TY  - THES
A1  - Claes, Christina
T1  - Reduktive Synthese zu neuartigen cyclischen und acyclischen Borverbindungen
T1  - Reductive synthesis of novel cyclic and acyclic boron compounds
N2  - Ein Teil der hier vorliegenden Arbeit beschäftigte sich mit der Synthese und Charakterisierung neuer Boran-Addukte. Dabei wurden neben den NHCs IMe und IMeMe die Phosphane PEt3 und PMe3 als stabilisierende Lewisbasen eingesetzt. Neben dem Liganden wurde auch der borgebundene organische Rest variiert (Phenyl und n-Butyl), um deren Einfluss auf die Eigenschaften der Addukte zu untersuchen. Die NHC-stabilisierten Monoborane IMe∙B(nBu)Cl2 (99) und IMeMe∙B(Ph)Cl2 (100) konnten in guten Ausbeuten isoliert und vollständig charakterisiert werden. Zusammen mit dem bereits bekannten Addukt IMe∙B(Ph)Cl2 (98) wurden die analytischen Daten dieser drei Spezies miteinander verglichen, wobei sich die strukturellen Parameter im Festkörper stark ähneln. Die vergleichsweise lange B–CCarben-Bindungen (98: 1.621(3) Å; 99: 1.619(5) Å; 100: 1.631(3) Å) konnten hierbei als Beleg für den dativen Charakter dieser Wechselwirkungen herangezogen werden.
Auch bei den Phosphan-Boran-Addukten Et3P∙B(Ph)Cl2 (112), Et3P∙B(nBu)Cl2 (113) und Me3P∙B(Ph)Cl2 (114) wurden relativ lange dative B–P-Bindungen (112: 1.987(2) Å; 113: 1.980(2) Å; 114: 1.960(3) Å) gefunden, wobei diese in Me3P∙B(Ph)Cl2 (114) deutlich kürzer ist als bei den PEt3-Addukten 112 und 113. Da die Lewisbasizität von PMe3 geringer ist als von PEt3 konnte dieser Befund auf den geringeren sterischen Anspruch von PMe3 zurückgeführt werden.
Die reduktive Umsetzung der Phosphan-Boran-Addukte 112, 113 und 114 mit 1,2-Diphenyl-1,2-dinatriumethan (Na2[C14H12]) verlief in allen Fällen unselektiv und führte nicht zur Bildung eines Phosphan-stabilisierten Borirans. Das gleiche Ergebnis lieferte das NHC-stabilisierte Boran IMe∙B(Dur)Cl2. Im Gegensatz dazu konnten die Addukte 98, 99 und 100 mit NHC-Liganden und kleineren organischen Resten selektiv in die Borirane IMe∙B(Ph)(C14H12) (101), IMe∙B(nBu)(C14H12) (102) und IMeMe∙B(Ph)(C14H12) (103) durch Umsetzung mit Na2[C14H12] überführt werden. Hierbei wurden jene als racemische Gemische erhalten, wobei die Phenylgruppen am C2B-Dreiring ausschließlich trans zueinander orientiert sind. Die sterisch gehinderte Rotation um die B–CCarben-Bindung resultiert in einer Verbreiterung bzw. Aufspaltung der Signale des NHCs im 1H NMR-Spektrum. Die Strukturparameter der Molekülstrukturen im Festkörper von 101, 102 und 103 unterscheiden sich nur geringfügig.
Die NHC-stabilisierten Borirane 101, 102 und 103 weisen trotz der enormen Ringspannung eine erstaunlich hohe Stabilität sogar gegenüber Luft und Wasser auf. Während gegenüber [Pt(PCy3)2] keine Reaktivität beobachtet wurde, erfolgte bei Umsetzung von IMe∙B(Ph)(C14H12) (101) mit [Pt(PEt3)3] eine langsame und unvollständige C–H-Bindungsaktivierung am NHC-Rückgrat unter Bildung des Platin(II)-Komplexes 105. Aufgrund der gehinderten Rotation um die B–CCarben-Bindung wurde hierbei ein racemisches Gemisch von jeweils zwei Rotameren erhalten, welche in den NMR-Spektren in Form zweier Signalsätze zu beobachten waren. Die chemische Verschiebung des platingebundenen Hydrid-Signals bestätigt zudem eine vinylartige Natur des Boriran-Liganden mit starkem trans-Effekt. Die Konstitution von 105 im Festkörper konnte durch eine Einkristallröntgenstrukturanalyse belegt werden, wobei die geringe Qualität des Datensatzes keine Strukturdiskussion zulässt. Erwartungsgemäß ging das Boriran IMeMe∙B(Ph)(C14H12) (103) mit [Pt(PEt3)3] keine Reaktion ein, da der IMeMe-Ligand keine C–H-Einheiten im NHC-Rückgrat aufweist.
Basenfreie Borirane konnten hingegen weder durch Basenabstraktion aus dem NHC-stabilisierten Boriran 101 mit Hilfe starker Lewissäuren (PPB, B(C6F5)3, AlCl3 oder [Lu∙BCl2][AlCl4]), noch durch Reduktion einfacher Dihalogenborane mit Na2[C14H12] realisiert werden. Während die Umsetzungen mit Lewissäuren entweder mit keiner Reaktion oder mit Zersetzung verbunden waren, bestand eine Schwierigkeit des reduktiven Ansatzes in der Wahl des Lösungsmittels, in welchem das Reduktionsmittel generiert wurde. Die meisten polaren Lösungsmittel führten hierbei direkt zur Zersetzung des Borans und lediglich DME erwies sich als geeignet. Jedoch wurde bei der Umsetzung von DurBCl2 mit Na2[C14H12] in DME kein Boriran, sondern das Borolan 109 mit syndiotaktisch angeordneten Phenylgruppen gebildet. Die Molekülstruktur im Festkörper offenbarte hierbei ein planar-koordiniertes Boratom. 

Ein weiterer Fokus dieser Arbeit lag auf der Synthese und Reaktivität neuer Phosphan-stabilisierter Diborene. Hierbei konnte zunächst gezeigt werden, dass das sterisch anspruchsvolle Bisphosphan dppe mit ( B(Mes)Br)2 (115) bei Raumtemperatur kein Addukt ausbildet. Bei –40 °C konnten neben freiem dppe auch ein Mono- und ein Bisaddukt im 31P NMR-Spektrum nachgewiesen werden. Im Gegensatz dazu lieferte die Umsetzung von 115 mit dmpe einen nahezu unlöslichen Feststoff, welcher sich in nachfolgenden Reduktionsversuchen als ungeeignet erwiesen hat. Deshalb wurde eine Eintopfsynthese entwickelt, mit der 115 mit KC8 in Gegenwart der jeweiligen Bisphosphane zu den cis-konfigurierten Diborenen (=BMes)2∙dmpe (123), (=BMes)2∙dmpm (126) und (=BMes)2∙dppm (127) umgesetzt werden konnte. Ebenfalls konnte ( B(Mes)Cl)2 (124) selektiv zum Diboren 123 reduziert werden, wobei kein signifikanter Unterschied in Selektivität oder Reaktionszeit beobachtet wurde. Das trans-konfigurierte Diboren (=B(Mes)∙PMe3)2 (122) wurde hingegen durch Reduktion des einfach-stabilisierten Diborans ( B(Mes)Br)2∙PMe3 (119) dargestellt. Anhand der Molekülstrukturen von 122, 123, 126 und 127 im Festkörper konnten die Abstände der B=B-Doppelbindungen (1.55(2)-1.593(2) Å) ermittelt werden. Dabei sind die Boratome nahezu planar von ihren Substituenten umgeben. Durch Analyse der P1–B1–B2-Winkel konnte zudem gezeigt werden, dass das trans-konfigurierte Diboren (=B(Mes)∙PMe3)2 (122) (116.6(3)°) und das cis-konfigurierte Diboren (=BMes)2∙dmpe (123) (118.7(1)°) nahezu ungespannte Spezies darstellen, wohingegen die Fünfring-Systeme (=BMes)2∙dmpm (126) (110.6(2)°) und (=BMes)2∙dppm (127) (110.4(1)°) eine signifikante Ringspannung aufweisen. Mit Hilfe von NMR-Spektroskopie, Cyclovoltammetrie, DFT-Rechnungen und UV-Vis-Spektroskopie konnte der Einfluss der Konfiguration, der Ringgröße und der Lewisbase auf die elektronischen Eigenschaften des Diborensystems untersucht werden. 
Hierbei wurde bei nahezu allen Parametern eine Tendenz in der Reihenfolge 122, 123, 126 zu 127 beobachtet. 127 nimmt aufgrund der phosphorgebundenen Phenyl-Substituenten eine gesonderte Rolle im Hinblick auf den HOMO-LUMO-Abstand ein, und es wurde für dieses Diboren erstmals eine Reduktionswelle im Cyclovoltammogramm beobachtet. Einige NMR-Signale der Diborene 122, 123, 126 und 127 wurden aufgrund des Spinsystems höherer Ordnung als virtuelle Signale detektiert, bei denen bei geeigneter Auflösung bzw. Signalüberlappung nur die Summe an Kopplungskonstanten ausgewertet werden konnte. Das HOMO ist bei allen Diborenen auf die B–B-Bindung lokalisiert und weist -Charakter auf. 
Versuche, analoge Diborene mit den Lewisbasen dppe, dppbe, dmpbe, (-PR2)2 (R = p MeOC6H4) oder HP(o-Tol)2 zu realisieren und vollständig zu charakterisieren, schlugen fehl. Lediglich die Diborene (=BMes)2∙dppe (132) und (=BMes)2∙dppbe (133) konnten spektroskopisch nachgewiesen werden.
Auch durch reduktive Kupplung von Monoboranen mit chelatisierenden Phosphanen wurde versucht, Diborene darzustellen. Hierzu wurde zunächst die Adduktbildung von Monoboranen und Bisphosphanen untersucht. Während mit dppm kein Addukt nachgewiesen werden konnte, lieferte die Umsetzung von dmpe mit MesBBr2 das Bisaddukt 148.
Als Nebenprodukt dieser Reaktion wurde jedoch auch das Boreniumkation 149 beobachtet, welches sich nicht zur reduktiven Kupplung zum Diboren 123 eignet. Auch bei der Umsetzung von MesBCl2 mit dmpe wurde neben dem Bisaddukt 151 eine zu 149 analoge Spezies gebildet. Die nachfolgende Reduktion von 148 mit KC8 in Benzol war mit der Bildung des Diborens (=BMes)2∙dmpe (123) verbunden, welches allerdings nicht isoliert werden konnte. Auch die Variation des Lösungsmittels, des Reduktionsmittels, der Zugabe, des organischen Restes und der Lewisbase ermöglichte keine selektivere Umsetzung bzw. eine Isolierung des Diborens. Im Gegensatz dazu konnte das Diboren 123 durch reduktive Kupplung des Bisadduktes 151 mit KC8 in Benzol dargestellt und isoliert werden. Im Vergleich zur Synthese von 123 durch Reduktion von ( B(Mes)Br)2 (115) benötigt dieser Ansatz jedoch deutlich längere Reaktionszeiten (zwanzig Tage statt einen Tag) und lieferte schlechtere Ausbeuten (31 % statt 54 %).
Durch Umsetzung mit Wasser konnte (=B(Mes)∙PMe3)2 (122) selektiv in das Hydrolyseprodukt 154 überführt werden. Dieses Produkt konnte, aufgrund geringer Spuren Wasser im Reaktionsgemisch, ebenfalls durch freeze-pump-thaw Zyklen einer Lösung von 122 erhalten werden. Die Identität von 154 als gemischtes sp2-sp3-Diboran konnte mit Hilfe von NMR-Spektroskopie eindeutig erklärt werden.
Zusätzlich konnten zwei weitere mögliche Zersetzungsprodukte durch Einkristallröntgen-strukturanalysen als ( B(Mes)(H)∙PMe3)2 (156) und MesB(OH)2 (155) identifiziert werden.
Die Versuche die Liganden der Diborene (=B(Mes)∙PMe3)2 (122) und (=BMes)∙dppm (127) durch Mono- oder Bisphosphane bzw. IMe auszutauschen verlief nur für 122 mit IMe erfolgreich zum Diboren (=B(Mes)∙IMe)2 (49).
Auch Cycloadditionsreaktionen unter Beteiligung der B=B-Doppelbindung wurden im Detail untersucht. Es hat sich jedoch gezeigt, dass weder eine [4+2]-Cycloaddition von Isopren (mit 122) oder Cyclopentadien (mit 122 oder 123), noch eine [2+2]-Cycloaddition von Acetylen (mit 127), 2-Butin (mit 123 oder 127), Bis(trimethylsilyl)acetylen (mit 122), Di-tert-butyliminoboran (mit 122), Acetonitril (mit 122), Cyclohexen (mit 122), Aceton (mit 127) oder Methacrolein (mit 123 oder 127), sowie eine [2+1]-Cycloaddition von Kohlenstoffmonoxid (mit 123 oder 127) oder Ethylisonitril (mit 127), noch eine [3+2]-Cycloaddition von Trimethylsilylazid (mit 123 oder 127) möglich ist.
Lediglich mit 2-Butin konnte eine selektive Reaktion von (=B(Mes)PMe3)2 (122) zum Phosphan-stabilisierten 1,3-Diboreten 157 herbei geführt werden.
Diese ungewöhnliche Reaktion beinhaltet formal die Spaltung der C≡C-Dreifachbindung, wobei als möglicher Reaktionsmechanismus eine [2+2]-Cycloaddition zum 1,2-Diboreten mit nachfolgender Isomerisierung zum 1,3-Derivat 157 postuliert werden konnte. DFT-Rechnungen an 157 zufolge besitzt das HOMO  artigen Charakter und ist über die beiden Boratome und die CMe-Einheit delokalisiert. Demnach konnte 157 als homoaromatisches System mit zwei  Elektronen identifiziert werden, was durch die negativen NICS-Werte (NICS(0) = –20.62; NICS(1) = –6.27; NICS(1)` = –14.59) und den unterschiedlich langen B–C-Bindungen des Vierrings in der Molekülstruktur im Festkörper (B–C1: 1.465(4) bzw. 1.486(4) Å; B–C3: 1.666(4) bzw. 1.630(4) Å) weiter bestätigt wurde. Eine Einkristallröntgen-strukturanalyse belegte zudem eine Butterfly-Struktur des 1,3-Diboretens 157 mit einem Kippwinkel  = 34.4°. Die Bindung zwischen Phosphoratom und dem Kohlenstoffatom im Vierring liegt mit 1.759(2) Å im Bereich einer dativen Bindung.
Durch Basenabstraktion mit PPB konnte das stabilisierte Diboreten 157 in das basenfreie 1,3-Diboreten 164 überführt werden, welches jedoch nicht isoliert werden konnte. Die NMR-spektroskopischen Parameter von 164 belegen hingegen eindeutig dessen Natur.
Neben Cycloadditionsreaktionen wurde auch das Redoxverhalten des Diborens (=BMes)2∙dppm (127) untersucht. So verlief die Umsetzung von 127 mit Iod hochselektiv zu einer in Lösung vermutlich diamagnetischen Spezies (NMR-aktiv/ESR-inaktiv). Durch Bestimmung der Molekülstruktur im Festkörper stellte sich jedoch heraus, dass diese Umsetzung zu einer Oxidation der elektronenreichen B=B-Doppelbindung unter Bildung des Radikalkations 166 führte (B–B: 1.633(3) Å). Somit wurde eine signifikante Diskrepanz zwischen kristallographischen und spektroskopischen Befunden beobachtet, weshalb die Natur des Reaktionsproduktes in Lösung nicht eindeutig ermittelt werden konnte.
Aus diesem Grund wurde (=BMes)2∙dppm (127) auch mit dem Einelektronenoxidationsmittel [Cp2Fe][PF6] umgesetzt und ESR-spektroskopisch analysiert. Hierbei konnte im ESR-Spektrum das typische 1:2:1-Triplett bei giso = 2.0023 mit A(31P) = 21 G (58 MHz) für ein derartiges Radikalkation detektiert werden.
Die Reduktion von 127 mit Lithium und Natriumnaphthalid lieferte entweder keinen Umsatz (Lithium) oder eine unselektive Zersetzung des Diborens (Natriumnaphthalid). Die Umsetzung mit KC8 verlief jedoch äußerst selektiv zu einer neuen borhaltigen Spezies (11B:  = 22.4 ppm; 31P:  = 18.6 ppm), welche sich in Anwesenheit des Reduktionsmittels jedoch als nicht stabil erwies und somit nicht isoliert werden konnte. Auch der Versuch durch einen Kationenaustausch mit Li[BArCl4] ein stabileres Produkt zu erhalten schlug fehl.
Im Gegensatz dazu führte die Umsetzung der Diborene (=B(Mes)∙PMe3)2 (122) und (=BMes)2∙dppm (127) mit Cu(I)Cl zur Bildung der Kupferkomplexe 167 und 168, deren Molekülstrukturen im Festkörper vergleichbar zu dem analogen NHC-stabilisierten Kupferkomplex 63 sind (B–B: 1.626(3) Å (167); 1.628(3) Å (168); 1.633(4) Å (63)). Beide Spezies zeigen hierbei erwartungsgemäß ein interessantes photophysikalisches Verhalten, wobei dieses lösungsmittelunabhängig ist und Fluoreszenzprozesse für die Emission verantwortlich sind.
Durch analoge Umsetzung von 127 mit Ag(I)Cl konnte der entsprechende Silberkomplex 169 generiert und NMR-spektroskopisch nachgewiesen werden (11B:  = 26.7 ppm; 31P:  = 5.4 ppm). 169 erwies sich jedoch als nicht stabil und zersetzte sich im Verlauf der Aufarbeitung zu der bekannten tetranukleare Silberverbindung 170.
Im Rahmen der Reaktivitätsstudien wurden die Diborene 122, 123 und 127 auch noch mit einer Reihe weiterer Reagenzien wie Catecholboran (mit 122 oder 127), THF∙BH3 (mit 127), Brom (mit 127), Iodchlorid (mit 123), ZnCl2 (mit 127), GaCl3 (mit 127), Na[BArF4] (mit 122), ( SPh)2 (mit 127), HCl (127), Wasserstoff (mit 122), Natriumhydrid (mit 127) und Methanol (mit 127) versetzt. Hierbei konnte entweder keine Reaktion oder Zersetzung beobachtet werden. Lediglich bei der Umsetzung von 127 mit Methanol konnte das Zersetzungsprodukt Mesityldimethoxyboran (171) eindeutig charakterisiert werden.
N2  - One part of the present thesis focused on the synthesis and characterization of novel Lewis base borane adducts. In addition to NHCs (IMe, IMeMe), the monophosphines PEt3 and PMe3 were used as the stabilizing Lewis base. However, not only the Lewis base was varied, but also the boron-bound organic substituent (phenyl, n-butyl) in order to evaluate its influence on the electronic structure of the adducts. Thus, the NHC-stabilized boranes IMe∙B(nBu)Cl2 (99) und IMeMe∙B(Ph)Cl2 (100) were isolated in good yields and could be fully characterized. Including the known adduct IMe∙B(Ph)Cl2 (98), a reasonable comparison of the analytical data of the three adducts became feasible. While the structural parameters of 98, 99 and 100 in the solid state strongly resemble each other, rather long B Ccarbene bonds (98: 1.621(3) Å; 99: 1.619(5) Å; 100: 1.631(3) Å) illustrated the dative character of these interactions.
Similarly, the phosphine borane adducts Et3P∙B(Ph)Cl2 (112), Et3P∙B(nBu)Cl2 (113), and Me3P∙B(Ph)Cl2 (114) showed quite long dative B–P bonds (112: 1.987(2) Å; 113: 1.980(2) Å; 114: 1.960(3) Å), which is however significantly shorter in Me3P∙B(Ph)Cl2 (114) as those of the PEt3 adducts 112 and 113. Since the lewis basicity of PMe3 is lower than that of PEt3, this finding is presumably associated with the smaller sterical demand of the PMe3 ligand.
Attempts to reduce the phosphine borane adducts 112, 113 and 114 by Na2[C14H12] consistently proceeded with low selectivities and did not result in the generation of borirane species. The same result was obtained for the reduction of the NHC-stabilized borane IMe∙B(Dur)Cl2. By contrast, the adducts 98, 99 and 100 featuring NHC ligands in combination with smaller organic moieties were successfully converted selectively into the boriranes IMe∙B(Ph)(C14H12) (101), IMe∙B(nBu)(C14H12) (102) and IMeMe∙B(Ph)(C14H12) (103) by reaction with Na2[C14H12]. Here, the boriranes were isolated as racemic mixtures with trans-configured phenyl groups at the C2B rings. Due to hindered rotation at the B Ccarbene-bond, the signals of the NHC in the 1H NMR-spectrum broadened and split, respectively. The molecular structures of 101, 102 and 103 in the solid state were also determined by X-ray diffraction, and were shown to differ only marginally.
Despite the presence of significant molecular ring strain, the NHC-stabilized boriranes 101, 102 and 103 are surprisingly stable towards air and moisture. While no reaction was observed with [Pt(PCy3)2], treatment of IMe∙B(Ph)(C14H12) (101) with [Pt(PEt3)3] resulted in a slow and incomplete C–H bond activation process at the NHC backbone to afford the platinum(II) complex 105. Due to hindered rotation towards the B–Ccarbene bond, a racemic mixture of two rotameres was observed, which showed two sets of signals in the NMR spectra. In the 1H NMR spectrum the chemical shift of the platinum-bound hydride of 105 further confirmed the vinyl-like nature of the borirane ligand featuring a trans-effect. The identity of 105 was also substantiated in the solid state X-ray diffraction, while the poor quality of the crystallographic data prevented any discussion of the structural parameters. As expected, IMeMe∙B(Ph)(C14H12) (103) did not react with [Pt(PEt3)3], because of the lack of C–H-moieties within the NHC backbone. 
By contrast, the realization of base-free boriranes either by Lewis base abstraction reactions from the NHC-stabilized borirane 101 using strong Lewis acids (PPB, B(C6F5)3, AlCl3, [Lu∙BCl2][AlCl4]) or by direct reduction of free dihaloboranes with Na2[C14H12] was not successful. While the reactions with Lewis acids either suffered any visible conversion or showed complete decomposition of the borirane precursors, the reductive approach was hampered by the choice of an adequate reaction medium in which the reductant can be generated. Thus, most of the suitable polar solvents reacted with the free boranes themselves, and only DME appeared to be practical. However, reaction of DurBCl2 with Na2[C14H12] in DME did not afford a borirane species. Instead, borolane 109 with syndiotactically-arranged phenyl groups was formed, which was fully characterized in solution, and in the solid state. Thereby a trigonal-planar boron atom was observed.

