TY  - THES
A1  - Kerner, Florian Tobias
T1  - Reactions of rhodium(I) with diynes and studies of the photophysical behavior of the luminescent products
T1  - Reaktionen von Rhodium(I) mit Diinen und Untersuchung der photophysikalischen Eigenschaften der lumineszenten Produkte
N2  - Chapter 1 deals with the reaction of [Rh(acac)(PMe3)2] with para-substituted 1,4-diphenylbuta-1,3-diynes at room temperature, in which a complex containing a bidentate organic fulvene moiety, composed of two diynes, σ-bound to the rhodium center is formed in an all-carbon [3+2] type cyclization reaction. In addition, a complex containing an organic indene moiety, composed of three diynes, attached to the rhodium center in a bis-σ-manner is formed in a [3+2+3] cyclization process. 
Reactions at 100 °C reveal that the third diyne inserts between the rhodium center and the bis-σ-bound organic fulvene moiety. Furthermore, the formation of a 2,5- and a 2,4-bis(arylethynyl)rhodacyclopentadiene is observed. The unique [3+2] cyclization product was used for the synthesis of a highly conjugated organic molecule, which is hard to access or even inaccessible by conventional methods. Thus, at elevated temperatures, reaction of the [3+2] product with para-tolyl isocyanate led to the formation of a purple organic compound containing the organic fulvene structure and one equivalent of para-tolyl isocyanate.
The blue and green [3+2+3] complexes show an unusually broad absorption from 500 – 1000 nm with extinction coefficients ε of up to 11000 M-1 cm-1. The purple organic molecule shows an absorption spectrum similar to those of known diketopyrrolopyrroles.
Additionally, the reaction of [Rh(acac)(PMe3)2] with para-tolyl isocyanate was investigated. A cis-phosphine complex of the form cis-[Rh(acac)(PMe3)2(isocyanate)2] with an isocyanate dimer bound to the rhodium center by one carbon and one oxygen atom was isolated.
Replacing the trimethylphosphine ligands in [Rh(acac)(PMe3)2] with the stronger σ-donating NHC ligand Me2Im (1,3-dimethylimidazolin-2-ylidene), again, drastically alters the reaction. Similar [3+2] and [3+2+3] products to those discussed above could not be unambiguously assigned, but cis- and trans-π-complexes, which are in an equilibrium with the two starting materials, were formed.
Chapters 2 is about the influence of the backbone of the α,ω-diynes on the formation and photophysical properties of 2,5-bis(aryl)rhodacyclopentadienes. Therefore, different α,ω-diynes were reacted with [Rh(acac)(PMe3)2] and [Rh(acac)(P(p-tolyl)3)2] in equimolar amounts. In general, a faster consumption of the rhodium(I) starting material is observed while using preorganized α,ω-diynes with electron withdrawing substituents in the backbone. The isolated PMe3-substituted rhodacyclopentadienes exhibit fluorescence, despite the presence of the heavy atom rhodium, with lifetimes τF of < 1 ns and photoluminescence quantum yields Φ of < 0.01 as in previously reported P(p-tolyl)-substituted 2,5-bis(arylethynyl)rhodacyclopentadienes. However, an isolated P(p-tolyl)-substituted 2,5-bis(aryl)rhodacyclopentadiene shows multiple lifetimes and different absorption and excitation spectra leading to the conclusion that different species may be present.
Reaction of [Rh(acac)(Me2Im)2] with dimethyl 4,4'-(naphthalene-1,8-diylbis(ethyne-2,1-diyl))dibenzoate, results in the formation of a mixture trans- and cis-NHC-substituted 2,5-bis(aryl)rhodacyclopentadienes.
In chapter 3 the reaction of various acac- and diethyldithiocarbamate-substituted rhodium(I) catalysts bearing (chelating)phosphines with α,ω-bis(arylethynyl)alkanes (α,ω-diynes), yielding luminescent dimers and trimers, is described. The photophysical properties of dimers and trimers of the α,ω-diynes were investigated and compared to para-terphenyl, showing a lower quantum yield and a larger apparent Stokes shift.
