. Demzufolge wurde im Rahmen dieser Arbeit [(cAAC)BH3] (29) dargestellt und dessen Reaktivität gegenüber anionischen (Schema 75) und neutralen (Schema 76) Nukleophilen untersucht. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Umsetzung von [(cAAC)BH3] (29) mit Lithiumorganylen nicht zur Deprotonierung führt, sondern zur Bildung der Lithiumborate 30, 32 und 34, unabhängig von der Hybridisierung des Lithiumorganyls (sp3: LiNp, sp2: LiMes, sp: LiCCPh). Der Reaktionsmechanismus wurde durch DFT-Rechnungen untersucht (Abbildung 47). Diese zeigen eindeutig, das [(cAAC)BH3] (29) in einem Gleichgewicht mit dem entsprechenden Boran [(cAAC‒H)BH2] steht. Bei der stark exergonischen nukleophilen Addition der entsprechenden Basen wird [(cAAC‒H)BH2] aus dem Gleichgewicht entfernt (30: −29.6 kcal∙mol‒1; 32: ‒12.4 kcal∙mol‒1) und die Lithiumborate 30 und 32 gebildet. Diese Lithiumborate gehen dann durch Reaktion mit Me3SiCl in die entsprechenden cAACBoranaddukten 31, 33 und 35 über (Schema 75).  Schema 75. Synthese von 30-35. Diese zweistufige Synthese ist deshalb bemerkenswert, da dies einer ungewöhnlichen Substitution an einem sp3-Boran gleichkommt. Des Weiteren wurde die Reaktivität von [(cAAC)BH3] (29) gegenüber neutralen Lewis-Basen untersucht. So konnte bei der Umsetzung mit cAAC Verbindung 36 und bei der Umsetzung mit Pyridin Verbindung 37 erhalten werden (Schema 76). Schema 76. Synthese von 36 und 37. Der Mechanismus der Bildung von 36 und 37 wurde ebenfalls durch DFT-Rechnungen untersucht, welche auf eine reversible Reaktion des Pyridin-Addukts 37 hindeutet. Dies konnte auch experimentell bestätigt werden. Im Gegensatz dazu ist die Bildung von 36 irreversibel.
Kapitel 5 Darstellung und Vergleich neuer Diborene
Im Rahmen dieser Arbeit ist es zudem gelungen, eine Reihe an NHC-Boranaddukten (42-50) darzustellen und diese zum Großteil in die entsprechenden Diborene (51-58) zu überführen (Schema 77). Schema 77. Synthese der NHC-Boranaddukte 42-50 sowie deren Umsetzung zu den Diborenen 51-58. Die meisten Verbindungen konnten hierbei vollständig charakterisiert und somit die NMR-spektroskopischen und strukturellen Daten miteinander verglichen werden. Die 11B-NMRSignale von 51-58 wurden in einem engen Bereich (20.2 bis 22.5 ppm) beobachtet, welcher sich mit dem von X und XI (21.3 und 22.4 ppm)[17] deckt. Im Festkörper weisen die Diborene einen B‒B-Abstand zwischen 1.576(4) Å (51) und 1.603(4) Å (54) auf, ohne dass ein Trend
erkennbar ist. Dieser Bereich ist zudem nahezu identisch mit bereits bekannten IMe-stabilisierten 1,2-Diaryldiborenen (1.585(4) bis 1.593(5) Å).[16-17] Einige dieser Diborene sind durch die entsprechende Wahl des Substitutionsmusters sehr labil und konnten deshalb nicht isoliert werden. Es ist dennoch gelungen UV-vis-spektroskopische Daten von 51, 52, 57 und 58 zu erhalten (Abbildung 55). Abbildung 55. UV-vis-Absorptionsspektren von 51, 52, 57 und 58. Die genaue Analyse der UV-vis-Spektren von 51, 52, 57 und 58 offenbart eine gewisse Abhängigkeit der Maxima vom Substitutionsmuster. Der Vergleich der Diborene 51-58 hat gezeigt, dass das Substitutionsmuster einen entscheidenden Einfluss auf die Lage der Grenzorbitale hat, was die Eigenschaften der Diborene deutlich verändert. So führte die Einführung einer Diphenylaminogruppe am Thienylrest zur Aufhebung der Koplanarität der Th‒B=B‒Th-Ebene, weshalb die entsprechenden Spezies durch die fehlende π-Konjugation sehr labil sind. Diese Beeinflussung der Koplanarität konnte bereits in kleinem Ausmaß bei der Substitution durch eine Me3Si-Gruppe beobachtet werden. Auch der Einfluss unterschiedlicher NHCs wurde untersucht. Während die Einführung von IMeMe kaum einen Einfluss auf die Absorptionsmaxima zeigt, führt die Verwendung von IPr zu einer deutlichen Verschiebung. Als das stabilste Diboren erwies sich im Rahmen dieser Untersuchung das [(IMe)BTh)]2 (X).