Another main part of the present thesis dealt with the synthesis and reactivity of phosphine-stabilized diborenes. Initially, it was demonstrated that the sterically demanding diphosphine dppe does not form an adduct with ( B(Mes)Br)2 (115) at room temperature, while at –40 °C dppe, a mono- and a bisadduct were evident in the 31P NMR spectrum. By contrast, reaction of 115 with dmpe provided an almost insoluble solid, which however, proved unsuitable in subsequent reduction experiments. Consequently, a simple one-pot protocol was developed, which enabled the isolation of the cis-configured diborenes (=BMes)2∙dmpe (123), (=BMes)2∙dmpm (126) and (=BMes)2∙dppm (127) by reduction of 115 with KC8 in the presence of the respective diphosphines. Also ( B(Mes)Cl)2 (124) could be reduced selectively to diborene 123, whereat no significant difference was observed in the selectivity or the reaction time. The related trans-configured diborene (=B(Mes)∙PMe3)2 (122) was realized by reduction of the mono-stabilized diborane ( B(Mes)Br)2∙PMe3 (119) with KC8 in the presence of an excess PMe3. Analysis of the structural parameters of 122, 123, 126 and 127 in the solid state revealed typical B–B distances (1.55(2)-1.593(2) Å) for B=B double bond systems. Thereby all boron atoms are effectively planar. In addition, large P1–B1–B2 bond angles for the trans-configured diborene 122 (116.6(3)°) and the cis-configured diborene 123 (118.7(1)°) suggested rather unstrained species, while the five membered ring systems 126 (110.6(2)°) and 127 (110.4(1)°) feature significant ring strain. The influence of the configuration, the ring size, and the Lewis base on the electronic properties of the diborene systems was further evaluated in detail by NMR spectroscopy, cyclic voltammetry, DFT calculations, and UV-visible spectroscopy.
Here, a tendency was observed in the sequence 122, 123, 126 to 127 for all parameters. Thereby 127 is an exceptional compound, due to the phosphorous-bound phenyl moieties, in regard to the HOMO-LUMO gap and the first reduction wave was observed for this diborene in a cyclic voltammogram. Some NMR signals of the diborenes 122, 123, 126 and 127 were detected as virtual signals as a result of the spin systems. Here, only the sum of the coupling constant can be determined by a suitable resolution of the signals. The HOMO of all diborenes is located on the B–B-bond and possesses  character.
All attempts to prepare and fully characterize analogous diborenes featuring the Lewis bases dppe, dppbe, dmpbe, ( PR2)2 (R = p-MeOC6H4), and HP(o-Tol)2 failed so far, and only the diborenes (=BMes)2∙dppe (132) and (=BMes)2∙dppbe (133) could be generated and identified spectroscopically in solution.
Subsequently, we studied an alternative approach to realize diborenes by reductive coupling of monoboranes with chelating phosphine ligands. Initially, we focused on the adduct formation process between monoboranes and diphosphines. While no adduct was formed with dppm, reaction of MesBBr2 with dmpe afforded the bisadduct 148.
However, the borenium cation 149 was observed as a side product of this transformation, which itself has proven unsuitable for the reductive coupling to yield diborene 123. Similarly, reaction of MesBCl2 with dmpe afforded a related cationic species in addition to the bisadduct 151. Subsequent reduction of 148 with KC8 in benzene led to the formation of (=BMes)2∙dmpe (123), which however, could not be isolated by this route. Variation of the solvent, the reductant, the order of addition, the organic moiety, and the Lewis base exerted no influence on the selectivity of the reduction process or the possibility of isolation of the diborene. Only reduction of 151 with KC8 in benzene facilitated the isolation of pure (=BMes)2∙dmpe (123). However, the reductive coupling approach required significantly longer reaction times (twenty days) and provided significantly lower yields (31 %) than the synthesis of 123 by reduction of ( B(Mes)Br)2 (one day; 54%).
Reaction of (=B(Mes)∙PMe3)2 (122) with water selectively afforded the hydrolysis product 154, which had already been observed after a few freeze-pump-thaw cycles, due to the presence of trace amounts of water in the reaction mixture. The nature of 154 as mixed sp2-sp3 diborane was clearly verified by NMR spectroscopy.
Two other possible decomposition products were also identified by X-ray diffraction as ( B(Mes)(H)∙PMe3)2 (156) and MesB(OH)2 (155).
Experiments of ligand exchange of (=B(Mes)∙PMe3)2 (122) and (=BMes)∙dppm (127) with mono-, diphosphines or IMe are only successful for 122 with IMe to the diborene (=B(Mes)∙IMe)2 (49).
Subsequently, cycloaddition reactions involving the B=B double bond system were studied in detail. Here, we could show that neither [4+2]-cycloaddition with isoprene (122) or cyclopentadiene (122/123), [2+2]-cycloaddition with acetylene (127), 2-butyne (123/127), bis(trimethylsilyl)acetylene (122), di-tert-butyliminoborane (122), acetonitrile (122), cyclohexene (122), acetone (127), or methacrolein (123/127), [2+1]-cycloaddition with CO (123/127) or ethylisonitrile (127), nor [3+2]-cycloaddition reactions with trimethylsilylazide (123/127) are feasible.
Only 2-butyne showed a selective reaction when treated with (=B(Mes)∙PMe3)2 (122) to afford the phosphine-stabilized 1,3-diboretene 157. 
This uncommon transformation formally involves cleavage of the C≡C-triple bond. A plausible mechanism combines the initial formation of the 1,2 diboretene and subsequent isomerisation to the more stable 1,3 diboretene derivative 157. According to DFT calculations, 157 possesses a -type HOMO, which is delocalized over the two boron atoms and the CMe moiety. Consequently, 157 features a homoaromatic system with two -electrons, which was verified by its negative NICS values (NICS(0) = –20.62; NICS(1) = –6.27; NICS(1)` = –14.59) and the differences in the B–C-bond lengths in the molecular structure in the solid state (B–C1: 1.465(4), 1.486(4) Å; B–C3: 1.666(4), 1.630(4) Å). Furthermore, an X-ray diffraction study on 157 revealed a butterfly structure with a tilt angle  of 34.4°. The bond between the phosphorous and the carbon atom in the ring possesses dative character (1.759(2) Å).
Subsequent reaction of 157 with PPB enabled the generation of the base-free 1,3-diboretene 164, which could not be isolated. However, the NMR spectroscopic parameters of 164 clearly verified its base-free nature.
In addition to cycloaddition reactions, we also studied the redox properties of (=BMes)2∙dppm (127). Thus, reaction of 127 with iodine proceeded highly selective to presumably afford a diamagnetic species in solution (NMR-active/EPR-inactive). However, determination of the molecular structure showed the presence of the radical cation 166 (B–B: 1.633(3) Å), which has been formed by one-electron oxidation of the B=B double bond of 127. Thus, we observed a significant discrepancy between the spectroscopic and the crystallographic results, for which reason the nature of the primary reaction product in solution remains unknown so far.
Accordingly, 127 was also oxidized selectively by reaction with the one-electron oxidant [Cp2Fe][PF6], while the reaction mixture was characterized by EPR spectroscopy. Here, a typical 1:2:1 triplet at giso = 2.0023 with A(31P) = 21 G (58 MHz) was found in the EPR spectrum, which strongly suggested the generation of a radical cationic species (172).
Reduction of 127 by lithium or sodium naphthalenide did not afford either a reaction (lithium) or an unselective decomposition of the diborene (sodium naphthalenide). Thus, reduction with KC8 initially indicated a selective transformation to afford a new boron-containing species (11B:  = 22.4 ppm; 31P:  = 18.6 ppm), which however, readily decomposed during work-up in the absence of the reductant. Also the attempt to stabilize the reduction product by exchange of the cation with Li[BArCl4] was not successful. 
By contrast, reaction of (=B(Mes)∙PMe3)2 (122) and (=BMes)2∙dppm (127) with Cu(I)Cl led to the formation of the copper complexes 167 and 168, respectively, which feature solid state structures comparable to that of the analogous NHC-stabilized copper diborene complex 63 (B–B: 1.626(3) Å (167); 1.628(3) Å (168); 1.633(4) Å (63)). As expected, both species exhibit interesting photophysical properties, which caused by fluorescence processes. The photophysical data of both complexes are independent from the solvent and the emission is a result of fluorescent processes.
The analogous silver complex 169 could also be generated by reaction of 127 with Ag(I)Cl and identified spectroscopically in solution (11B:  = 26.7 ppm; 31P:  = 5.4 ppm). However, all attempts to isolate this species failed, and 169 consistently decomposed during work-up to afford the known tetranuclear silver complex 170.
As part of the reactivity studies, diborenes 122, 123 and 127 were also reacted with numerous other reagents such as catecholborane (122/127), THF∙BH3 (127), bromine (127), iodine monochloride (123), ZnCl2 (127), GaCl3 (127), Na[BArF4] (122), ( SPh)2 (127), hydrogen (122), HCl (127), NaH (127) and MeOH (127). However, either no reaction or decomposition of the diborenes was noticed. Only for the reaction of 127 with MeOH the decomposition product MesB(OMe)2 (171) could be assigned.
KW  - Bor
KW  - Lewis-Addukt
KW  - Reduktion <Chemie>
KW  - Phosphane
KW  - NHCs
KW  - Homoaromatisches System
KW  - Diborene
KW  - Borirane
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-135558
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dellermann, Theresa
T1  - NHC-stabilisierte Bor-Bor-Mehrfachbindungssysteme - Darstellung und Reaktivität
T1  - NHC-stabilized Boron-Boron Multiple Bonds - Synthesis and Reactivity
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit war es möglich, eine Vielzahl NHC-stabilisierter Tetrabromdiboran-Addukte zu synthetisieren und mithilfe von zwei bzw. vier Reduktionsäquivalenten zu reduzieren. Dies führte zur Bildung neuartiger Dibromdiborene bzw. Diborin-Verbindungen, welche infolgedessen charakterisiert wurden. Der Einfluss des Carbens auf die jeweilige Struktur und Elektronik der synthetisierten Verbindungen war hierbei von besonderem Interesse.
Im Fall der Diborine gelang es neben den beiden bereits literaturbekannten Verbindungen XXIII und XXXII drei neue Vertreter mit einer B≡B-Dreifachbindung (7, 8 und 9) darzustellen.
Aufgrund der Verwendung von gesättigten Carbenen wurden die spektroskopischen und strukturellen Eigenschaften der Verbindungen soweit modifiziert, dass sie zwischen denen mit einer isolierten Dreifachbindung (B2IDip2 (XXIII) und B2IDep2 (XXXII)) und der mit Kumulencharakter (B2CAAC2 (XXXIV)) eingeordnet werden können.