Furthermore, a bimetallic rhodium(I) complex of the form [Rh2(ox)(P(p-tolyl)3)4] (ox: oxalate) was reacted with a CO2Me-substituted α,ω-tetrayne forming a complex in which only one rhodium(I) center reacts with the α,ω-tetrayne. The photophysical properties of this mixed rhodium(I)/(III) species shows only negligible differences compared to the P(p-tolyl)- and CO2Me-substituted 2,5-bis(arylethynyl)rhodacyclopentadiene, previously synthesized by Marder and co-workers.
N2  - Kapitel 1 beschäftigt sich mit der Umsetzung von [Rh(acac)(PMe3)2] mit zwei Äquivalenten para-substituierten 1,4-Diphenylbuta-1,3-diins bei Raumtemperatur. Dabei bildete sich ein Komplex, welcher eine organische Fulveneinheit, bestehend aus zwei Diinen und verbunden über zwei σ-Bindungen mit dem Rhodiumzentralatom, besitzt. Diese Verbindung bildet sich in einer „all-carbon“ [3+2] ähnlichen Zyklisierungsreaktion. Ebenso konnte aus derselben Reaktion ein Komplex mit einer Indeneinheit, bestehend aus drei Diinen, welche durch zwei σ-Bindungen mit dem Rhodiumzentralatom verbunden sind, isoliert und charakterisiert werden. Diese Verbindung bildet sich in einer „all-carbon“ [3+2+3] ähnlichen Zyklisierungsreaktion. Experimente bei 100 °C zeigen, dass sich das zusätzliche dritte Diin zwischen dem Rhodiumzentralatom und der organischen Fulveneinheit einfügt. Zusätzlich konnte die Bildung von 2,4- und 2,5-Bis(arylethinyl)rhodazyklopentadienen bei 100°C beobachtet werden. Diese seltene [3+2] Zyklisierungsreaktion kann benutzt werden um konjugierte, organische Moleküle darzustellen, welche sonst nur schwer oder gar nicht mit bisher bekannten Synthesemethoden zugänglich sind. In der Umsetzung des [3+2] Komplexes mit para-Tolylisocyanat bei 80 °C konnte ein violetter, rein organischer Feststoff erhalten werden, bestehend aus der organischen Fulveneinheit und einem Äquivalent para-Tolylisocyanat. Die blauen und grünen [3+2+3] Komplexe zeigen unter anderem eine ungewöhnliche breite Absorption von 500 – 1000 nm mit einem Extinktionskoeffizienten von bis zu 11000 M-1 cm-1. Die violette, rein organische Verbindung zeigt ein Absorptionsspektrum ähnlich zu bereits bekannten Diketopyrrolopyrrolen. Auch wurde die Reaktion von [Rh(acac)(PMe3)2] mit para-Tolylisocyanat untersucht. Es konnte ein cis-phosphan Komplex, bei dem ein para-Tolylisocyanat-Dimer über ein Kohlenstoff- und ein Sauerstoffatom an das Rhodiumzentralatom koordiniert, isoliert und charakterisiert werden. Substitution des Trimethylphosphans im Rh(I)-Präkursors durch einen NHC Liganden, nämlich Me2Im (1,3-dimethylimidazolin-2-yliden) führt zu einem unterschiedlichen Reaktionsverlauf. Ähnliche [3+2] und [3+2+3] Komplexe konnten nicht zweifelsfrei bestätigt werden, dafür konnte aber gezeigt werden, dass sich in der Reaktion bildende cis- und trans-Komplexe im Gleichgewicht mit den verwendeten Startmaterialien befinden.