N2  - Chapter 1 Synthesis and reactivity of cyanoborylene 3
In the context of this work, a successful high-yielding three-step synthesis of the first basestabilised cyanoborylene [(cAAC)B(CN)]4 (3) was developed (Scheme 1). It should be emphasized that this approach does not involve a „classical“ metal borylene precursor, which is why fewer synthetic steps and better yields could be achieved.  Scheme 1. Synthesis of the tetrameric borylene [(cAAC)B(CN)]4 (3). The first notable feature of borylene 3 is its unique self-stabilising nature via oligomerization, which means that it does not have to be generated in situ. The electronic properties of 3 were
investigated by cyclic voltammetry, showing an oxidation wave at E1/2 = −0.83 V, implying that chemical oxidation could lead to new compounds. This was demonstrated by the reaction with AgCN (Scheme 2) which yielded [(cAAC)B(CN)3] (4). Compound 4 is only the second structurally characterized base-stabilized tricyanoborane. Additionally, the reactivity of 3 with different Lewis bases was investigated. The aim was to break up the tetrameric structural motif and obtain mixed base-stabilized borylenes. This study demonstrated dependence on the strength and steric demands of the Lewis base. Weak Lewis bases such as THF, MeCN, pyridine and PEt3 proved too weak to break up the tetrameric structure. Similarly, the reaction of 3 with strong Lewis bases such as cAAC or IPr remained unsuccessful, probably due to a too large
steric hindrance. In contrast, the reaction of 3 with the strong and sterically non-demanding base IMeMe successfully yielded the mixed base borylene [(cAAC)B(CN)(IMeMe)] (5) in high yields (Scheme 2). Scheme 2. Reactions of [(cAAC)B(CN)]4 (3) with AgCN and IMeMe. While [(cAAC)B(CN)(PEt3)] (6) could not obtained by reaction of 3 with PEt3, this could be achieved by reducing [(cAAC)BBr2(CN)] (2) in the presence of excess PEt3 (Scheme 3). [(cAAC)B(CN)(PEt3)] (6) represents the first known phosphine-stabilized borylene. Scheme 3. Synthesis of [(cAAC)B(CN)(PEt3)] 6. Chapter 2 Reactivity of 3 toward chalcogens and chalcogenides In further studies, the reactivity of 3 towards elemental chalcogens was investigated in detail. By using the appropriate stoichiometry, 3 could be selectively converted to the four-, five- or six-membered diborachalcogen heterocycles 9, 10, 13-15 (Scheme 4). Scheme 4. Synthesis of 9, 10, 13-15 from 3. These results were then compared with the reactivity of the constitutional isomer of 3, diborene LII towards elemental chalcogens. In this context, the 3-membered B2E heterocycles 11 and 12 could be prepared by stoichiometric reaction (Scheme 5). These could subsequently be converted into the four-membered B2E2 heterocycles 9 and 10 already mentioned (Scheme 6). Scheme 5. Synthesis of 11 und 12 from diborene LII. Scheme 6. Synthesis of 9 and 10 by ring-expansion of 11 or 12. Furthermore, borylene 3 was successfully converted to the boron dichalcogenides 16-18 with Ph2Se2, Me2Se2, and Ph2S2 (Scheme 7). 16 and 18 were also accessible by reaction of diborene LII with Ph2Se2 and Ph2S2, respectively (Scheme 7). Scheme 7. Synthesis of dichalcogenides 16-18 from borylene 3 and diborene LII. The tetrameric borylene 3 and the diborene LII show similar reactivities towards elemental chalcogens and dichalcogenides. Only the synthesis of the 3-membered B2E heterocycles 11 and 12 succeeds exclusively from LII. Chapter 3 Synthesis and reactivity of the boryl anion (19) Another aspect of this work was the synthesis and reactivity of the (cyano)hydroboryl anion 19, a rare example of a nucleophilic boron species. The access to 19 by deprotonation of the (dihydro)cyanoborane 1 (Scheme 8) is particularly