Neben der Charakterisierung neuartiger Verbindungen mit Bor–Bor-Dreifachbindungscharakter konnten auch zahlreiche Reaktivitätsstudien durchgeführt werden. So verdeutlichte sich der strukturelle und elektronische Unterschied der Diborine vor allem am Beispiel der Reaktivität gegenüber CO (Schema 42). Während für B2IDip2 (XXIII) der Reaktionsverlauf über das Intermediat XXV zum Bis(boralacton) XXVI reagierte, konnte für die Diborine 7 und 8 primär die Bildung des jeweiligen Bis(boraketens) (16 und 18) beobachtet werden. Die Bindungssituation dieser Zwischenstufen wird vor allem durch die π-Rückbindungen der Boratome in die CO-Bindung geprägt, welche zu einer Schwächung dieser führen und sowohl in den Festkörperstrukturen als auch in den Schwingungsspektren verdeutlicht wird. Die weitere Umsetzung zu den entsprechenden Bis(boralactonen) 17 und 19 erfolgte im Anschluss je nach Substituent bei Raumtemperatur (16) oder durch Heizen der Boraketen-Zwischenstufe (18). Mithilfe quantenmechanischer Betrachtung konnte die Ursache der unterschiedlichen Reaktionsverläufe näher erläutert werden, auch unter Einbeziehung des Diborakumulens XXXIV, welches mit Überschuss an CO auch bei hohen Temperaturen lediglich zur Bildung des Bis(boraketens) (XXXV) führt. Dies zeigt, dass aufgrund der unterschiedlichen Reaktionsbarrieren der jeweiligen Diborine bzw. des Diborakumulens mit CO die Bildung des Ketens bzw. anschließend des Bis(boralactons) verschieden stark bevorzugt wird. Für B2IDip2 (XXIII) wird deshalb aufgrund der hohen freien Gibbs-Energie, welche bei der Bildung des Bis(boralactons) entsteht, im ersten Schritt keine Bildung des IDip-stabilisierten Bis(boraketens) beobachtet und für B2CAAC2 (XXXIV) aufgrund von nahezu keiner Energiegewinnung im zweiten Schritt lediglich XXXV gebildet. Die freien Gibbs-Energien beider Reaktionsschritte der Umsetzungen von B2SIDip2 (7) und B2SIDep2 (8) mit CO ordnen sich zwischen den oben beschriebenen Extrema ein.
Einen Einfluss des Carbens auf die Reaktivität zeigte auch die Umsetzung mit Wasserstoffgas. Während bei XXIII, XXXII und 7 keine Reaktionen beobachtet werden konnten, verlief diese bei 8 und XXXIV unter einer 1,2-Addition des H2-Moleküls an die B–B-Bindung und Bildung der jeweiligen Dihydrodiborene 21 (B2H2SIDep2) und XXXVIII (B2H2CAAC2).
Neben der Reaktivität gegenüber CO und H2 wurden auch Reaktionen beschrieben, welche zu einer Insertion einer in-situ-gebildeten Borylen-Spezies führten. Diese sind die Umsetzungen von B2IDip2 (XXIII) mit CO-Quellen oder der Brønstedt-Säure Triethylammonium(tetraphenyl)borat. In beiden Fällen kam es im Laufe der Reaktion zur Insertion eines Borfragments in die CH-Bindung des Isopropylrestes und zur Bildung der Boracyclen 20 (B2IDip2CO) und 25 ([B2IDip2H][BPh4]). Daneben konnte eine ähnliche Beobachtung bei der Umsetzung des SIDep-stabilisierten Diborins 8 mit Isonitrilen gemacht werden. Hierbei insertierte bei der Reaktion mit Metyhlisonitril ein Borfragment in den benachbarten Imidazolring unter Ausbildung eines Sechsrings. Gleichzeitig konnte eine CH-Aktivierung des Ethylrestes des Dep-Substituenten beobachtet werden. Bei der analogen Umsetzung mit tert-Butylisonitril wurde neben der einfachen auch die zweifache Insertion beider Borzentren beobachtet.
Die Reaktivität gegenüber Chalkogenen und Chalkogenverbindungen stellte einen weiteren, zentralen Aspekt dieser Arbeit dar.
Die Umsetzung von B2IDip2 mit elementarem Schwefel und Selen führte dabei zur Spaltung der B≡B-Bindung durch reduktive Insertion von drei Chalkogenbrücken und Bildung der entsprechenden Pentachalkogenverbindungen 26 und 27. Die analogen Umsetzungen des Diborins 7 mit Selen führte ebenfalls zur Bildung einer Pentachalkogenverbindung (29). Da derartige Verbindung in der Literatur bislang nicht bekannt sind, sollte auch deren Reaktivität exemplarisch an 27 untersucht werden. Dabei zeigte sich, dass die Verbindung stabil unter photolytischen Bedingungen ist und sich bei thermischer Behandlung erst nach mehreren Tagen zersetzt. Die Umsetzung mit Triphenylphosphan oder elementarem Natrium zur Entfernung von Selenfragmenten oder mit Triphenylphosphanselenid zur Addition weiterer Seleneinheiten zeigten keine Reaktionen. Lediglich die Umsetzung mit zwei Äquivalenten Natriumnaphthalid führte zur erfolgreichen Darstellung des Dimers 28. Im Gegensatz dazu lieferte die Reaktion des Diborins 8 mit elementarem Selen bereits ein anderes Strukturmotiv (30), in welchem sechs Selenatome in Form von ein-, zwei und dreiatomigen Henkeln zwischen die Boratome insertierten. Durch Umsetzung mit Triphenylphosphan deuteten erste Reaktionsversuche darauf hin, dass es möglich ist, selektiv ein Selenfragment aus der dreiatomigen Selenbrücke zu entfernen und die entsprechende Pentachalkogenverbindung 31 zu generieren.
Reaktivitätsstudien der Diborine XXIII, 7 und 8 gegenüber Diphenyldisulfid und -selenid als auch gegenüber Isopropylthiol führten in allen Fällen zur 1,2-Addition an die B≡B-Bindung unter Bildung der Diborene 32 bis 36 bzw. 42 und 43.
Im Gegensatz dazu kam es bei der Reaktion von XXIII mit Diphenylditellurid zur Bildung eines salzartigen Komplexes 37, in welchem ein Phenyltellurireniumkation die B≡B-Bindung verbrückte und das entsprechende Phenyltellurid als Gegenion fungierte. Durch den Einsatz von para-substituierten Diphenylditelluriden konnten zwei weitere Verbindungen (38 und 39) dargestellt werden. Dabei zeigte der para-Substituent jedoch nur einen geringen Einfluss auf die elektronische Struktur der gebildeten Produkte. Die Reaktion von Diborin 8 mit Diphenylditellurid zeigte neben der Bildung des salzartigen Komplexes 40 auch die Entstehung des 1,2-Additionsproduktes 41, was vermutlich wie bereits bei der Reaktion mit elementarem Selen auf sterische Effekte zurückzuführen ist (Schema 45). Aufgrund der besonderen Bindungssituation in den Komplexen 37 bis 40 wurden diese eingehender untersucht. Die Auswertung der Röntgenstrukturanalyse, Raman-Spektroskopie, 11B-NMR-Spinkopplungsexperimente sowie der quantenmechanischen Rechnungen ergab dabei Hinweise auf eine Koordinationsverbindung nach dem Dewar-Chatt-Duncanson-Bindungsmodell.
Weitere Reaktivitätsstudien v.a. des IDip-stabilisierten Diborins (XXIII) beschäftigten sich mit der Synthese von π-Komplexverbindungen durch Reaktionen von XXIII mit Alkalimetallkationen in der Ligandensphäre schwach koordinierender Anionen mit Kupfer(I)-Verbindungen. Die Bildung sogenannter Kation-π-Komplexe des Diborins mit Lithium bzw. Natrium gelang durch die Umsetzung von B2IDip2 (XXIII) mit je zwei Äquivalenten Lithium bzw. Natriumtetrakis(3,5-dichlorphenyl)borat quantitativ unter Bildung von 46 und 47 als unlösliche, violette Feststoffe.
Die in der Kristallstruktur ersichtliche Bindungssituation zeigt die Einkapselung der jeweiligen Kationen durch das B2-Fragment des Diborins sowie der Arylreste der Ligandensphäre, die sich infolgeder Komplexierung ekliptisch zueinander anordnen. Aufgrund der ungewöhnlichen Bindungssituation wurden theoretische Studien aufbauend auf den aus den Kristallstrukturen und den aus spektroskopischen Messungen erhaltenen Daten angefertigt. Diese beweisen eine rein elektrostatische Wechselwirkung der Kationen mit der noch intakten B≡B-Bindung des Diborins. Auch für die Diborine 7 und 8 konnten am Beispiel des Natriumtetrakis(3,5-dichlorphenyl)borats die Komplexe 48 ([B2SIDip2Na2][BArCl4]) und 49 ([B2SIDep2Na2][BArCl4]) erfolgreich dargestellt werden. Dies beweist, dass in den SIDip- und SIDep-substituierten Diborinen noch genügend Elektronendichte auf der B–B-Bindung lokalisiert ist, um derartige π-Wechselwirkungen auszubilden.
Die Reaktivität des Diborins XXIII gegenüber Kupfer(I)-Verbindungen wurde bereits von Dr. Jan Mies im Zuge seiner Dissertation untersucht. In dieser Arbeit ist es nun gelungen, weitere Komplexe mit Kupfer(I)-alkinylen (50 und 51) darzustellen. Darüber hinaus war es möglich, eine alternative Syntheseroute zur Darstellung des dreikernigen Kupfer(I)-chlorid-Komplexes XXVII zu entwickeln sowie den entsprechenden Zweikerner 52 darzustellen. Die Verbindungen XXVII, 52 und XXVIII wurden im Anschluss in Kooperation mit der Gruppe um Dr. Andreas Steffen auf ihre photophysikalischen Eigenschaften hin untersucht.Dabei zeigte sich, dass alle drei Verbindungen aufgrund der langen Lebenszeiten ihrer angeregten Zustände phosphoreszieren, die Quantenausbeute der Phosphoreszenz jedoch stark von der Verbindung abhängig ist. Während der dreikernige Kupfer(I)-Komplex XXVII bereits in Lösung eine Quantenausbeute von 29 % aufwies, war eine Bestimmung der Quantenausbeute in Lösung für B2IDip2(CuC2TMS)2 (XXVIII) aufgrund der schwachen Emission nicht möglich. Die Ursache des unterschiedlichen Emissionsverhaltens konnte mittels Betrachtung von Absorptions- und Anregungsspektren erklärt werden. Für B2IDip2(CuCl)3 sind die beiden Spektren in Lösung nahezu identisch. Im Gegensatz dazu weisen die beiden Zweikerner 52 und XXVIII ein vom Absorptionsspektrum verschiedenes Anregungsspektrum auf, was darauf schließen lässt, dass es zu Konformationsänderungen im angeregten Zustand kommt, welche die Emission auslöscht. TheoretischeStudien bestätigen für 52, dass die Barriere zwischen zwei Konformeren, in denen die Kupferfragmente linear bzw. orthogonal angeordnet sind, lediglich 4.77 kcal/mol beträgt und bekräftigen damit die vermutete Ursache der schwachen Emission.
Ein zweites Thema dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Darstellung und Untersuchung neuartiger Dibromdiborene, welche im Zuge der Diborin-Synthese beobachtet werden konnten. Dabei gelang es neben dem bereits literaturbekannten IDip-stabilisierten Dibromdiboren (XXIV) noch sechs weitere Vertreter dieser Verbindungsklasse darzustellen (10–15). Auch hier konnte ein Einfluss der Carbenliganden auf die strukturellen und elektronischen Eigenschaften beobachtet werden.
Die Reaktivität der Dibromdiborene wurde in einigen Testreaktionen untersucht. Dabei zeigte sich, dass im Hinblick auf ihr Oxidationsverhalten die literaturbekannte Darstellung von Monokationen (53 [B2Br2IDip2][BArF4] und 54 [B2Br2IDep2][BArF4]) nachempfunden werden konnte. Versuche zur Bromsubstitution zeigten durch Umsetzung mit BuLi den Austausch der Bromid-Liganden durch Butylgruppen, jedoch bildeten sich aufgrund von Umlagerungen anstelle der erwarteten Diborene die kondensierten Ringsysteme 56–58.
N2  - Within the scope of this work, a variety of NHC stabilized tetrabromodiborane adducts were synthesized. The subsequent two- or four-electron reduction of the latter yielded the novel diborene and diboryne molecules, which were fully characterized. The influence of the carbene ligand on the electronic structure of the final molecule was therefore of particular interest. ...
KW  - Bor
KW  - Mehrfachbindung
KW  - Reaktivität
KW  - NHC
KW  - Diborin
KW  - Diboren
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-146345
ER  - 
TY  - THES
A1  - Böhnke, Julian
T1  - Reaktivität niedervalenter, Carben-stabilisierter Bor-Bor-Mehrfachbindungssysteme
T1  - Reactivity of low-valent, carbene-stabilized boron-boron multiple bonds
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit war es möglich, vielfältige Reaktivitäten des Diborakumulens (7) und davon abgeleiteter Verbindungen zu untersuchen. Häufig begründet in den bemerkenswerten elektronischen Eigenschaften der verwendeten CAAC-Liganden, konnten neuartige und teilweise ungewöhnliche Bindungsmodi an niedervalenten Borspezies beobachtet werden. Der Einfluss der starken σ-Donor-Fähigkeiten und der hohen π-Acidität der cyclischen (Alkyl)(amino)carbene spiegeln sich hierbei in vergleichenden Reaktivitätsstudien mit den entsprechenden NHC-stabilisierten Bor–Bor-Mehrfachbindungssystemen wider.