Im zweiten Kapitel dieser Arbeite wurde der Einfluss des Rückgrats von α,ω-bis(arylethynyl)alkanen (α,ω-Diine) auf die Bildung und die photophysikalischen Eigenschaften von 2,5-Bis(aryl)rhodazyklopentadienen untersucht. Dazu wurden mehrere α,ω-Diine mit unterschiedlichem Rückgrat synthetisiert und diese mit [Rh(acac)(PMe3)2] und [Rh(acac)(P(p-tolyl)3)2] in äquimolaren Mengen reagiert. Es konnte ein schnellerer Verbrauch des Rh(I)-Präkursors bei der Verwendung von vororganisierten α,ω-Diinen mit elektronenziehenden Substituenten am Rückgrat festgestellt werden. Die PMe3-substituierten Rhodazyklopentadiene zeigen Fluoreszenz, trotz der Anwesenheit eines Schwermetalls. Lebenszeiten von τF < 1 ns und Quantenausbeuten von Φ < 0.01, ähnlich wie in P(p-tolyl)-substituierten 2,5-Bis(arylethynyl)rhodazyklopentadienen wurden beobachtet. Bei einem isolierten P(p-tolyl)-substituierten 2,5-Bis(aryl)rhodazyklopentadien konnten mehrere Lebenszeiten, wie auch unterschiedliche Absorptions- und Anregungsspektren detektiert werden, was zu der Schlussfolgerung führt, dass in Lösung mehrere Spezies vorhanden sind. Die Reaktion von [Rh(acac)(Me2Im)2] mit Dimethyl 4,4'-(naphthalen-1,8-diylbis(ethyn-2,1-diyl))dibenzoat führt zur Bildung einer Mischung aus trans- und cis-NHC-substituierter 2,5-Bis(aryl)rhodazyklopentadienen.
Im dritten Kapitel, wurde die Bildung lumineszenter Dimere und Trimere aus der Umsetzung von verschiedenen α,ω-Diinen mit katalytischen Mengen verschiedener acac- und diethyldithiocarbamat-substituierter Rhodium(I)-Katalysatoren mit (chelatisierenden) phosphanen untersucht. Anschließend wurden die photophysikalischen Eigenschaften der Dimere und Trimere untersucht und mit para-Terphenyl verglichen. Dabei wurden ähnliche Lebenszeiten, eine geringere Quantenausbeute wie auch größere Stokes-Verschiebungen der Dimere und Trimere im Vergleich zu para-Terphenyl gefunden. Auch wurde die Reaktion zwischen einem bimetallischen Rhodium Komplex [Rh2(ox)(P(p-tolyl)3)4] (ox: oxalat) und einem CO2Me-substituiertem α,ω-bis(arylbutadiynyl)alkan (α,ω-Tetrain) untersucht. In dieser Umsetzung reagierte nur eine der beiden möglichen Rhodium(I)-zentren mit dem α,ω-Tetrain unter Bildung eines 2,5-Bis(arylethynyl)rhodazyklopentadiens. Die photophysikalischen Eigenschaften dieser gemischten Rhodium(I)/(III)-Spezies zeigt nur marginale unterschiede, verglichen mit einem mononuklearen P(p-tolyl)- und CO2Me-substituiertem 2,5-Bis(arylethynyl)rhodazyklopentadiens, welches zuvor im Arbeitskreis Marder schon synthetisiert wurde.