noteworthy, since boron-bonded hydrogen atoms are usually hydridic in nature and not amenable to deprotonation. Only two other systems allowing the deprotonation of a borane have been described. The tricyano-boryl dianion XLVII[6a, 6b] and the synthesis of the dicyanoboryl anion XLVIII[45]. A common feature of these three species is the presence of electron-withdrawing cyanide substituents, which cause an Umpolung of the B−H bond, thus enabling deprotonation. Scheme 8. Synthesis and solid state structure of the boryl anion 19. To investigate this peculiary more closely, calculations were carried out on the BP86/def2-SVPLevel and the partial charges (NBO) of boron-bound hydrogen at BH3, [(cAAC)BH3] and 1 calculated (Figure 1). Figure 1. Partial charges (NBO) of BH3, [(cAAC)BH3] and 1 (BP86/def2-SVP). By replacing one of the hydrides in [(cAAC)BH3] by a cyano group, the boron-bound hydrogens in 1 become significantly more protic (+0.038, +0.080). Even coordination of the cAAC ligand to BH3 results in two of the previously hydridic hydrogens (BH3: partial charge: –0.101) to became much more positive (+0.050). The nucleophilic character of 19 was then examined by reactivity studies. For example, the reaction of 19 with [(PPh3)AuCl] led to the formation of the gold boryl complex [(cAAC)BH(CN)(AuPPh3)] (20) (Scheme 9). While the reaction of 19 with trityl derivatives did not yield any isolable compound, reactions with the heavier group 14 homologues R3ECl (R = Ph, E = Ge, Sn und Pb; R = Me, E = Sn) yielded a series of triorganotetrel boranes, compounds 21-24 (Schema 9). Scheme 9. Synthesis of 20-24 from boryl anion 19. The reaction of the corresponding silyl derivatives R3SiCl with 19, however, provided a different course of reaction (Scheme 10). Scheme 10. Synthesis of 25-28 from boryl anion 19. In contrast to the higher homologues, the reaction of 19 with the silyl derivatives occurs not at the soft, nucleophilic boron center but at the harder cyano nitrogen atom. The silylisonitrile compounds 25 and 26 were initially formed as the kinetic products. However, 25 was labile and transformed rapidly into the silylborane 27. In contrast, the silylborane 28 could only be obtained by irradiation of 26. In addition, the bonding situation in 26 were examined by DFT calculations at the BP86/def2-SVP level. The Kohn–Sham MO analysis revealed a HOMO with π-character over the entire CcAAC‒B‒CCN unit with contiguous π-antibonding character across the C‒N units of both donor ligands (Figure 2). Figure 2. X-ray crystallographic (left) and calculated (center) structure and HOMO (right) of 26 (BP86/def2-SVP). The electronic nature of 26 was also investigated experimentally. While the reaction of 26 with Cu(I)Cl, which yielded Cu(0), demonstrated its high reducing power, the reaction with elemental lithium in THF led to the formation of the boryl anion 19 and LiSiPh3. In contrast, the reaction of 26 with BH3∙SMe2 quantitatively gave [(cAAC)BH3] (29), while the (triphenyltin)borane 22 was quantitatively formed upon reaction with Ph3SnCl (Scheme 11). This divergent reaction behavior justifies a description of 26 as both a silylisonitrile borylene and a zwitterionic silylium boryl species. Scheme 11. Ambiphilic reactivity of 26 as a neutral silylisonitrile borylene (A) or as a zwitterionic silylium boryl species (B). Chapter 4 Synthesis and reactivity of [(cAAC)BH3] (29) Since [(cAAC)BH2(CN)] 1 can be selectively deprotonated and [(cAAC)BH3] (29) also dispays slightly protic boron-bound hydrogens (see Figure 1), attempts were made to deprotonate 29. For this purpose [(cAAC)BH3] (29) was synthesized and its reactivity towards anionic (Scheme 12) and neutral (Scheme 13) nucleophiles was investigated.