Zunächst wurde jedoch auf die Synthese weiterer Diborakumulene eingegangen und am Beispiel der Bis(CAACCy)-stabilisierten B2-Einheit (12) erfolgreich durchgeführt. Mit vergleichbaren 11B-NMR-Verschiebungen und Bindungslängen unterscheidet sich die Verbindung in ihren elektronischen Eigenschaften kaum von B2(CAAC)2 (7), welches aufgrund der besseren Zugänglichkeit für die Reaktivitätsstudien eingesetzt wurde.

Grundlegende Studien zum Redoxverhalten des Diborakumulens zeigten die vollständige, oxidative Spaltung der Bor–Bor-Bindung mit Chlorgas unter Ausbildung eines CAAC-stabilisierten Bortrichlorid-Fragments.

Die Arbeiten zum Bis(boraketen) 17 und die Darstellung des Bis(boraketenimins) 18 durch die Umsetzung des Diborakumulens mit Kohlenstoffmonoxid bzw. geeigneten Isocyaniden, stellte einen ersten größeren Teilbereich dieser Arbeit dar. Durch die enorme π-Rückbindung in die CAAC-Liganden und die CO-Liganden aus der elektronenreichen B2-Einheit kommt es in 17 zu einer Aufweitung der B–B-Bindung und orthogonal zueinander stehenden Molekülhälften. Im weiteren Verlauf konnte ein Mechanismus für die Addition von CO an B2(CAAC)2 gefunden werden, in dem aufgrund hoher energetischer Barrieren eine Umsetzung zum Bis(boralacton) – einer Spezies, die für die Reaktion von Kohlenstoffmonoxid mit NHC-stabilisierten Diborinen gefunden wurde – unterbunden wird. Die elektronischen und strukturellen Unterschiede zwischen Diborinen und dem Diborakumulen 7 konnten so erstmals anhand definierter Reaktionsbedingungen evaluiert werden. Die Reaktion von 7 mit zwei Äquivalenten tert-Butylisocyanid führte zur Bildung eines Bis(boraketenimins). Ähnlich wie im Bis(boraketen) 17 kommt es auch hier unter anderem zu einer starken π-Rückbindung in den Isocyanidliganden einhergehend mit der Aufweitung der B–B-Bindung und orthogonal zueinander stehenden Molekülhälften. Die Thermolyse der Verbindung führte zu einer Abspaltung zweier tert-Butylradikale und zur Bildung des ersten, strukturell charakterisierten Dicyanodiborens 20.

Das Dicyanodiboren zeigte hier eine strukturelle Besonderheit: Während ein CAAC-Ligand in Konjugation mit dem π-System der B2-Einheit steht, zeigt der zweite CAAC-Ligand eine orthogonale Orientierung zu diesem, was vermutlich zu einer Polarisierung der B=B-Doppelbindung führt und potentiell hochinteressante Reaktivitäten ermöglicht. So führte die Umsetzung von 20 mit Kohlenstoffmonoxid zur Spaltung der B–B-Bindung und Insertion eines µ2-gebundenen CO-Moleküls in die BB-Einheit. Die Tatsache, dass ein ähnliches Reaktionsverhalten bisher nur vom ebenfalls CAAC-stabilisierten Dihydrodiboren 22 bekannt war (vide infra), demonstrierte an diesem Beispiel eindeutig die bemerkenswerten Fähigkeiten von CAACs reaktive, niedervalente Hauptgruppenelementverbindungen zu stabilisieren.

Die Reaktivität des Diborakumulens 7 gegenüber Diwasserstoff stellte einen weiteren, großen Teilaspekt dieser Arbeit dar. Das Rühren von 7 unter einer H2-Atmosphäre führte zur 1,2-Addition des H2-Moleküls an die B2-Einheit unter Ausbildung eines trans-ständigen, Basen-stabilisierten Dihydrodiborens 22. Im Gegensatz zum Dicyanodiboren (20) handelt es sich bei 22 um eine C2-symmetrische Verbindung, dessen π-System im HOMO aufgrund der π-Acidität der CAAC-Liganden über das gesamte C–B–B–C-Grundgerüst delokalisiert ist. Die Hydrierung wurde ebenfalls mit hochreinem D2 durchgeführt, um eine Hydridabstraktion aus dem Lösungsmittel auszuschließen. DFT-Berechnungen konnten zudem die Bor-gebundenen Wasserstoffatome als Hydride klassifizieren und den Mechanismus der Addition von Diwasserstoff an die B2-Einheit ermitteln. Mit einem berechneten, exothermen Reaktionsverlauf stellt die Umsetzung von 7 zu 22 auf diesem Weg das erste Beispiel einer nicht katalysierten Hydrierung einer homodinuklearen Mehrfachbindung der 2. Periode dar.

Das CAAC-stabilisierte Dihydrodiboren 22 zeigte im Verlauf dieser Arbeit vielfältige Bindungsmodi aus der Umsetzung mit Kohlenstoffmonoxid. Unter anderem die Eigenschaft von CAACs, eine 1,2-Wasserstoffwanderung von angrenzenden BH-Einheiten auf das Carbenkohlenstoffatom zu begünstigen, führte zur Ausbildung verschiedener Tautomere. Während das Produkt aus der formalen Addition und Insertion von zwei CO-Molekülen (24) lediglich unter CO-Atmosphäre stabil war, konnte unter Argonatmosphäre ein Tautomerengemisch von 25 mit intakter Bor–Bor-Bindung und einer Boraketeneinheit isoliert werden. Während dieser Prozess vollständig reversibel war, führte das Erhitzen von 25 zur Bildung eines Alkylidenborans (26), welches ebenfalls in zwei tautomeren Formen vorlag. Darüber hinaus konnte die Bildung einer weiteren Spezies (27) in geringen Ausbeuten beobachtet werden, die aus der vollständigen Spaltung eines CO-Fragments und der Bildung einer intramolekularen C≡C-Dreifachbindung resultierte. VT-NMR- und Korrelationsexperimente, Kristallisationen unter verschiedenen Atmosphären, Schwingungsspektroskopie sowie die mechanistische Analyse der Umsetzungen basierend auf DFT-Berechnungen ermöglichten hier einen tiefen und detaillierten Einblick in die zugrunde liegenden Prozesse.

Die thermische Umsetzung des Dihydrodiborens 22 mit Acetylen führte wider Erwarten nicht zur Cycloaddition an die B=B-Doppelbindung, sondern zur Insertion in diese. Das erhaltene Produkt 28 zeigte eine C2-symmetrische Struktur und durchgängig sp2-hybridisierte Kohlenstoff- und Borzentren entlang der Hauptachse. Eine DFT-Studie ergab ein konjugiertes π-System, dass dem 1,3,5-Hexatrien stark ähnelte.

Eine weitere Umsetzung von 22 mit zwei Äquivalenten Diphenyldisulfid führte ebenfalls zur Spaltung der B=B-Doppelbindung und zur Ausbildung eines CAAC-stabilisierten, sp3-hybridisierten Monoborans.

Das Diborakumulen 7 konnte in zwei weiteren Reaktivitätsstudien selektiv mit Kohlenstoffdioxid und Aceton umgesetzt werden. Die Reaktion von B2(CAAC)2 mit zwei CO2-Molekülen führte zur Ausbildung einer Spezies mit einer Boraketenfunktionalität und einem Borsäureesterderivat (30). Für die Aktivierung von Kohlenstoffdioxid an unpolaren Mehrfachbindungen gab es bisher kein Beispiel in der Literatur, sodass diese mechanistisch untersucht wurde. Hier erfolgte die Reaktion über eine ungewöhnliche, sukzessive [2+1]-Cycloaddition an die koordinativ ungesättigten Boratome mit einem insgesamt stark exergonen Verlauf. 

Die Umsetzung von 7 mit Aceton führte zur Ausbildung eines fünfgliedrigen Heterocyclus mit einer C=C-Doppelbindung und asymmetrisch verbrückter Bor–Bor-Bindung mit einem orthogonal zum Heterocyclus stehenden μ2-Hydrid. Interessanterweise zeigte hier eine vergleichende Studie von Tobias Brückner an einem SIDep-stabilisierten Diborin bei einer analogen Reaktionsführung ein 1,2-Enol-Additionsprodukt, sodass der zugrunde liegende Reaktionsmechanismus ebenfalls untersucht wurde. Während das 1,2-Enol-Additionsprodukt als Intermediat zur Bildung von 31 beschrieben werden konnte, führten moderate Energiebarrieren und ein deutlich exergoner Reaktionsverlauf im Fall des Diborakumulens zu einer doppelten Acetonaktivierung. Für 31 konnte darüber hinaus ein Isomerengemisch beobachtet werden, das nach der Bildung nicht mehr ineinander überführt werden konnte.

Die Reaktion des Diborakumulens mit Münzmetallhalogeniden ergab für die Umsetzung von 7 mit drei Äquivalenten Kupfer-(I)-chlorid-Dimethylsulfidaddukt eine T-förmige Koordination von drei CuCl-Fragmenten an die B2-Einheit (33).

Setzte man das Diborakumulen 7 mit einem Äquivalent IMeMe um, bildete sich das heteroleptisch substituierte Mono-Basenaddukt 34. Dieses zeigte eine thermische Labilität, sodass sich nach einem Zeitraum von 24 Stunden bei erhöhter Temperatur selektiv das Produkt einer CH-Aktivierung isolieren ließ. Das gleiche Produkt (35) konnte ebenfalls durch die Zugabe einer Lewis-Säure (Galliumtrichlorid) zu 34 nach kurzer Zeit bei Raumtemperatur erhalten werden. Setzte man 34 mit einem weiteren Äquivalent IMeMe um, so bildete sich das Bis(IMeMe)-Addukt des Diborakumulens 36, das zunächst an das Bis(CO)-Addukt 17 erinnerte und durch die hohe sterische Spannung im System eine stark aufgeweitete Bor–Bor-Bindung besitzt. Die Reaktion von 34 gegenüber Kohlenstoffmonoxid lieferte das heteroleptisch substituierte Basenaddukt 37. Das elektronenreiche Boratom des Boraketenstrukturfragments führt hier zu einer erheblichen π-Rückbindung in den CO-Liganden, der die niedrigsten, zu diesem Zeitpunkt jemals beobachteten Wellenzahlen für die CO-Schwingung in einer derartigen Funktionalität aufweist. Eine abschließende Umsetzung des Mono-Basenaddukts 34 mit Diwasserstoff führte zur spontanen Hydrierung beider Boratome und zur Spaltung der Bor–Bor-Bindung. Die Reaktionsmischung zeigte nach erfolgter Reaktion ein 1:1-Verhältnis aus einem CAAC-stabilisierten BH3-Fragment 39 und einem zweifach Basen-stabilisierten BH-Borylen 38. Die Spaltung einer Bor–Bor-(Mehrfach)-Bindung zur Synthese von heteroleptisch Lewis-Basen-stabilisierten Borylenen stellte dabei einen bisher nicht bekannten Zugang zu dieser Verbindungsklasse dar.

Ein sehr großer Teilbereich dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Synthese und Reaktivität von Diborabenzol-Derivaten. Setzte man das Diborakumulen 7 mit Acetylen um, so konnte die Bildung eines CAAC-stabilisierten 1,4-Diborabenzols beobachtet werden. Das planare Grundgerüst, C–C- und B–C-Bindungen im Bereich von (partiellen) Doppelbindungen, stark entschirmte Protonen des zentralen B2C4H4-Heterocyclus, Grenzorbitale, die denen des Benzols ähneln, sowie negative NICS-Werte stellen 42 als einen 6π-Aromaten dar, der mit seinem energetisch stark destabilisierten HOMO als elektronenreicher Ligand in der Übergangsmetallchemie eingesetzt werden konnte (vide infra). Die Reaktion von B2(CAAC)2 mit Propin bzw. 2-Butin lieferte hingegen 2π-aromatische, paramagnetische Verbindungen mit Schmetterlingsgeometrie aus der [2+2]-Cycloaddition an die Bor–Bor-Bindung und anschließender Umlagerung zu den thermodynamisch stabileren 1,3-Diboreten. Die weitere, thermisch induzierte Umsetzung von 40 und 41 mit Acetylen ermöglichte die Darstellung der Methyl-substituierten 1,4-Diborabenzol-Derivate 43 und 44.

Um die Eigenschaften des CAAC-stabilisierten 1,4-Diborabenzols zu analysieren, wurde sowohl die Redoxchemie von 42 als auch dessen potentieller Einsatz als η6-Ligand an Übergangsmetalle der Chromtriade untersucht. Es zeigte sich, dass durch die Reduktion mit Lithium die Darstellung des zweifach reduzierten Diborabenzols 45 möglich war. Die Ausbildung eines quinoiden Systems führte hier zu einem Isomerengemisch aus cis/trans-konfigurierten CAAC-Liganden. Die Umsetzung der isolierten Verbindung mit 0.5 Äquivalenten Zirkoniumtetrachlorid führte quantitativ zur Bildung von 42 und demonstrierte somit das hohe Reduktionspotential der dilithiierten Spezies. Durch die Reaktion von 42 mit [(MeCN)3M(CO)3] (M = Cr, Mo, W) gelang darüber hinaus die Darstellung von 18-Valenzelektronen-Halbsandwichkomplexen. Die Koordination des elektronenreichen Heteroarens an die Metalltricarbonyl-Segmente lieferte die niedrigsten, zu diesem Zeitpunkt je beobachteten Carbonylschwingungen für [(η6-aren)M(CO)3]-Komplexe, die durch den starken, elektronendonierenden Einfluss des Liganden auf das Metall und die daraus resultierende erhebliche Rückbindung in die antibindenden π*-Orbitale der CO-Liganden hervorgerufen werden. DFT-Analysen der Verbindungen zeigten zudem im Vergleich zu [(η6-C6H6)Cr(CO)3] signifikant höhere Bindungsenergien zwischen dem Metallfragment und dem 1,4-Diborabenzol und unterstreichten zusammen mit weiteren spektroskopischen und theoretischen Analysen die bemerkenswerten Eigenschaften von 42 als überaus stark elektronendonierender Ligand. 

Letztlich gelang in einer Reaktivitätsstudie am Wolframkomplex 48 die Darstellung eines Mono-Radikalanions (49), das vermutlich das erste Beispiel eines monoanionischen Aren-Metalltricarbonyl-Komplexes der Gruppe 6 darstellt.