KW  - Übergangsmetallkomplexe
KW  - Rhodium
KW  - Übergangsmetallkomplex
KW  - Zyklisierung
KW  - Transitionmetal
KW  - Cyclization
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-209107
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mao, Lujia
T1  - Transition Metal-Catalyzed Construction of Benzyl/Allyl sp\(^3\) and Vinyl/Allenyl sp\(^2\) C-B Bonds
T1  - Übergangsmetall katalysierte Konstruktion von Benzyl/Allyl sp\(^3\) und Vinyl/Allenyl sp\(^2\) C-B Bindungen
N2  - Organoboron compounds, such as benzyl-, allyl-, allenyl-, vinyl-, and 2-boryl allyl-boronates, have been synthesized via metal-catalyzed borylations of sp3 C-O and C-H bonds. Thus, Cu-catalyzed borylations of alcohols and their derivatives provide benzyl-, allyl-, allenyl-, vinyl-, and 2-boryl allyl-boronates via nucleophilic substitution. The employment of Ti(OiPr)4 turns the OH moiety into a good leaving group (‘OTi’). The products of Pd-catalyzed oxidative borylations of allylic C-H bonds of alkenes were isolated and purified, and their application in the one-pot synthesis of stereodefined homoallyl alcohols was also investigated. Chapter 2 presents a copper-catalyzed synthesis of benzyl-, allyl-, and allenyl-boronates from benzylic, allylic, and propargylic alcohols, respectively, employing a commercially available catalyst precursor, [Cu(CH3CN)4]2+[BF4-]2, and Xantphos as the ligand. The borylation of benzylic alcohols was carried out at 100 oC with 5-10 mol % [Cu(CH3CN)4]2+[BF4-]2, which afforded benzylic boronates in 32%-95% yields. With 10 mol % [Cu(CH3CN)4]2+[BF4-]2, allylic boronates were provided in 53%-89% yields from the borylation of allylic alcohols at 60 or 100 oC. Secondary allylboronates were prepared in 72%-84% yields from the borylation of primary allylic alcohols, which also suggests that a nucleophilic substitution pathway is involved in this reaction. Allenylboronates were also synthesized in 72%-89% yields from the borylation of propargylic alcohols at 40 or 60 oC. This methodology can be extended to borylation of benzylic and allylic acetates. This protocol exhibits broad reaction scope (40 examples) and high efficiency (up to 95% yield) under mild conditions, including the preparation of secondary allylic boronates. Preliminary mechanistic studies suggest that nucleophilic substitution is involved in this reaction. Chapter 3 reports an efficient methodology for the synthesis of vinyl-, allyl-, and (E)-2-boryl allylboronates from propargylic alcohols via copper-catalyzed borylation reactions under mild conditions. In the presence of a commercially available catalyst precursor (Cu(OAc)2 or Cu(acac)2) and ligand (Xantphos), the reaction affords the desired products in up to 92% yield with a broad substrate scope (43 examples). Vinylboronates were synthesized in 50%-83% yields via Cu-catalyzed hydroboration of mono-substituted propargylic alcohols. With 1,1-disubstituted propargylic alcohols as the starting materials and Cu(OAc)2 as the catalyst precursor, a variety of allylboronates were synthesized in 44%-83% yields. The (E)-2-boryl allylboronates were synthesized in 54%-92% yields via the Cu-catalyzed diboration of propargylic alcohols. The stereoselectivity is different from the Pd(dba)2-catalyzed diboration of allenes that provided (Z)-2-boryl allylboronates predominantly. The isolation of an allenyl boronate as the reaction intermediate suggests that an SN2’-type reaction, followed by borylcupration, is involved in the mechanism of the diboration of propargylic alcohols. In chapter 4, a Pd-catalyzed allylic C-H borylation of alkenes is reported. The transformation exhibits high regioselectivity with a variety of linear alkenes, employing a Pd-pincer complex as the catalyst precursor, and the allylic boronate products were isolated and purified. This protocol can also be extended to one-pot carbonyl allylation reactions to provide homoallyl alcohols efficiently. An interesting mechanistic feature is that the reaction proceeds via a Pd(II)/Pd(IV) catalytic cycle. Formation of the Pd(IV) intermediate occurs by a unique combination of an NCNpincer complex and application of F-TEDA-BF4 as the oxidant. An important novelty of the present C-H borylation reaction is that all allyl-Bpin products can be isolated with usually high yields. This is probably a consequence of the application of the NCN-pincer complex as catalyst, which selectively catalyzes C-B bond formation avoiding subsequent C-B bond cleavage based side-reactions
N2  - Bisher ist es uns gelungen, effiziente Methoden zur Erzeugung von Benzyl/Allyl-sp3- und Vinyl/Allenyl-sp2-C-B-Bindungen mit Hilfe von Kupfer- oder Palladium-katalysierter Borylierung der entsprechenden Alkohole oder Alkene zu entwickeln, bei welchen es sich um leicht zugängliche Substrate handelt. 

