TY - THES A1 - Weber, Manuel T1 - Synthese, Charakterisierung und Eigenschaften neuartiger carboranyl-substituierter NHC-Liganden und Anwendung in der Metallkomplex-Chemie T1 - Synthesis, characterisation and properties of novel carboranyl-substituted NHC ligands and application in metal complex chemistry N2 - Im Fokus der Dissertation stand die Synthese von Vorstufen (Imidazoliumsalze) für NHC-Liganden sowie die Umsetzung dieser Verbindungen zu N-heterocyclischen Carbenen unter Verwendung des Carba-closo-dodecaborat-Anions. Hierbei wurde der Cluster über die Position B12 oder B7 an das Stickstoffatome des Imidazols gebunden. Zur Synthese wurden unterschiedliche Routen ausgehend von \(Cs[12-I-closo-1-CB_{11}H_{11}]\) und \(12-PhI-closo-1-CB_{11}H_{11}\) sowie den entsprechenden 7-Isomeren untersucht und miteinander verglichen. Die isomerenreinen Synthesen wurden hinsichtlich ihrer Vor- und Nachteile untersucht und so optimiert. Es wurden sowohl unsymmetrische Imidazoliumsalze mit dem Carba-closo-dodecaborat-Anion auf der einen Seite und Alkyl- oder Arylreste (Butyl, Methyl, Phenyl, p-Methoxyphenyl, p-Fluorphenyl-, Vinyl-, Benzyl- und Mesitylsubstituenten) als auch die symmetrische Variante mit zwei Carboranylcluster synthetisiert. Besonders hervorzuheben ist hierbei, dass die Synthese des Bis(1,3-Carboran-12-yl)imidazolatanions in einer Buchwald-Hartwig-Kreuzkupplungsreaktion durch Umsetzung der Reagenzien \(Cs[12-I-closo-1-CB_{11}H_{11}]\) und \(Cs[12-Imidazolyl-closo-1-CB_{11}H_{11}]\) durch 1 zu 1 Umsetzung miteinander reagiert haben. In den meisten bisher literaturbekannten und im Rahmen der Doktorarbeit untersuchten Buchwald-Hartwig-Kreuzkupplungsreaktionen sind 4-14 Äquivalente des Amins notwendig. Darüberhinaus erfordert das Amin häufig eine Aktivierung durch Umsetzung zu Lithiumorganylen. Dies war bei der Umsetzung von \(Cs[12-I-closo-1-CB_{11}H_{11}]\) mit \(Cs[12-Imidazolyl-closo-1-CB_{11}H_{11}] \) nicht notwendig und zeigt den starken elektronenschiebenden Effekt des Clusters auf. Die unsymmetrischen Imidazoliumsalze konnten durch Umsetzung mit n-Butyllithium zu C2-NHC-Derivate umgesetzt werden. Bei der Umsetzung des Bis(1,3-Carboran-12-yl)imidazolatanions bildete sich zunächst ein Gemisch aus dem C2- und C5-Isomer, des Weiteren ist anteilig auch die Deprotonierung am Clusterkohlenstoffatom aufgetreten. N2 - The dissertation focused on the synthesis of precursors (imidazolium salts) for NHC ligands and the conversion of these compounds to N-heterocyclic carbenes using the carba-closo-dodecaborate anion. Here, the cluster was attached to the nitrogen atom of the imidazole via the B12 or B7 position. For synthesis, different routes starting from \(Cs[12-I-closo-1-CB_{11}H_{11}]\) and \(12-PhI-closo-1-CB_{11}H_{11}\) as well as the corresponding 7-isomers were investigated and compared. The isomerically pure syntheses were investigated with respect to their advantages and disadvantages and thus optimised. Both asymmetric imidazolium salts with the carba-closo-dodecaborate anion on one side and alkyl or aryl residues (butyl, methyl, phenyl, p-methoxyphenyl, p-fluorophenyl, vinyl, benzyl and mesityl substituents) and the symmetric variant with two carboranyl clusters were synthesised. Of particular note here is that the synthesis of the bis(1,3-carboran-12-yl)imidazolate anion was achieved in a Buchwald-Hartwig cross-coupling reaction by reacting the reagents \(Cs[12-I-closo-1-CB_{11}H_{11}]\) and \(Cs[12-imidazolyl-closo-1-CB_{11}H_{11}]\) by 1 to 1 reaction. In most of the Buchwald-Hartwig cross-coupling reactions known so far in the literature and investigated in the doctoral thesis, 4-14 equivalents of the amine are required. Furthermore, the amine often requires activation by conversion to lithium organyls. This was not necessary in the reaction of \(Cs[12-I-closo-1-CB_{11}H_{11}]\) with \(Cs[12-imidazolyl-closo-1-CB_{11}H_{11})\), demonstrating the strong electron-pushing effect of the cluster. The unsymmetrical imidazolium salts could be converted to C2-NHC derivatives by reaction with