Ein abschließendes, großes Thema dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Synthese von Biradikalen aus verdrehten Doppelbindungen und dem Vergleich mit den verwandten, diamagnetischen Diborenen. Die Reaktion des Diborakumulens mit verschieden substituierten Disulfiden und einem Diselenid führte zur Ausbildung von persistenten, paramagnetischen, biradikalischen Spezies durch die 1,2-Addition an die Bor–Bor-Mehrfachbindung. Während die Addition der Substrate an das IDip-stabilisierte Diborin 5 geschlossenschalige, diamagnetische Diborene mit coplanarer Anordnung der Substituenten lieferte, konnte nach der Addition der Substrate an das Diborakumulen 7 stets eine Bor–Bor-Einfachbindung mit orthogonaler Ligandenorientierung festgestellt werden. ESR-spektroskopische und magnetische Messungen der Proben ergaben für 51e einen Triplett-Grundzustand bei Raumtemperatur und durch den captodativen-Effekt der π-Donor Stickstoffatome und der π-Akzeptor Boratome eine erhebliche Delokalisierung der ungepaarten Elektronen in die Liganden.
Detaillierte theoretische Studien konnten darüber hinaus zeigen, dass die Singulett-Zustände der synthetisierten Diborene stabiler als die Triplett-Zustände sind und dass die Triplett-Zustände der paramagnetischen Verbindungen 51a,b,e stabiler als die entsprechenden Singulett-Zustände sind. Die Verbindungen liegen stets in ihrem Grundzustand vor und lieferten somit hochinteressante Modellsysteme zum tieferen Verständnis dieser Verbindungsklasse.
N2  - Within the scope of this work, various reactivities of the diboracumulene 7 and derivatives thereof were investigated. Induced by the exceptional electronic properties of the applied CAAC ligands, unprecedented and exceptional binding modes of low-valent boron species have been observed. The influence of the strong σ-donor properties and the pronounced π-acidity of the cyclic (alkyl)(amino)carbenes is reflected in comparative reactivity studies with the respective NHC-stabilized boron–boron multiple bonded systems.

Initially the synthesis of further diboracumulenes was attempted and realized with a bis(CAACCy)-stabilized B2 unit (12). With comparable 11B NMR shifts and similar bond lengths, the compound does not significantly differ in terms of its electronic properties from B2(CAAC)2 (7), which was used in the reactivity studies due to its superior accessibility.

Fundamental studies on the redox properties of B2(CAAC)2 showed the complete oxidative cleavage of the boron–boron bond with chlorine gas while forming a CAAC-stabilized boron trichloride fragment.

Research on the bis(boraketene) 17 and the synthesis of the bis(boraketeneimine) 18 through the treatment of the diboracumulene 7 with carbon monoxide and suitable isocyanides represents the first major section of this work. Due to the strong π-backbonding into the CAAC ligands and the CO ligands from the electron rich B2 unit, the B–B bond of 17 is significantly elongated and the π-frameworks are mutually orthogonal. By means of DFT calculations the reaction pathway could be investigated, which shows high energetic barriers for the conversion of 17 to the bis(boralactone), a species that was observed for the NHC-stabilized boron–boron multiple bonds. In this way the electronic and structural differences between diborynes and the diboracumulene 7 could be evaluated under defined reaction conditions for the first time. The reaction of 7 with two equivalents of tert-butyl isocyanide led to the formation of a bis(boraketeneimine). Comparable to the bis(boraketene), 18 shows strong π-backbonding into the isocyanide ligands, which is concomitant with an elongated B–B bond and orthogonally oriented boraketeneimine moieties. Thermolysis of the compound led to the elimination of two tert-butyl radicals and formation of the first structurally characterized dicyanodiborene (20).

The dicyanodiborene shows a structural peculiarity: While one CAAC ligand is in conjugation with the π-system of the B2 unit, the second one shows an orthogonal orientation to the π-framework, which presumably results in polarization of the B=B double bond and potentially enables highly interesting reactivity. Thus, the addition of carbon monoxide to 20 led to the splitting of the B–B bond and the insertion of a µ2-bound CO molecule into the B2 unit. The fact that similar reactivity is only known from the CAAC-stabilized dihydrodiborene 22 (vide infra) clearly demonstrates the exceptional properties of CAACs to stabilize highly reactive, low-valent main group compounds.

The reactivity of the diboracumulene 7 towards dihydrogen represents another major section of this work. When 7 was stirred under a H2 atmosphere the H2 molecule was added across the B2 unit in a 1,2-addition, leading to the formation of a base-stabilized trans dihydrodiborene. In contrast to the dicyanodiborene, 22 is C2 symmetric and the π-system in the HOMO is delocalized over the whole C–B–B–C framework due to the π-acidity of the CAAC ligands. The hydrogenation was also carried out with pure D2 to rule out hydrogen abstraction from the solvent. DFT calculations also classified the boron-bound hydrogens as hydrides and determined the mechanism of the dihydrogen addition to the B2 unit. With a calculated exothermic reaction pathway, the reaction from 7 to 22 represents the first example of an uncatalyzed hydrogenation of a homodinuclear multiple bond of the second row.

In this work the CAAC-stabilized dihydrodiborene 22 showed diverse binding modes when treated with carbon monoxide. Among other outcomes, the propensity to promote 1,2-hydrogen shifts from adjacent BH-moieties to the carbene carbon atom led to the formation of various tautomers. While the product of the formal addition and insertion of two CO molecules was only stable under a CO atmosphere (24), under argon atmosphere two tautomers of 25 with a boron–boron bond and boraketene unit could be isolated. This process was found to be completely reversible. However, heating of 25 led to the formation of an alkylidene borane 26 which also exists in two tautomers. Furthermore, the formation of another species in low yields from the complete splitting of a CO fragment and the formation of an intramolecular C≡C triple bond could be observed. VT-NMR and correlation experiments, crystallizations under different atmospheres, vibrational spectroscopy, as well as determination of the reaction pathway by means of DFT calculations, enabled a deep and detailed insight into the underlying processes. 

The reaction of the dihydrodiborene 22 with acetylene under thermal conditions did not lead to the expected cycloaddition across the B=B double bond but to the insertion of acetylene into it. The obtained product 28 showed a C2 symmetric structure with sp2-hybridized carbon and boron centers along the major axis. A DFT study showed a conjugated π-system which closely resembles the of 1,3,5-hexatriene.

Another reaction of 22 with two equivalents of diphenyl disulfide yielded the splitting of the B=B double bond and the formation of a CAAC-stabilized sp3-hybridized monoborane. 

In two other reactivity studies the diboracumulene could be selectively reacted with carbon dioxide and acetone. The reaction of B2(CAAC)2 with two CO2 molecules led to the formation of a species with a boraketene functionality and a boronic ester group (30). There are no reported examples of the activation of carbon dioxide with apolar multiple bonds, which is why the reaction pathway was investigated by DFT calculations. The reaction proceeds via an unusual successive [2+1] cycloaddition to the coordinatively unsaturated boron atoms with the whole process being strongly exergonic.

The reaction of 7 with acetone led to the formation of a five-membered heterocycle with a C=C double bond and an unsymmetrically bridged boron–boron bond with a µ2 hydride orthogonal to the heterocycle. Interestingly, a comparative study from Tobias Brückner with a SIDep-stabilized diboryne and analogous reactions conditions resulted in the 1,2-enol addition product so that the underlying reaction pathway was also investigated. While the 1,2-enol addition product can be described as an intermediate on the way towards 31, moderate energetic barriers and a noticeably exergonic reaction pathway led to a double acetone activation when using the diboracumulene. 31 also showed a mixture of two isomers that could not be interconverted after formation.

The reaction of B2(CAAC)2 with (Me2S)CuCl led to a T-shaped coordination of three CuCl fragments to the B2 unit.

If treated with one equivalent IMeMe, the diboracumulene showed the formation of the heteroleptic substituted mono base adduct 34. Due to its thermal lability, after 24 hours at elevated temperature the selective formation of a C–H activation product was observed. The same product (35) could be obtained within minutes after addition of a Lewis acid (gallium trichloride) to 34 at room temperature. The addition of another equivalent of IMeMe to 34 led to the formation of the bis(IMeMe) adduct of the diboracumulene 36, which was reminiscent of the bis(CO) adduct 17 and features a strongly elongated B–B bond due to the steric strain in the system. The reaction of 34 towards carbon monoxide resulted in the formation of the heteroleptic base adduct 37. The electron rich boron atom of the boraketene fragment induces strong π-backdonation into the CO ligand, resulting in the lowest observed CO stretch for such a functionality. A final reactivity test of the monobase adduct 34 was carried out with dihydrogen, which led to the spontaneous hydrogenation of both boron atoms and the splitting of the boron–boron bond. The reaction mixture showed two species in a 1:1 ratio: a CAAC-stabilized BH3 fragment 39 and a twofold base-stabilized BH-borylene 38. The splitting of a boron–boron (multiple) bond to access heteroleptic Lewis-base-stabilized borylenes provides a novel approach towards this class of compounds.

A large part of this work concerns with the synthesis and reactivity of diborabenzene derivatives. When treating the diboracumulene 7 with acetylene, the formation of a CAAC-stabilized 1,4-diborabenzene could be observed. The planar framework, C–C and B–C bonds within the area of (partial) double bonds, strongly deshielded protons of the central B2C4H4 heterocycle, frontier orbitals that resemble those of benzene as well as negative NICS values represent 42 as a 6π-aromatic system. Due to its tremendously energetically destabilized HOMO, the compound was capable to be used as an electron rich ligand in transition metal chemistry (vide infra). The reactions of B2(CAAC)2 with propyne and 2-butyne led to the formation of 2π-aromatic, paramagnetic compounds with a butterfly shape from the [2+2] cycloaddition to the boron–boron-bond followed by a rearrangement to the thermodynamically more stable 1,3-diboretes. The thermally induced reaction of 40 and 41 with acetylene enabled the formation of the methyl-substituted 1,4-diborabenzene derivatives 43 and 44.

To evaluate the properties of the CAAC-stabilized 1,4-diborabenzene 42, the redox properties as well as the potential application as a η6-ligand for transition metals of the chromium triad, were investigated. The reduction of 42 with elemental lithium led to the formation of the two-electron reduction product 45. The formation of a quinoidal system led to an isomeric mixture of cis/trans configured CAAC ligands. Treatment of the compound with 0.5 equivalents of zirconium tetrachloride led to the quantitative formation of 42 and thereby demonstrating the high reduction potential of the dilithiated species. Furthermore, the reaction of 42 with [(MeCN)3M(CO)3] (M = Cr, Mo, W) enabled the synthesis of 18-valence-electron half-sandwich complexes. The coordination of the electron rich heteroarene to the metal tricarbonyl fragments resulted in the lowest ever observed carbonyl stretches for [(η6-arene)M(CO)3] complexes due to the strong electron donation of the ligand to the metal and the resulting backdonation into the antibonding π*-orbitals of the CO ligands. DFT calculations revealed (in contrast to [(η6-C6H6)Cr(CO)3]) significantly higher binding energies between the metal fragment and the 1,4-diborabenzene and together with further spectroscopic and theoretical analyses underline the remarkable ability of 42 to act as an exceedingly electron donating ligand.

Ultimately in a reactivity study with the tungsten complex 48, it was possible to obtain the radical monoanion 49, which is the first example of a monoanionic arene metal tricarbonyl complex of group 6 metals.