Kapitel 2 
In Kapitel 2 wird das erste Beispiel einer Cu-katalysierten, direkten Borylierung von Alkoholen (40 Beispiele) vorgestellt. Dies stellt eine effiziente Methode dar, um ein breites Spektrum an Benzyl-, Allyl- und Allenyl-Boronaten unter milden Bedingungen herzustellen. Die Verwendung von Ti(OiPr)4 wandelt den OH-Rest in eine hervorragende Abgangsgruppe (‚OTi‘) um, was eine wichtige Rolle bei der Borylierung von Alkoholen spielt. Obwohl ein Cu(II)-Komplex als Vorstufe für den Katalysator eingesetzt wurde, wird davon ausgegangen, dass der aktive Katalysator für die Borylierungsreaktion eine Cu(I)-Spezies ist. Benzylboronate wurden mit Hilfe einer Cu-katalysierten Borylierung von Benzylalkoholen (Gl. Z-1) dargestellt, wobei sowohl der Kupferkomplex [Cu(CH3CN)4]2+[BF4-]2 als auch der Xantphos-Ligand kommerziell erhältlich sind. Für die Borylierung von Benzylalkoholen wurde eine Katalysatorladung von 5 mol% des Kupferkatalysators verwendet, was auf eine hohe Effizienz dieser Methode schließen lässt. Alle Benzylboronate wurden in moderaten bis hohen Ausbeuten (bis zu 95%) isoliert. Diese Vorgehensweise lässt sich ebenso auf die Borylierung von Benzylacetaten anwenden, wobei ein Benzylboronat mit 54% Ausbeute erhalten werden kann. Dies lässt darauf schließen, dass es sich um eine allgemein anwendbare Methode handelt. Ferner wurden Allylboronate mit Hilfe einer vergleichbaren Route wie die Benzylboronate dargestellt (Gl. Z-2), wobei die Temperatur auf 60 °C abgesenkt werden kann. Bei der Borylierung von Allylalkoholen wurden ausgehend von primären Allylalkoholen sekundäre Allylboronate erhalten. Diese Reaktion unterscheidet sich daher von früheren Pd-katalysierten Borylierungen von Zusammenfassung Allylalkoholen, welche ausschließlich zu linearen Allylboronaten aufgrund der Bildung von (3- Allyl)Pd-Intermediaten führten. Anhand dieses Ergebnisses wird angenommen, dass eine nukleophile Substitution Teil des entsprechenden Mechanismus ist. Weiterhin weist diese Reaktion die Möglichkeit auf, chirale Allylboronate ausgehend von verschiedenen primären Allylalkoholen zu erhalten. Diese finden signifikante Anwendung bei der asymmetrischen Synthese. Unseres Wissens nach stellt diese Methode außerdem das erste Beispiel einer katalytischen Synthese von sekundären Allylboronaten dar, die direkt von Alkoholen ausgeht. Die Borylierung konnte ebenfalls mit sekundären und tertiären Allylalkoholen durchgeführt werden, wobei die entsprechenden Allylboronate in guten Ausbeuten erhalten wurden. Diese Cu-katalysierte Borylierungsreaktion kann außerdem Anwendung in der Borylierung von Propargylalkoholen finden (Gl. Z-3), wobei die Darstellung von Allenylboronaten in guten Ausbeuten erreicht wird. Hierbei kann die Reaktionstemperatur weiter auf 40 °C abgesenkt werden. Des Weiteren weist die Regioselektivität der Borylierung von Propargylakoholen darauf hin, dass die Reaktion über eine nukleophile Substitution verläuft. Die in Kapitel 2 vorgestellten Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die Cu-katalysierte Borylierung von Akoholen eine allgemein anwendbare Methode zur Synthese von Benzyl-, Allylund Allenylboronaten darstellt. 