Instead of a deprotonation, the reaction of [(cAAC)BH3] (29) with organolithium compounds leads tot he formation of lithium borates 30, 32 and 34, in which a hydrogen has migrated from boron to cAAC and the organic residue is bound to the boroncenter. This reactivity is applicable to sp3-, sp2- and sp-hybridized organolithium compounds. The reaction mechanism was also examined by DFT-calculations. These clearly show that [(cAAC)BH3] (29) is in equilibrium with the tautomeric borane [(cAAC‒H)BH2] by migration of one hydrogen from boron to cAAC. The strongly exergonic nucleophilic addition of the LiR bases with [(cAAC‒H)BH2] (30: ‒29.6 kcal∙mol‒1; 32: ‒12.4 kcal∙mol‒1) directly leads to the formation of the lithium borates 30 and 32. The latter then react with Me3SiCl under elimination of LiCl and Me3SiH to form the cAAC-borane adducts 31, 33 and 35 (Scheme 12). Scheme 12. Synthesis of 30-35 by direct nucleophilic substitution at sp3-boron. This two-step synthesis is remarkable because it is effectively an unusual substitution at a sp3-borane. Furthermore, the reactivity of [(cAAC)BH3] (29) towards neutral Lewis bases was investigated. Thus, [(cAAC−H)BH2(cAAC)] 36 was obtained from the reaction with cAAC and [cAAC−H)BH2(pyr)] 37 from the reaction with pyridine (Scheme 13). Scheme 13. Synthesis of 36 and 37 from 29. The mechanism of formation of 36 and 37 was also investigated by DFT calculations, which suggest reversible formation of the pyridine adduct 37. This was also confirmed experimentally in solution by a Van´t Hoff equilibrium analysis and in the solid state by removal of pyridine from 37 to yield pure 29. In contrast, the formation of 36 is irreversible. Chapter 5 Synthesis and comparison of new diborenes In the context of this work, a series of new NHC thienylborane adducts (42-50) was also synthesized and successfully reduced to the corresponding diborenes (51-58) in the majority of cases (Scheme 14). Scheme 14. Synthesis of NHC thienylborane adducts 42-50 and the rediction to the corresponding diborenes 51-58.
Most of the compounds were completely characterized, enabling comparison of NMR
spectroscopic and structural data. The 11B NMR resonances of 51-58 were observed within a narrow range (20.2 to 22.5 ppm), which was consistent with that of previously reported analogues X and XI (21.3 and 22.4 ppm).[17] In the solid state, the diborenes displayed a B−B distance of 1.576(4) Å (51) to 1.603(4) Å (54), with no apparent trend, depending on their substitution. These bond lenghts are almost identical to already known IMe-stabilized 1,2-diaryldiborenes (1.585(4) to 1.593(5) Å).[16-17] Some of these diborenes were not stable in solution depending on the substitution pattern, and therefore could not be isolated. Nevertheless, UV-vis spectroscopic data of 51, 52, 57 and 58 were obtained (Figure 3). Figure 3. UV-vis-absorption spectra of 51, 52, 57 and 58. Careful analysis of the UV-vis spectra of 51, 52, 57 and 58 revealed some dependence of the absorption maxima upon the substitution patter of the thienyl substituents and the NHC ligands. The comparison of diborene 51-58 showed that the substitution pattern has a decisive influence on the position of the frontier orbitals, which significantly alters the properties of the diborene. Thus, the introduction of a diphenylamino group on the thienyl residue prevents the coplanarity of the thiophenes with the diborene plane, which is why these species are very unstable due to the lack of π-conjugation. This influence on coplanarity and stability was also observed, albeit to a lesser extent, in the Me3Si-substituted thiophene derivatives. The influence of different NHCs was also investigated. While the introduction of IMeMe has nearly no influence on the absorption maxima, the use of IPr leads to a significant shift. Within this study the most stable diborene proved to be [(IMe)BTh]2 (X).
KW  - Borylene
KW  - Borylene
KW  - Diboren
KW  - Borylanion
KW  - cAAC
KW  - niedervalent
KW  - Diborene
KW  - low-valent
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-158866
ER  -