A final topic of this work concerned the synthesis of biradicals from twisted double bonds and the comparison with their diamagnetic congeners, diborenes. The reaction of the diboracumulene with differently substituted disulfides and one diselenide led to the formation of persistent, paramagnetic biradicals through 1,2 additions across the boron–boron multiple bond. While the addition of the reagents to the IDip-stabilized diboryne provided closed-shell, diamagnetic diborenes with a coplanar orientation of the substituents, the addition to the diboracumulene 7 led to the formation of a boron–boron single bond with mutually orthogonal ligands. EPR spectroscopy as well as magnetic measurements of the samples showed a triplet ground state for 51e at room temperature with a strong delocalization of the unpaired electrons into the ligands due to the captodative effect of the π-donor nitrogen atoms and π-acceptor boron atoms.
Furthermore, detailed theoretical studies showed that the singlet states of the synthesized diborenes are always more stable than the triplet states and that the triplet states of the paramagnetic compounds 51a,b,e are always more stable than the respective singlet states. All compounds exist in their ground states and therefore represent highly interesting model systems for a deeper understanding of this class of compounds.
KW  - Bor
KW  - Mehrfachbindung
KW  - Reaktivität
KW  - CAAC
KW  - Diborakumulen
KW  - Diborin
KW  - Diboren
KW  - Carben
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-163335
ER  - 
TY  - THES
A1  - Seufert, Jens
T1  - Synthese und Reduktionsverhalten neuer Lewis-Basen-Addukte des Bors sowie Redox-aktiver Ligandentransfer durch Silylene
T1  - Synthesis and reduction of novel Lewis-base adducts of boron and redox-active Ligand Transfer through silylenes
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit war es möglich, diverse Lewis-Basen für deren Einsatz zur Stabilisierung niedervalenter Borverbindungen zu testen. Dabei wurden neuartige Mono- und Diboran(4)-Addukte mit mesoionischen Carbenen, Phosphanen und Alkyl-verbrückten Carbenen synthetisiert, charakterisiert und deren Reduktionsverhalten getestet. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass elektronenreiche Bis(amidinato)- und Bis(guanidinato)silylene eine diverse Vielfalt an Reaktionstypen induzieren und dabei zu Redox-Reaktionen und Ligandenübertrag neigen.
N2  - Within the scope of this work, a variety of Lewis-bases were tested for their capability to stabilize low-valent boron compounds. Thereby, novel adducts of mono- and diboranes with mesoionic carbenes, phosphines and alkyl-bridged carbenes were synthesized, characterized and their reduction behavior was tested. Furthermore, it was shown that electron-rich bis(amidinato)- and bis(guanidinato)silylenes induce a range of interesting reactions and are prone to ligand transfer as well as redox reactions.
KW  - Bor
KW  - Reaktivität
KW  - Silylen
KW  - Carbene
KW  - Ligandentransfer
KW  - verbrückende Carbene
KW  - mesoionische Carbene
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-173987
ER  - 
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  - JOUR
A1  - Bélanger-Chabot, Guillaume
A1  - Braunschweig, Holger
T1  - Hexahalogendiborat‐Dianionen: Eine neue Klasse binärer Borhalogenide
JF  - Angewandte Chemie
N2  - Die elektronenpräzisen binären Borsubhalogenide [B\(_2\)X\(_6\)]\(^{2−}\) (X=F, Br, I) wurden synthetisiert und strukturell im Festkörper untersucht. Zudem konnte die vermutete Existenz von [B\(_2\)Cl\(_6\)]\(^{2−}\) mittels Röntgendiffraktometrie nachgewiesen werden. Diese Dianionen sind isoelektronisch zu den Hexahalogeniden des Ethans und können als Homologe des Tetrahalogenborat‐Anions BX\(_4\)\(^−\) betrachtet werden. Darüber hinaus gehören sie zu den seltenen Beispielen von elektronenpräzisen binären Borverbindungen (B\(_2\)X\(_4\), BX\(_3\), [BX\(_4\)]\(^−\)).
KW  - Binäre Verbindungen
KW  - Bor
KW  - Elektronenpräzise Diborate
KW  - Halogene
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-212605
VL  - 131
IS  - 40
ER  - 
TY  - THES
A1  - Müssig, Jonas Heinrich
T1  - Synthese und Reaktvität von Gruppe 13 Elementhalogeniden gegenüber metallischen und nicht-metallischen Lewis-Basen
T1  - Synthesis and Reactivity of Group 13 Elemental halides towards Metal and Nonmetal Lewis-Bases
N2  - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Dibortetrahalogenide dargestellt, deren Eigenschaften strukturell sowie spektroskopisch analysiert und deren Reaktivität gegenüber Lewis-basischen Hauptgruppenelementverbindungen untersucht. Durch anschließende Reaktivitätsstudien konnten unter anderem neuartige Diborene dargestellt und analysiert werden.
Weiterhin wurde die Verbindungsklasse der Elementhalogenide der Gruppe 13 in der Oxidationsstufe +2 (B, Ga, In) und +3 (In) bezüglich ihrer Reaktivität gegenüber Übergangsmetall Lewis-Basen untersucht. Die gebildeten, neuartigen Bindungsmodi der Gruppe 13 Elemente am Übergangsmetall wurden strukturell, spektroskopisch sowie quantenchemisch analysiert.
N2  - As a part of the present work diborontetrahalides were synthesized, analyzed and their reactivity was investigated towards Lewis-basic main group compounds. Subsequent reactivity studies were performed and novel Diborenes were synthesized and analyzed.
Furthermore the reactivity of group 13 elemental halides in the oxidation state +2 (B, Ga, In) and +3 (In) was investigated towards Lewis-basic transition metal complexes. The novel bonding motifs of the group 13 elements at the metal center were investigated structurally, spectroscopically and by quantum chemical calculations.
KW  - Übergangsmetallkomplex
KW  - Bor
KW  - Lewis-Base
KW  - Gallium
KW  - Indium
KW  - Gruppe 13 element
KW  - Diboren
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179831
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Muessig, Jonas H.
A1  - Lisinetskaya, Polina
A1  - Dewhurst, Rian D.
A1  - Bertermann, Rüdiger
A1  - Thaler, Melanie
A1  - Mitric, Roland
A1  - Braunschweig, Holger
T1  - Dibortetraiodid (B\(_2\)I\(_4\)) ist im Festkörper ein Polymer aus sp3‐hybridisiertem Bor
JF  - Angewandte Chemie
N2  - Anhand der ersten Festkörperstrukturen von Dibortetraiodid (B\(_2\)I\(_4\)) wird gezeigt, dass dieses nicht, wie lange angenommen, analog zu den leichteren Dibortetrahalogeniden B\(_2\)F\(_4\), B\(_2\)Cl\(_4\) und B\(_2\)Br\(_4\) in allen Aggregatzuständen in Form diskreter Moleküle mit planaren, dreifach koordinierten Boratomen vorliegt. Röntgenstrukturanalysen, Festkörper‐NMR‐ und IR‐Messungen zeigen, dass B\(_2\)I\(_4\) im Festkörper in zwei polymeren Konformeren vorkommt, die tetraedrisch koordinierte Boratome enthalten. Anhand von DFT‐Rechnungen werden die IR‐Spektren in Lösung und im Festkörper simuliert und mit den experimentellen Daten verglichen.
KW  - Bor
KW  - Diboran
KW  - DFT-Rechnungen
KW  - Festkörperstrukturen
KW  - Halogene
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-219653
VL  - 132
IS  - 14
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Paprocki, Valerie
A1  - Hrobárik, Peter
A1  - Harriman, Katie L. M.
A1  - Luff, Martin S.
A1  - Kupfer, Thomas
A1  - Kaupp, Martin
A1  - Murugesu, Muralee
A1  - Braunschweig, Holger
T1  - Ein neutrales 1,4‐Diborabenzol als \(\pi\)‐Ligand in Actinoidkomplexen
JF  - Angewandte Chemie
N2  - Die \(\pi\)-Koordination von Aren- und anionischen Heteroarenliganden ist ein allgegenwärtiges Strukturmotiv in der metallorganischen Chemie der d- und f-Block-Elemente. Im Gegensatz dazu sind vergleichbare \(\pi\)-Wechselwirkungen neutraler Heteroarene, darunter auch solche neutraler, aromatischer Borheterocyclen, für den f-Block weit weniger verbreitet, was z. T. mit einer geringeren Effektivität der Metall-zu-Ligand-Rückbindung in Zusammenhang gebracht werden kann. Für die Actinoide sind π-Komplexe mit neutralen Heteroarenliganden sogar gänzlich unbekannt. Durch Ausnutzung der außergewöhnlichen \(\pi\)-Donorstärke eines 1,4-Diborabenzols ist es uns nun gelungen, eine Reihe stabiler π-Halbsandwichkomplexe des Thoriums(IV) und des Urans(IV) über einen erstaunlich einfachen Zugang zu generieren: Umsetzung eines 1,4-Diborabenzols mit ThCl\(_{4}\)(dme)\(_{2}\) bzw. UCl\(_{4}\) in Gegenwart einer Lewis-Base. Hierdurch konnten die ersten Beispiele für Actinoidkomplexe mit einem neutralen Borheterocyclus als Sandwich-artigem Liganden erhalten werden. Laut experimentellen und theoretischen Studien ist die starke Actinoid-Heteroaren-Wechselwirkung in diesen Molekülen im Wesentlichen von elektrostatischer Natur. Der kovalente Hauptbeitrag wird hingegen von der Ligand-zu-Metall-\(\pi\)-Wechselwirkung geleistet, während \(\pi\)/δ-Rückbindungsanteile kaum eine Rolle spielen.
KW  - Actinoide
KW  - Bindungsverhältnisse
KW  - Bor
KW  - Heterocyclen
KW  - \(\pi\)-Komplexe
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-218181
VL  - 132
IS  - 31
SP  - 13209
EP  - 13216
ER  - 
TY  - THES
A1  - Prieschl, Dominic
T1  - Reaktivitätsstudien zu Diboranen(4) und NHC-stabilisierten µ-Hydridodiboranen(5)
T1  - Reactivity studies of diboranes(4) and NHC-stabilised µ-hydrido diboranes(5)
N2  - Die vorliegende Arbeit behandelt im ersten Abschnitt die Synthese und Reaktivität neuartiger Diborane(4). Ebenfalls wurde die Reaktivität von Dihalogendiboranen(4) gegenüber Phenylazid untersucht, wobei symmetrische Vertreter unter Beibehalt der B-B-Bindung die fünfgliedrigen B2N3 Heterocyclen 14 und 15 lieferten. Der zweite Abschnitt dieser Arbeit beschäftigt sich mit der unerwarteten Reaktivität der NHC-stabilisierten μ-Hydridodiborane(5) XXIII und XXIV. Der abschließende Teil dieser Arbeit befasst sich mit den ersten Versuchen zur Darstellung eines CAAC-stabilisierten, Diboranyl-substituierten Borylens.
N2  - The first part of this thesis focuses on the synthesis and reactivity of novel diboranes(4). Furthermore, the reactivity of dihalodiboranes(4) towards phenyl azide was investigated. Symmetrical derivatives Ia and IIb gave five-membered B2N3 heterocycles 14 and 15 with retention of the B-B bond. The second chapter of this work deals with the unexpected reactivity of NHC-stabilized μ-hydridodiboranes(5) XXIII and XXIV. The final part of this thesis focuses on the first attempts to synthesize a CAAC-stabilised, diboranyl-substituted borylene.
KW  - Diborane
KW  - Diborane(4)
KW  - diboranes(4)
KW  - Diborane(5)
KW  - diboranes(5)
KW  - sp2-sp3
KW  - Bor
KW  - boron
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-210749
ER  - 
TY  - THES
A1  - Brückner, Tobias Walter
T1  - Lewisbasenstabilisierte Bor-Bor-Mehrfachbindungssysteme - Darstellung und Reaktivitätsstudien
T1  - Lewis base stabilized boron-boron multiple binding systems - Synthesis and reactivity
N2  - Diese Dissertation befasst sich mit der Darstellung und Reaktivität von Lewisbasenstabilisierten Bor-Bor-Mehrfachbindungssystemen.
Besonderes Augenmerk lag hierbei auf der Aktivierung von Element-Wasserstoff-Bindungen von Boranen, Aminen, Silanen und Phosphanen durch NHC-stabilisierte Diborine. Des Weiteren wurde die Aktivierung von Bor-Bor-, sowie Phosphor-Phosphor-Einfachbindungen untersucht. Zusätzlich wurde die Reaktivität gegenüber Carbenen und aromatischen Stickstoffbasen näher beleuchtet.
N2  - This dissertation deals with the representation and reactivity of Lewis base-stabilized boron-boron multiple bond systems.
Special attention was paid to the activation of element-hydrogen bonds of boranes, amines, silanes and phosphanes by NHC-stabilized diborins. Furthermore, the activation of boron-boron and phosphorus-phosphorus single bonds was investigated. In addition, the reactivity towards carbenes and aromatic nitrogen bases was investigated.
KW  - Diborine
KW  - Bor
KW  - boron
KW  - Diborine
KW  - Diborene
KW  - Lewisbasen
KW  - diborynes
KW  - diborenes
KW  - lewis bases
KW  - Bor
KW  - Mehrfachbindung
KW  - Lewis-Base
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-213479
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Hagspiel, Stephan
A1  - Fantuzzi, Felipe
A1  - Dewhurst, Rian D.
A1  - Gärtner, Annalena
A1  - Lindl, Felix
A1  - Lamprecht, Anna
A1  - Braunschweig, Holger
T1  - Addukte des Stammboraphosphaketens H\(_{2}\)BPCO und deren Insertionsreaktionen mittels Decarbonylierung
JF  - Angewandte Chemie
N2  - Die ersten Beispiele für Lewis-Basen-Addukte des Stammboraphosphaketens H\(_{2}\)B-PCO und ihre cyclischen Dimere wurden hergestellt. Eines dieser Addukte zeigt unter milden Bedingungen eine Decarbonylierung und anschließende Insertion des Phosphinidens in die B-C-Bindung eines Borols, was in der Bildung sehr seltener Beispiele für 1,2-Phosphaborinine, B,P-Isostere von Benzol, resultiert. Die starken Donoreigenschaften dieser 1,2-Phosphaborinine wurden durch die Synthese ihrer π-Komplexe mit Metallen der Gruppe 6 bestätigt.
KW  - Bor
KW  - Decarbonylierung
KW  - Heterocyclen
KW  - Ketene
KW  - Phosphor
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-244803
VL  - 133
IS  - 24
SP  - 13780
EP  - 13784
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ritschel, Benedikt Tobias
T1  - Lewis-Basen-stabilisierte Bor–Bor-Mehrfachbindungssysteme – Reaktivitätsstudien an Diboracumulenen und Dicyanodiborenen
T1  - Lewis base-stabilized boron-boron multiple bonds - reactivity studies on diboracumulenes and dicyanodiborenes
N2  - Die vorliegende Arbeit umfasst im Wesentlichen Studien über die Reaktivität von Diboracumulenen sowie Dicyanodiborenen gegenüber diversen Substraten verschiedener Substanzklassen, wie z. B. Acetylenen, Aminen, Aziden, Nitrilen, Isonitrilen und Übergangsmetallen. Auf diese Weise sollen zunächst Einblicke in das unterschiedliche Reaktionsverhalten der niedervalenten Borverbindungen ermöglicht sowie ein Verständnis für die erhaltenen, teils neuartigen, Bindungsmodi und Substanzklassen etabliert werden. Die jeweiligen MecAAC- und CycAAC-stabilisierten Verbindungen wurden hierbei auf den Einfluss des sterischen Anspruchs der Liganden in Bezug auf die Reaktivität untersucht. Die aufgeführten Kapitel beziehen sich daher auf die Reaktivität der Diboracumulene wie auch die der Dicyanodiborene gegenüber Verbindungen jeweils einer bestimmten Substanzklasse. Die erhaltenen Produkte werden, soweit möglich, miteinander verglichen.
N2  - The present work mainly comprises studies on the reactivity of diboracumulenes as well as dicyanodiborenes towards diverse substrates of different substance classes, such as acetylenes, amines, azides, nitriles, isonitriles and transition metals. In this way, insights into the different reaction behavior of the low-valent boron compounds of the obtained, partly novel, binding modes and substance classes should be established. In this context, the respective MecAAC- and CycAAC-stabilized compounds were examined towards the influence of the steric requirement of the ligands with respect to the reactivity. Therefore, the chapters refer to the reactivity of the diboroacumulenes as well as that of the dicyanodiborenes towards compounds of a particular substance class in each case. Where possible, the products obtained are compared with each other.
KW  - Bor
KW  - Reaktivitätsstudien
KW  - reacitvity studies
KW  - Mehrfachbindung
KW  - Hauptgruppenelementverbindungen
KW  - Diboren
KW  - Diboracumulen
KW  - diborene
KW  - diboracumulene
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-243306
ER  - 
TY  - THES
A1  - Englert, Lukas
T1  - Synthese und Reaktivität Phosphan-stabilisierter Diborene
T1  - Synthesis and Reactivity of Phosphine-stabilised Diborenes
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Reaktivität von Phosphan-stabilisierten Diborenen. Der erste Teil beschreibt die Darstellung von Tetrabromdiboran(4)-Addukten mit zweizähnigen (84a–87c) und einzähnigen Phosphanen (43a–c; 88a–89b), welche ausgehend von B2Br4(SMe2)2 (83) in einer Substitutionsreaktion in sehr guten Ausbeuten erhalten wurden. In fast allen Fällen gelang es mithilfe der Molekülstrukturen im Festkörper die Verbindungen näher zu untersuchen. Dabei konnten erstmalig Phosphan-verbrückte Diboran(6)-Verbindungen 86a–87a strukturell charakterisiert werden. Eine Besonderheit stellt in diesem Zusammenhang der PBBP-Torsionswinkel α dar, der die Abwinklung zwischen den Phosphanliganden angibt und welcher mit steigender Sterik zunimmt, was auf attraktive Dispersionswechselwirkungen zwischen den organischen Resten zurückzuführen ist.