Kapitel 3 
In Kapitel 3 wird eine Methode zur Synthese von Vinyl-, Allyl- und (E)-2-Boryl-Allyl-Boronaten mit Hilfe von Cu-katalysierter Borylierung von Propargylalkoholen (43 Beispiele) vorgestellt. Hierzu wurden kommerziell erhältliche Kupferkatalysatoren wie Cu(acac)2 und Cu(OAc)2 eingesetzt. In dieser Vorschrift wird erneut Ti(OiPr)4 verwendet, um durch die Reaktion mit Alkoholen (OH) in eine bessere Abgangsgruppe (OTi) zu erhalten. Zugang zu den (E)-2-Boryl-Allylboronaten wurde mit Hilfe von Cu-katalysierter Diborylierung von Propargylalkoholen (Gl. Z-4) ermöglicht. Die Reaktion kann bei 60 oder 80 °C durchgeführt werden. Die Regioselektivität dieser Cu-katalysierten Diborylierungsreaktion unterscheidet sich von der Pd2(dba)3-katalysierten Diborylierung von Allenen, bei der 2-Boryl-Allyl-Boronate mit C=C Doppelbindungen an der terminalen Position erhalten werden. Die Stereoselektivität weist ebenfalls einen Unterschied zur Pd(dba)2-katalysierten Diborylierung von Allenen auf. Bei dieser werden vorranging (Z)-2-Boryl-Allyl-Boronate mit C=C-Doppelbindungen an der internen Position erzeugt. Dies offenbart eine einzigartige Eigenschaft unserer Cu-katalysierten Diborylierung von Propargylalkoholen, welche die Nützlichkeit von Alkoholen in der Entwicklung der synthetischen Methode erweitert. Die Isolierung eines Allenylboronates als Zwischenprodukt während der Reaktion lässt vermuten, dass der Mechanismus der Diborylierung von Propargylalkoholen gemäß einer SN2‘-Reaktion verläuft, auf die eine Borylcuprierung folgt. Die Borylierung von 1,1-disubstituierten Propargylalkoholen, bei der Cu(OAc)2 als Vorstufe des Katalysators eingesetzt wird, führt zur Bildung von (Z)-Allylboronaten als Hauptprodukt (Gl. Z-5). Die Regio- und Stereoselektivität dieser Reaktion und der Cu-katalysierten Borylcuprierung von Allenylsilanen stimmen überein, wobei ein Unterschied zur Pd-katalysierten Borylierung von Allylalkoholen besteht, bei der vorrangig (E)-Allylboronate entstehen. Es liegt nahe, dass die Cukatalysierte Borylierung von 1,1-disubstituierten Propargylalkoholen eine alternative Route zur Herstellung von (Z)-Allylboronaten darstellt, da die Startmaterialien entweder kommerziell erhältlich oder einfach herzustellen sind. Vinylboronate werden ebenfalls mit Hilfe der Cu-katalysierten Borylierung von monosubstituierten Propargylalkoholen (Gl. Z-6) dargestellt. Die Regioselektivität hierbei stimmt mit der der Cu-katalysierten Borylcuprierung von Alkinen überein. Verglichen mit der Borylcuprierung von Allenen bietet die Borylierung von mono-substituierten Propargylalkoholen einen direkteren Zugang zur Darstellung von Vinylboronaten, da Allene in der Regel ausgehend von Propargylalkoholen dargestellt werden. Alle in Kapitel 3 diskutierten Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Cu-katalysierte Borylierung von Propargylalkoholen eine einzigartige Methode zur Synthese von Vinyl-, Allyl- und (E)-2-Boryl- Allylboronaten bietetund eine allgemein anwendbare Vorschrift zur Herstellung von Organobor- Verbindungen mit einfach zugänglichen Startmaterialien darstellt. Die Regio- und Stereoselektivität unterscheidet sich außerdem von den bereits bekannten Methoden. Obwohl Cu(II)-Vorstufen der Katalysatoren eingesetzt werden, handelt es sich bei der katalytisch aktiven Spezies vermutlich um eine Cu(I)-Verbindung, da die Borylierungsreaktionen unter reduktiven Bedingungen durchgeführt werden. 