n-butyllithium. During the reaction of the bis(1,3-carboran-12-yl)imidazolate anion, a mixture of the C2 and C5 isomer was initially formed, and furthermore, deprotonation also occurred proportionally at the cluster carbon atom. KW - NHC KW - N-Heterocyclische Carbene KW - Carboranylsubstituierte NHC KW - NHC-Gold(I)-Komplexe KW - NHC-Selenkomplexe KW - Imidazolatsalze KW - Imidazoliumsalze Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-258143 ER - TY - THES A1 - Weber, Manuel T1 - Action-based quantum Monte Carlo approach to fermion-boson models T1 - Wirkungsbasierte Quanten-Monte-Carlo-Methoden für Fermion-Boson-Modelle N2 - This work deals with the development and application of novel quantum Monte Carlo methods to simulate fermion-boson models. Our developments are based on the path-integral formalism, where the bosonic degrees of freedom are integrated out exactly to obtain a retarded fermionic interaction. We give an overview of three methods that can be used to simulate retarded interactions. In particular, we develop a novel quantum Monte Carlo method with global directed-loop updates that solves the autocorrelation problem of previous approaches and scales linearly with system size. We demonstrate its efficiency for the Peierls transition in the Holstein model and discuss extensions to other fermion-boson models as well as spin-boson models. Furthermore, we show how with the help of generating functionals bosonic observables can be recovered directly from the Monte Carlo configurations. This includes estimators for the boson propagator, the fidelity susceptibility, and the specific heat of the Holstein model. The algorithmic developments of this work allow us to study the specific heat of the spinless Holstein model covering its entire parameter range. Its key features are explained from the single-particle spectral functions of electrons and phonons. In the adiabatic limit, the spectral properties are calculated exactly as a function of temperature using a classical Monte Carlo method and compared to results for the Su-Schrieffer-Heeger model. N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Anwendung neuer Quanten-Monte-Carlo-Methoden zur Simulation von Fermion-Boson-Modellen. Grundlage für unsere Entwicklungen ist der Pfadintegralformalismus, in dem das exakte Ausintegrieren der bosonischen Freiheitsgrade zu einer retardierten fermionischen Wechselwirkung führt. Wir geben einen Überblick über drei Methoden, die für die Simulation retardierter Wechselwirkungen geeignet sind. Insbesondere entwickeln wir eine neue Quanten-Monte-Carlo-Methode mit globalen Updates, die das Autokorrelationsproblem früherer Ansätze löst und linear in der Systemgröße skaliert. Wir demonstrieren die Effizienz dieser Methode am Beispiel des Peierls-Übergangs im Holstein-Modell und diskutieren Erweiterungen auf andere Fermion-Boson-Modelle sowie Spin-Boson-Modelle. Des Weiteren zeigen wir, wie mithilfe erzeugender Funktionale bosonische Observablen direkt aus den Monte-Carlo-Konfigurationen berechnet werden können. Dies beinhaltet unter anderem den Boson-Propagator und die spezifische Wärme des Holstein-Modells. Die methodischen Entwicklungen dieser Arbeit erlauben es uns, die spezifische Wärme des spinlosen Holstein-Modells in seinem gesamten Parameterbereich zu untersuchen. Ihre wesentlichen Merkmale werden mithilfe der Einteilchenspektralfunktionen von Elektronen und Phononen erklärt. Im adiabatischen Grenzfall verwenden wir eine klassische Monte-Carlo-Methode, um die Temperaturabhängigkeit der Spektralfunktionen exakt zu berechnen, und vergleichen unsere Ergebnisse für das Holstein-Modell mit Resultaten für das Su-Schrieffer-Heeger-Modell. KW - Monte-Carlo-Simulation KW - Elektron-Phonon-Wechselwirkung KW - Peierls-Übergang KW - Thermodynamik KW - Pfadintegral KW - quantum Monte Carlo KW - Holstein model KW - specific heat KW - one-dimensional systems KW - Quanten-Monte-Carlo KW - Holstein-Modell KW - Spezifische Wärme KW - eindimensionale Systeme Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-157643 ER -