Einige Addukte wurden experimentell auf ihr Redoxverhalten hin untersucht. Obwohl bei vielen Reduktionsversuchen Diboren-typische NMR-Signale beobachtet wurden, sind die meisten Produkte so instabil, dass keine weiteren Beweise für die erfolgreiche Darstellung der jeweiligen Diborene erbracht werden konnten. Nur für 88c gelang die zielgerichtete Reduktion zum Diboren 93c zu reduzieren. Die analysenreine Isolierung von 93c gelang jedoch nicht, sodass es in situ zum Diboren-Übergangsmetall-side-on Komplex 94 umgesetzt wurde. Quantenchemische Untersuchungen der Grenzorbitale zeigten, dass sehr wahrscheinlich die energetische Lage der MOs mit Anteilen auf den σ*-Orbitalen der B‒Br-Bindungen ausschlaggebend für eine erfolgreiche Reduktion von Bisphosphanaddukten zum Diboren ist. Allerdings stellt auch der räumliche Anspruch der Phosphane einen entscheidenden Stabilitätsfaktor für das entstehende Phosphan-stabilisierte Diboren dar. 
Weiterhin wurde das Portfolio an Phosphan-stabilisierten 1,2-Diaryldiborenen mit den Ver-bindungen 97a–98b erweitert und die Synthese derartiger Diborene in einer Eintopfsynthese optimiert. Außerdem gelang die erstmalige Darstellung Phosphan-stabilisierter Diborene mit Durylsubstituenten (98a/b), die sich aber, mitsamt ihren Brom-verbrückten Monoadduktvorstufen 96a/b, als unerwartet labil erwiesen. Die Diborene zeigen für diese Verbindungsklasse typische NMR-spektroskopische und röntgenkristallographische Messdaten. Zusätzlich wurden 97a/b mittels UV/Vis-Spektroskopie und quantenchemischen Methoden näher analysiert.
Das Hauptaugenmerk der durchgeführten Forschungsarbeiten lag auf der Untersuchung der Reaktivität des Diborens 48a. Dessen B=B-Bindungsordnung konnte in zwei Reaktionen mit unterschiedlichen Oxidationsmitteln unter Bildung des Radikalkations [100]∙+ herabgesetzt werden. Eine Oxidation der B=B-Bindung gelang auch mit der Umsetzung von 48a mit Chalkogenen und chalkogenhaltigen Reagenzien. Unter anderem gelang mit der Darstellung des 1,2-Dimesityl-1,2-di(phenylseleno)diborans(4) (104) die Synthese eines seltenen Beispiels für ein strukturell aufgeklärtes, selenhaltiges Diboran(4). Dabei konnte außerdem erstmals die vollständige Freisetzung beider Lewis-Basen aus einem Diboren unter gleichzeitiger Reduktion der Bindungsordnung beobachtet werden.
Weiterhin wurde 48a mit stickstoffhaltigen Heteroaromaten umgesetzt. Dabei lassen die spektroskopischen und quantenchemischen Daten ein Pyridin-stabilisiertes Diboren 105 vermuten. In weiteren Versuchen wurde 48a mit 2,2'-Bipyridin untersucht und ein Monoboran und das 1,4-Diaza-2,3- diborinin 106 erhalten. 106 wurde im Festkörper und quantenchemisch näher untersucht. Eine NICS-Analyse bescheinigt dem zentralen B2N2C2-Ring des Diborans(4) ein außer-ordentliches Maß an Aromatizität.
Ferner war 48a in der Lage, Element-Wasserstoffbindungen zu aktivieren (E = B, Si, N, S). Während für die Umsetzungen mit diversen Silanen nur über die Reaktionszusammensetzung spekuliert werden konnte, gelang die Strukturaufklärung zweier Produkte der Reaktion mit HBCat (110 und 111) mittels Einkristallröntgenstrukturanalyse. In diesem Zusammenhang gelang die Darstellung der sp2-sp3-Diborane(5) 112–113b in Umsetzungen von 48a mit einem Thiol bzw. mit Anilinderivaten in guten Ausbeuten. Die NMR-spektroskopischen und kristallographischen Daten der Produkte sind miteinander vergleichbar und liegen im erwarteten Bereich derartiger Verbindungen. Zusätzlich konnte in den stickstoffhaltigen Produkten 113a/b die trans-Konfiguration der B=N-Doppelbindung mittels 1H–1H-NOESY-NMR-Experimenten bestätigt werden. 
Das Diboren 48a zeigt auch ein reichhaltiges Reaktivitätsverhalten gegenüber kleinen Molekülen. Nach dem Austausch der Schutzgasatmosphäre gegen N2O oder CO2 konnte die oxidative Zersetzung von 48a zum literaturbekannten Boroxinderivat 114 festgestellt werden.
Gänzlich anders verlief die Reaktion von 48a mit CO, wobei ein interessanter, achtgliedriger Heterocyclus 115 gebildet wurde, der formal aus zwei gespaltenen CO-Molekülen und zwei Diborenen besteht. Die genaue Beschreibung der Bindungssituation innerhalb der BC(P)B-Einheit kann, anhand der Festkörperstruktur von 115 und DFT-Berechnungen, mit literaturbekannten α-borylierten Phosphoryliden verglichen werden. Mit hoher Wahrscheinlichkeit liegt eine Mischform der mesomeren Grenzstrukturen 115-A, 115-B und 115-C vor, da für alle drei Strukturvorschläge experimentelle Hinweise gefunden werden können.
Das Diboren 48a reagierte mit H2 ohne Katalysator, unter thermischer Belastung, erhöhtem Druck und langer Reaktionszeit zu unterschiedlichen Produkten. Erste Umsetzungen führten hierbei zum Produkt 118a, das in folgenden Hydrierungen aber nicht mehr reproduziert werden konnte. Stattdessen wurde die selektive Bildung der Monoborane 119a/b beobachtet. Für beide Reaktivitäten wurde je ein Reaktionsmechanismus quantenchemisch untersucht. Das Schlüsselintermediat ist dabei jeweils ein hochreaktives Intermediat Int3, welches vermutlich für eine Vielzahl an Reaktivitäten von 48a verantwortlich ist.
Das letzte Kapitel widmete sich unterschiedlichen Cycloadditionen von 48a mit verschiedenen ungesättigten Substraten. Die Reaktivität gegenüber Aziden konnte hierbei nicht vollständig aufgeklärt werden. Allerdings gelang es ein PMe3-stabilisiertes Phosphazen 122 als Nebenprodukt nachzuweisen und gezielt in einer Staudinger-Reaktion darzustellen.
Mit Carbodiimiden reagierte das Diboren 48a unter photolytischen Bedingungen zu den 1,2,3-Azadiboretidinen 123a–c, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit stark vom sterischen Anspruch des Carbodiimids abhängig war. Das Azadiboretidin 123a konnte im Festkörper näher untersucht werden und stellt ein seltenes Beispiel für einen solchen Heterocyclus dar. Die thermische Umsetzung von 48a mit den Carbodiimiden lieferte hingegen ein noch nicht vollständig aufgeklärtes Produkt. Anhand der spektroskopischen Daten wird die Darstellung eines NHCs mit Diboran(4)-Rückgrat der Art B2Mes2(NiPr)2C: (124a) vermutet. Quantenchemische Untersuchungen sagen für 124a ähnliche Bindungsparameter wie für ein literaturbekanntes π-acides NHC voraus.
Die Reaktion von 48a mit terminalen Alkinen führte zielgerichtet zu PMe3-stabilisierten 1,3-Dihydro-1,3-diboreten 126a–d. In Lösung konnten für 126c/d zusätzlich die jeweiligen Konstitutionsisomere 127c/d mit Anteilen von unter 10% NMR-spektroskopisch beobachtet werden. Im Festkörper wird hingegen nicht das Diboret 126d, sondern ausschließlich das Konstitutionsisomer 127d beobachtet. Die Lewis-Formel der Diborete legt nahe, dass ein elektronenarmes, dreifach koordiniertes Kohlenstoffatom in der BCB-Einheit vorliegt, was im 13C{1H}-NMR-Spektrum mit den entsprechenden Signalen bestätigt wird. Eine elektronische Delokalisation wird mit den ermittelten B‒C-Atomabständen innerhalb der BCsp2B-Einheiten von 126a–c und 127d unterstützt. Die P‒Csp2-Bindung in 127d weist zudem einen kurzen P=C-Bindungsabstand auf, was einen sehr hohen π-Anteil vermuten lässt. Die einmalige Beschreibung des C‒H-Aktivierungsprodukts 131 im Festkörper gibt einen Hinweis auf eine anfängliche [2+2]-Cycloaddition zwischen der B=B-Doppelbindung und dem terminalen Alkin, die über eine 1,3-Umlagerung zur Bildung der 1,3-Diborete führt.
Ferner gelang unter den identischen Reaktionsbedingungen aus 48a und 1,4‐Diethinylbenzol die Darstellung der Mono‐ und Bis(1,3‐dihydro‐1,3‐diborete) 128 und 129, wobei 129 nur im Festkörper genauer untersucht werden konnte. Die Umsetzung von 48a mit 1,3,5‐Triethinylbenzol ergab ein Produktgemisch der Form (B2Mes2(PMe3)HCC)n(C6H3)(CCH)3−n (130-n; n = 1, 2, 3), welches Hinweise auf die zweifache bzw. dreifache Diboretbildung lieferte. DFT-Berechnungen sagen für das Bisdiboret 129 eine Kommunikation zwischen beiden Heterocyclen über den zentralen Benzolring voraus, was die Ursache für die beobachtete Fluoreszenz sein könnte.
Das Diboren 48a reagierte zudem mit Diazabutadienen unter thermischen Bedingungen in inversen Diels-Alder-Reaktionen zu 1,2,3,4-Tetraaryl-1,4-diaza-2,3-diborininen 132a–e. Dies stellt einen neuen Zugang zu dieser Substanzklasse dar. Dabei zeigte sich eine direkte Korrelation zwischen der Reaktionszeit und dem räumlichen Anspruch der Diazabutadiene. Die erfolgreiche Aufarbeitung der 1,4-Diaza-2,3-diborinine ist aufgrund ihrer hohen Löslichkeit in gängigen Lösungsmitteln wesentlich vom Kristallisationsverhalten der Produkte abhängig. Die analoge Umsetzung unter photochemischen Bedingungen gab Hinweise darauf, dass diese Reaktion dem Mechanismus einer inversen [4+2]-Cycloaddition folgt. Bemerkenswert ist die hohe Stabilität der Diborane(4) 132b/c gegenüber Luft und Wasser, die vermutlich auf der kinetischen Stabilisierung durch die ortho- Methylgruppen der Stickstoff-gebundenen Aromaten beruht.
Im Gegensatz dazu wurde bei der Reaktion zwischen 48a und dem Diazabutadien (MesN)2C2Mes2 das 1,2,3,4-Tetramesityl-5,6-dimethyl-1,4-diaza-2,3-diborinin 132e nur in Spuren nachgewiesen. Unter den gewählten Bedingungen wurde stattdessen Verbindung 133 gebildet. Die systematische, experimentelle Untersuchung dieser Reaktivität wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit nicht durchgeführt. Die Schlüsselschritte des Reaktionsmechanismus zur Bildung von 133 führen höchstwahrscheinlich wieder über das Intermediat Int3. Nach einer 1,2-Wanderung eines Mesitylsubstituenten wird das Monophosphan-stabilisierte Zwitterion Int13a gebildet, welches in seiner Grenzstruktur Int13b als Borylen beschrieben werden kann. Eine anschließende intramolekulare C‒H-Aktivierung resultiert im Diboran(5) 133.
Mit dieser Arbeit ist es gelungen, neue Erkenntnisse über die Chemie Phosphan-stabilisierter Diborene zu erhalten. Die labil gebundenen Phosphane eröffnen diesen Diborenen eine einzigartige Reaktivität, die bei den NHC-Vertretern nicht gefunden wird. In der Zukunft könnten neue Konzepte entwickelt werden dieses Reaktionsverhalten weiter zu nutzen. Wünschenswert wäre es die Diboren-Monomere miteinander zu Ketten zu verknüpfen.
N2  - The present work deals with the synthesis and reactivity of phosphine-stabilised diborenes. The first section describes the preparation of tetrabromodiborane(4) adducts with bidentate (84a–87c) and monodentate phosphines (43a–c; 88a–89b). These were obtained from B2Br4(SMe2)2 (83) in a substitution reaction in very good yields. In almost all cases, it was possible to investigate the compounds more closely based on their solid-state molecular structures. For the first time, the structures of phosphine-bridged di¬bo¬rane(6) compounds 86a–87a were determined. A special feature in this context is the PBBP torsion angle α, which indicates the angular deflection between the phosphine ligands. Contrary to expectations, the angle α decreases with increasing steric demand, which is probably due to attractive dispersion interactions between the organic residues.
The adducts 84a/b, 135a/c, 87a, 88a/c/d and 136a were experimentally investigated for their redox behaviour. Although diborene-type NMR signals were observed in some reduction experiments, most of the products are so unstable that no further evidence for the successful preparation of the respective diborenes was obtained. Therefore, only 88c was successfully reduced to the diborene 93c. However, the isolation of 93c was not successful, thus it was instead reacted in situ with ZnBr2 to form the side-on transition metal diborene complex 94. Quantum-chemical investigations of the frontier orbitals showed that the energy level of the MOs with lobs corresponding to the σ* orbitals of the B‒Br bonds is most likely decisive for the successful reduction of bisphosphine adducts to diborenes. However, the steric demand of the phosphines is also a crucial stabilising factor for the resulting phosphine-stabilised diborene.
Furthermore, the portfolio of phosphine-stabilised 1,2-diaryldiborenes was expanded with compounds 97a–98b and the synthesis of these diborenes was optimised in a one-pot synthesis. In addition, phosphine-stabilised diborenes with duryl substituents (98a/b) were synthesised for the first time, which, together with their bromine bridged monoadduct precursors 96a/b, proved to be unexpectedly labile. The prepared diborenes provided NMR spectroscopic and X-ray crystallographic data which are typical for this class of compounds. Moreover, 97a/b was analysed in more detail using UV/vis spectroscopy and quantum-chemical methods. 
The main focus of this research lies in the investigation of the reactivity of the diborene 48a. Its B=B bond order was reduced in two reactions with different oxidizing agents forming the radical cation [100]∙+. An oxidation of the B=B bond was also achieved with the reaction of 48a with chalcogens and chalcogen-containing reagents. Furthermore, with the preparation of 1,2-dimesityl-1,2-di(phenylseleno)diborane(4) (104), the synthesis of a rare example of a structurally elucidated selenium containing diborane(4) was achieved. In addition, the complete release of both Lewis bases from a diborene with simultaneous reduction of the B=B bond order was observed for the first time.
Furthermore, 48a was reacted with nitrogen containing heteroaromatics. The spectroscopic and quantitative chemical data indicate a pyridine-stabilised diborene 105. Further experiments were aimed at exploring the reactivity of 48a towards 2,2'-bipyridine and the monoborane 107d and the 1,4-diaza-2,3-diborinine 106 were obtained. The solid-state structure of 106 and quantum-chemical investigations suggested a bonding situation comparable to that of carbon analogues. In addition, a NICS analysis confirmed that the central B2N2C2 ring of diborane(4) 106 has an extraordinary degree of aromaticity.
Compound 48a was also able to activate element-hydrogen bonds (E = B, Si, N, S). While for the reactions with various silanes the reaction composition could only be speculated upon, the structure of two products of the reaction with HBCat (110 and 111) were elucidated by means of single crystal X-ray structure analysis. In this context, the sp2-sp3 diboranes(5) 112–113b were obtained in good yields in reactions of 48a with a thiol and with aniline derivatives, respectively. The NMR spectroscopic and crystallographic data of the products are comparable and lie within the expected range of such compounds. In addition, the trans configuration of the B=N double bond in the nitrogenous products 113a/b was confirmed by 1H‒1H-NOESY NMR experiments.
The diborene 48a also shows a rich reactivity towards small molecules. After replacing the inert gas atmosphere with N2O or CO2, the oxidative decomposition of 48a to the literature-known boroxine derivative 114 was detected.
The reaction of 48a with CO was completely different, whereby an interesting, eight-membered heterocycle 115 was formed, which formally consists of two cleaved CO molecules and two diborenes. Based on the solid-state structure of 115 and DFT calculations, the exact description of the bonding situation within the BC(P)B unit can be compared with literature-known α-borylated phosphorus ylides. It is highly probable that a mixed form of the mesomeric structures 115-A, 115-B and 115-C is present since experimental evidence can be found for all three proposed structures.
The diborene 48a reacted with H2 without the need for a catalyst, with heating, high pressure and long reaction times leading to different products. Initial reactions led to the product 118a, which could not be reproduced in subsequent hydrogenations. Instead, the selective formation of the monoboranes 119a/b was observed. One reaction mechanism was computationally determined for each of the reactivities. The key intermediate in each case is the highly reactive intermediate Int3, which is presumably responsible for a large number of the reactivity patterns of 48a.
The last chapter is devoted to different cycloadditions of 48a with different unsaturated substrates. The reactivity towards azides could not be fully elucidated. However, it was possible to detect a PMe3 stabilised phosphazene 122 as a byproduct, which could be independently synthesised via a Staudinger reaction.
The diborene 48a reacted with carbodiimides under photolytic conditions to give the 1,2,3 azadiboretidines 123a–c, whereby the reaction rate was strongly dependent on the steric demand of the carbodiimide. The solid-state structure of azadiboretidine 123a was determined and represents a rare example of such a heterocycle. The thermal reaction of 48a with carbodiimides, on the other hand, yielded a product that has not yet been fully elucidated. Based on the spectroscopic data, the preparation of a NHC with a diborane(4) backbone of the type B2Mes2(NiPr)2C: (124a) is suspected. Quantum-chemical investigations predicted similar bonding parameters for 124a as for a literature known π-acidic NHC.