Kapitel 4 
In Kapitel 4 wurde eine Pd-katalysierte oxidative Borylierung der C-H Bindungen von Alkenen (Gl. Z-7) vorgestellt, bei der eine Vielzahl an linearen Allylboronaten in guten Ausbeuten erzeugt wurde (Gl. Z-7). Außerdem konnten alle Allylboronate isoliert und gereinigt werden, was eine einzigartige Eigenschaft dieser Methode darstellt. Ein interessanter mechanistischer Aspekt dieser Reaktion ist das Durchlaufen eines Pd(II)/Pd(IV)-Katalysezyklus. Die Bildung des Pd(IV)-Intermediates erfolgt durch eine einzigartige Kombination des NCN-Pincerkomplexes A als Katalysaror und F-TEDABF4 als Oxidationsreagenz. Eine wichtige Neuerung der vorgestellten C-H-Borylierungsreaktion ist, dass sämtliche Allyl-BPin-Produkte für gewöhnlich in hohen Ausbeuten isoliert werden können. Dies ist vermutlich eine Folge der Verwendung des Pincer-Komplexes A als Katalysator, welcher selektiv die C-B-Bindungsbildung katalysiert und anschließend, als Pd(IV)-Spezies, C-BBindungsspaltungen als Nebenreaktionen vermeidet. Außerdem kann unsere Vorschrift auf Eintopf-Reaktionen von Aldehyden mit Allylen angewendet werden, um Homoallylalkohole zu erhalten (Gl. Z-8). Zusammengefasst haben wir eine Vielzahl an Borylierungsreaktionen entwickelt, um Benzyl-, Allyl-, Allenyl-, Vinyl- und 2-Boryl-Allylboronate mit Hilfe von Cu- oder Pd-katalysierter Borylierung von Alkoholen und Alkenen, bei denen es sich um leicht zugängliche Startmaterialien handelt, darzustellen. Die Reinigung dieser reaktiven Organobor-Verbindungen weist darauf hin, dass unsere Methoden die Werkzeuge zur Untersuchung der Reaktivität dieser Verbindungen liefern könnten. Die Synthese von sekundären Allylboronaten und 2-Boryl-Allylboronaten beinhaltet außerdem die potenzielle Anwendung in der asymmetrischen Synthese zur Erzeugung wertvoller asymmetrischer Organobor-Verbindungen.
KW  - borylation
KW  - synthetic methodology
KW  - Übergangsmetall
KW  - Borylierung
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-154022
ER  - 
TY  - THES
A1  - Eck, Martin
T1  - Iron- and Copper-catalyzed Borylation of Alkyl and Aryl Halides and B–B Bond Activation and NHC Ring-expansion Reactions of the Diboron(4) Compound Bis(ethylene glycolato)diboron (B\(_2\)eg\(_2\))
T1  - Eisen- und kupferkatalysierte Borylierung von Alkyl- und Arylhalogeniden und B-B Bindungsaktivierung und NHC Ringerweiterungsreaktionen der Diboran(4) Verbindung Bis(ethylenglykol)diboran (B\(_2\)eg\(_2\))
N2  - The purpose of the present work was, in the first part, to investigate the potential of iron-based metal complexes in catalytic borylation reactions with alkyl halides as substrates and B2pin2 as the borylation reagent. Moreover, extended studies of the recently reported, copper mediated borylation reactions of aryl halides were performed, including the screening of substrates and alkoxy bases as well as ligand-screening. Investigations were undertaken on the role of Cu-nanoparticles, which might be involved in this catalytic reaction. Furthermore, Cu-phosphine complexes were synthesized as precursors, but attempts to isolate Cu-boryl species which are intermediates in the proposed catalytic cycle were unsuccessful, although 11B NMR evidence for a Cu-boryl complex was obtained.
In the second part of this work, the alternative, Lewis-acidic diboron(4) compound bis(ethylene glycolato)diboron (B2eg2) was synthesized to compare its reactivity with the reactivity of other diboron(4) compounds (e.g. B2neop2, B2cat2, B2pin2 and B2(NMe2)4). Therefore, reactions of B2eg2 with different Lewis-bases, such as NHCs and phosphines, were performed to investigate the possible formation of sp2-sp3 or sp3-sp3 adducts and ring-expansion reactions (RERs).