The reaction of 48a with terminal alkynes led to PMe3-stabilised 1,3-dihydro-1,3-diboretes 126a–d. For 126c/d the respective constitutional isomers 127c/d with proportions of less than 10% could additionally be observed via solution NMR spectroscopy. In the solid state, on the other hand, not the diborete 126d but exclusively the constitutional isomer 127d was observed. The Lewis formulas of the diboretes suggest that an electron-deficient, tricoordinate carbon atom is present in the BCB unit, which is confirmed by its 13C{1H} NMR spectrum, which contains corresponding signals. The electronic delocalisation is supported by the experimentally derived B‒C atomic distances within the BCsp2B units of 126a–c and 127d. The P‒Csp2 bond in 127d is short, suggesting a high degree of π-character. The unique description of the C‒H activation product 131 in the solid state suggests an initial [2+2] cycloaddition between the B=B double bond and the terminal alkyne, which leads to the formation of the 1,3-diboretes via a 1,3 rearrangement.
Using the identical reaction conditions as the reaction between 48a and 1,4-diethylbenzene, the preparation of the mono- and bis(1,3-dihydro-1,3-diboretes) 128 and 129 was achieved, whereby 129 could only be structurally authenticated. The reaction of 48a with 1,3,5-triethynylbenzene gave a mixture of products of the type (B2Mes2(PMe3)HCC)n(C6H3)(CCH)3-n (130-n; n = 1, 2, 3), which provided evidence for the two- and threefold diborete formation, respectively. DFT calculations predict some degree of communication between the two heterocycles via the central benzene ring in the bisdiborete 129, which could be the cause of the observed fluorescence. 
The diborene 48a also reacted with diazabutadienes under thermal conditions in inverse Diels-Alder reactions to give 1,2,3,4-tetraaryl-1,4-diaza-2,3-diborinines 132a–e. This represents a new approach to this substance class. Thereby, a direct correlation between the reaction time and the steric demand of the diazabutadienes was observed. The successful work-up of the 1,4-diaza-2,3-diborinines is essentially dependent on the crystallisation behaviour of the products due to their high solubility in common solvents. The analogous conversion under photochemical conditions indicated that this reaction follows the mechanism of an inverse electron demand [4+2] cycloaddition. The high stability of the diborane(4) 132b/c against air and water is remarkable, which is probably due to the kinetic stabilisation by the ortho-methyl groups of the nitrogen-bound aryl groups.
In contrast, the reaction between 48a and the diazabutadiene (MesN)2C2Mes2 gave the 1,2,3,4-tetramesityl-5,6-dimethyl-1,4-diaza-2,3-diborinine 132e, but only in small amounts. Instead, compound 133 was formed under the chosen conditions. However, the systematic, experimental investigation of this reactivity was not carried out within the scope of this work. The key intermadiate of the reaction mechanism for the formation of 133 is most probably again the intermediate Int3. After a 1,2-migration of a mesityl substituent, the monophosphine-stabilised zwitterion Int13a is formed, which can be described as a borylene in its mesomeric structure Int13b. A subsequent intramolecular C‒H activation results in the diborane(5) 133.
This work provides new insights into the chemistry of phosphine-stabilised diborenes. The labile phosphine groups provide a unique reactivity to the diborenes that is not found in the NHC-bound derivatives. In the future, new concepts could be developed to further exploit this reaction behaviour. Along these lines, it would be desirable to link diborenes with each other to create chains.
KW  - Bor
KW  - Synthese
KW  - Doppelbindung
KW  - Phosphin
KW  - Reaktivität
KW  - Diboren
KW  - Phosphan-stabilisiert
KW  - Diborene
KW  - Phosphine-stabilised
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-241365
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rempel, Anna
T1  - Synthese und Reaktivität von Boryldiazenidokomplexen
T1  - Synthesis and Reactivity of Boryldiazenido Complexes
N2  - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese, Charakterisierung und Reaktivität von Boryldiazenidokomplexen. Im ersten Abschnitt wird die Synthese von neuartigen Boryldiazenidokomplexen behandelt. Im zweiten Teil werden Studien zu den Reaktivitäten dieser Verbindungen gegenüber Elektrophilen, Lewis-Basen sowie Reaktionen an den Element-Halogen-Bindungen vorgestellt.
N2  - The present work deals with the synthesis, characterization and reactivity of boryldiazenido complexes. In the first section, the synthesis of novel boryldiazenido complexes is discussed. In the second part, studies on the reactivities of these compounds toward electrophiles, Lewis bases, and reactions at the element-halogen bonds are presented.
KW  - Übergangsmetallkomplexe
KW  - Diazenidokomplexe
KW  - Bor
KW  - Distickstoffkomplexe
KW  - Boryldiazenidokomplexe
KW  - Boryldiazenido Complexes
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247415
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stoy, Andreas
T1  - Darstellung, Charakterisierung und Reaktivität von NHC-stabilisierten 1,2-Dihalogendiborenen
T1  - Preparation, characterization and reactivity of NHC-stabilized 1,2-dihalodiborenes
N2  - 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 zugänglich. 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 mäßigem Erfolg geprägt. Als Reduktionsmittel wurden Alkali- bzw. Erdalkalimetalle, Interkallationsverbindungen und Übergangsmetallkomplexe eingesetzt. Zwar war in allen Fällen eine deutliche Farbänderung 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 vollständig 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 näher 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 Reaktivitätsstudien durchgeführt. 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 Fällen eine [2+2]-Cycloaddition die zu den Dibora-β-Lactonen 131a–134a führte, von denen 131a und 132a vollständig 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 verhältnismäßig langsame Umsetzung von 21 zu 132a konnte die [2+2] Cyclo¬addition mittels 1H-VT-NMR-Spektroskopie verfolgt werden, wobei die Rückgrat¬protonen der NHCs als selektive Sonde dienten. Eine bemerkenswert hohe Stabilität konnte für 131a bei Raumtemperatur beobachtet werden, bei der keine Anzeichen einer Umlagerung nachweisbar waren. Die angefertigten quantenchemischen Untersuchungen zum Reaktions¬mechanismus legen eine höhere Energiebarriere des Schlüsselschrittes der Umlagerungs¬reaktion für 131a als für 132a nahe, womit die Stabilität von 131a erklärbar ist. Ferner konnten beim Erhitzen von 131a für 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 vollständig 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 während 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 zurückzuführen sind. Des Weiteren war es möglich, eine Korrelation zwischen den Strukturparametern in der Festphase und den UV/Vis-Absorptionsmaxima in Lösung nachzuweisen, wonach für diejenigen Radikale die stärkste Blauverschiebung beobachtet wurde, die den größten 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 Überschusses an Schwefel wurde aber keine vollständige 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. Überschüs¬siges Selen begünstigt vermutlich eine Folgeoxidation des in situ gebildeten Diboraselenirans, die jedoch für 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 eingeschränkte Rotation um die BC-Bindungsachse mittels 1H-VT-NMR-Spektrum aufgeklärt werden, wobei die Rotationsbarriere exemplarisch für 144 13.9 ± 1 kcal/mol beträgt.
Eine bemerkenswerte Reaktivität der 1,2-Dibromdiborene 21 und 123–126 wurde gegenüber hetero¬aroma¬tischer Stickstoffbasen beobachtet. Mit einem großen Überschuss an Pyridin konnte ein Bromidanion aus den Diborenen verdrängt 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 möglich 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 Stabilität zeigte sich durch eine ausgeprägte Widerstands¬fähigkeit gegenüber Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit über mehrere Wochen. Weiterführende Unter¬suchungen der Festkörperstruktur von 159 zeigen Bindungsparameter, die trotz der ionischen Natur der Verbindung, nur geringfügig von denen des neutralen Diborens 125 abweichen. Mittels Raman-Spektroskopie konnten des Weiteren die BB-Bindungsstärke in 159 näher bestimmt werden, die mit einer Kraftkonstante von 470 N/m nahezu identisch zu der des neutralen Dibores (465 N/m) ist, was Rückschlüsse auf die Lokalisierung der positiven Ladungen auf den Pyridinringen zulässt. Aus diesem Grund kann Verbindung 159 als bis dato einziges Beispiel eines luft- und feuchtigkeitsstabilen Diborens bezeichnet werden.
N2  - Within the scope of this work, a series of symmetrical and unsymmetrical tetrahalodiborane(4) adducts were synthesized. The symmetrical, bromine-substituted compounds 
19 and 102–107 were accessible by quantitative ligand exchange of the weakly-bound Lewis base SMe2 in 101. The IDip-stabilized adducts 108 and 109a/b, were prepared in excellent yields by direct addition of free carbene to the tetrahalodiborane(4) precursors 1 (X = Cl), and 2 (X = I), and respectively, the unsymmetrical adducts 113a–116b could be prepared in moderate to good yields by stepwise addition of cAAC and the corresponding NHC to 1 or 6 at low temperatures (−78 °C).
Subsequent attempts to reduce the asymmetric adducts 113a/b and 114b–116b with reagents such as alkali, or alkaline earth metals, intercalation compounds, and transition metal complexes were moderately successful. Although a change in colour was observed in all cases, which, together with the observed resonances in the 11B-NMR spectra, suggested the synthesis of unsymmetrical diborenes, their isolation was unsuccessful. Here, the separation of the byproducts proved to be problematic.
In contrast, the reductions of the symmetrical tetrahalodiborane(4) bis(adducts) with NaNaph at low temperatures (−78 °C) were much more selective. Here, we succeeded in expanding the scope of known representatives of this substance class. Thus, the bromine-substituted diborenes 126–128 could be fully characterized for the first time. The influence of the halides on the chemical and physical properties of the diborenes were further investigated using two examples of IDip-stabilized diborenes 129 and 130.
The properties of 21, 129 and 130, which represent diborenes with identical NHCs but different halides, were studied in more detail and compared with each other. The redox properties of the diborenes are particularly influenced by the nature of the halide, as emphasized by cyclo¬voltammetric studies. All NHC-stabilized 1,2-dihalodiborenes were also classified and compared with each other based on their physical properties.
In addition to the synthesis and characterization of novel diborenes, a range of reactivity studies were also performed. For example, when diborenes 21, 123, 126, and 129 were reacted with CO2 under mild conditions, a variety of products were obtained. In all cases the initial step involved a [2+2] cycloaddition leading to the dibora-β-lactones 131a–134a, of which 131a and 132a were fully characterized. However, in the further course of the reaction, isomerization of 132a–134a took place, leading to the formation of the 2,4-diboraoxetane-3-ones 132b–134b.
Thanks to the relatively slow conversion of 21 to 132a, the [2+2] cycloaddition could be monitored by variable-temperature 1H-NMR spectroscopy, with the backbone protons of the NHCs serving as viable probes. A remarkably high stability at room temperature was observed for 131a with no evidence of rearrangement. Quantum chemical studies of the reaction mechanism suggested a higher energy barrier for the key step of the rearrangement reaction for 131a relative to that of 132a. Furthermore, heating of 131a to 60 °C for 16 h led to the formation of short-lived intermediates in the form of an oxoborane and borylene, which occur in the course of the isomerization reaction of the dibora-β-lactones to the 2,4-diboraoxetane-3-one, and were detected by 11B-NMR spectroscopy. This provided a further indication that the postulated reaction mechanism is correct.
The reducing properties of the diborenes were demonstrated by the preparation of the radical cations. Here, diborenes 21, 123–126, and 128 reacted with [C7H7][BArF4] to form 
138–143 in good to excellent yields. The isolated radicals were fully characterized, and their properties are readily comparable with previously-reported representatives of this substance class.
Attempts to prepare the radical cations by reacting diborenes with [C7H7][BF4] were accompanied by decomposition during workup, thus highlighting the importance of the weakly coordinating anion. Contrary to expectations, significantly different giso values were obtained when comparing the EPR spectra of the presented radical cations with known analogues, which could be attributed to the strong influence of the bromide atoms. Furthermore, it was possible to find a correlation between the structural parameters in the solid state and the UV/Vis absorption maxima in solution. The strongest blue shift was observed for those radicals that exhibited the largest dihedral angle α between the B2Br2 plane and the CN2C2-carbene planes.
In further studies, the redox properties of diborenes were investigated by reacting 21 and 
123–125 with elemental chalcogens under mild reaction conditions. This way, reaction of diborenes with elemental sulphur led to the formation of diborathiiranes 144–147 in moderate to good yields. Despite a large excess of sulphur, complete BB bond cleavage was not observed for any of these products. Analogously, diboraseleniranes 148, 150, and 151 were synthesized by reaction with red selenium in moderate to good yields. However, apparent differences were seen for the IDep-stabilized diborene 123, which in contrast to 21, 124 and 125 formed a radical diboraselenirane. Excess selenium presumably favors a subsequent oxidation of the in-situ-formed diboraselenirane, which however, was not observed for the other compounds of this substance class. Interestingly, one Dipp-group of the stabilizing NHC bases was not detected in the proton NMR spectrum for all Dipp-substituted compounds (diborathiiranes 144 and 146, and also diboraseleniranes 148 and 151). This circumstance could be explained by an inhibited rotation around the BC axis as verified by means of variable-temperature 1H-NMR spectroscopy, the rotation barrier exemplified by that of 144, which was found to be 13.9 ± 1 kcal/mol.
A remarkable reactivity of 1,2-dibromodiborenes 21 and 123–126 was observed towards hetero¬aromatic nitrogen bases. With a large excess of pyridine, a bromide anion could be displaced, giving the diborene cations 154–158 in moderate to good yields.
Separation of the NHC salts inevitably formed during this process proved to be difficult, but after in situ deprotonation with NaHMDS, it was possible to remove the free NHCs due to their substantially different solubilities. Attempts at derivatization with other aromatic bases such as 2- or 4-picoline, quinolone, or 2,2'-and 4,4'-bipyridine failed. However, addition of DMAP le to a successful halide substitution, making it possible to obtain the diborene cations 160–162 in good to excellent yields. Interestingly, 154–158 furthermore show partly distinct solvatochromic absorption properties in their UV/Vis spectra. In the course of the reaction of 125 with pyridine, the dication 159 was isolated in moderate yields by employing adjusted reaction conditions. Its remarkable stability was demonstrated by a pronounced resistance to oxygen and atmospheric humidity over a period of several weeks. Further studies of the solid-state structure of 159 show binding parameters that deviate only slightly from those of the neutral diborene 125, despite the ionic nature of the compound. Furthermore, by use of Raman spectroscopy, it was possible to determine the BB bond strength in 159 in more detail, which, with a force constant of 470 N/m, is almost identical to that of the neutral diborene (465 N/m). This result allows us to draw conclusions about the localization of the positive charges on the pyridine rings. For this reason, compound 159 represents a rare example of an air- and moisture-stable diborene.
KW  - Bor
KW  - Mehrfachbindung
KW  - Synthese
KW  - Eigenschaften
KW  - Reaktivität
KW  - Diboren
KW  - Carben
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-237818
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  -