The aim was to obtain a better general insight into the reactivity of diboron(4) compounds with Lewis-bases because they are both used as reactants in transition metal-catalyzed and metal-free borylation reactions. Understanding the B–B bond activation process promoted by Lewis-bases provides a new perspective on the reaction pathways available for various borylation reactions.
N2  - Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde das Potential eisenkatalysierter Borylierungsreaktionen von Alkylhalogeniden (Substrate) mit B2pin2 als Borylierungsreagenz untersucht. Weiterhin wurden detaillierte und intensive Untersuchungen zur literaturbekannten kupferkatalysierten Borylierung von Arylhalogeniden durchgeführt, einschließlich eines Screenings von unterschiedlich funktionalisierten Substraten und diversen Alkoxybasen. Es wurde ebenfalls ein sehr umfangreiches Ligandenscreening durchgeführt. Des Weiteren wurden die mögliche Entstehung und der mögliche Einfluss von Kupfernanopartikeln auf die Borylierungsreaktion untersucht.
Um Intermediate der kupferkatalysierten Borylierung zu untersuchen wurden Kupferphosphankomplexe als Vorläufermoleküle für die Synthese von Kupferborylkomplexen hergestellt. Aufgrund der sehr hohen Reaktivität gelang es jedoch nicht, die entsprechenden Kupferborylkomplexe zu isolieren und zu charakterisieren. Es gelang allerdings in einem in situ 11B{1H}-NMR-Experiment, ein 11B{1H}-Signal zu detektieren, welches in dem zu erwartendem Bereich für einen Kupferborylkomplex lag und einen ersten Hinweis für die Bildung eines solchen Kupferborylkomplexes lieferte.
Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurde das alternative, lewissaure Diboran(4)-Derivat Bis(ethylenglykol)diboran (B2eg2) synthetisiert, um dessen Reaktivität mit der Reaktivität von anderen Diboran(4)-Verbindungen (z.B. B2neop2, B2cat2, B2pin2 und B2(NMe2)4) zu vergleichen. Hierfür wurden Reaktionen von B2eg2 mit unterschiedlichen Lewisbasen wie NHCs und Phosphanliganden durchgeführt und die mögliche Bildung von sp2-sp3 oder sp3-sp3 hybridisierten mono- bzw. bis-Addukten sowie mögliche NHC-Ringerweiterungsreaktionen untersucht.
Im Allgemeinen wurde im zweiten Teil der Arbeit versucht ein besseres Verständnis über die Reaktivität von Diboran(4)-Verbindungen mit Lewisbasen zu erlangen, da beide als Reaktanten in übergangsmetallkatalysierten und metallfreien Borylierungsreaktionen verwendet werden. Dies macht es zwingend erforderlich die B–B-Bindungsaktivierung durch Lewisbasen zu verstehen, da hierdurch eine komplett neue Perspektive auf mögliche Reaktionspfade vieler Borylierungsreaktionen eröffnet wird.
KW  - Boron
KW  - Catalysis
KW  - Chemistry
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-149791
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schwenk, Nicola
T1  - Seeing the Light: Synthesis of Luminescent Rhodacyclopentadienes and Investigations of their Optical Properties and Catalytic Activity
T1  - Licht sehen: Synthese lumineszierender Rhodacyclopentadiene und Untersuchung ihrer optischen Eigenschaften und katalytischen Aktivität
N2  - Luminescent organotransition metal complexes are of much current interest. As the large spin-orbit coupling of 2nd and 3rd row transition metals usually leads to rapid intersystem crossing from S1 to T1, which enables phosphorescence, there is a special interest in using triplet-emitting materials in organic or organometallic light emitting diodes (OLEDs). Marder et al. have found that, reductive coupling of both para-R-substituted diarylbutadiynes and diaryldodecatetraynes on Rh(PMe3)4X leads to quantitative yields of bis(arylethynyl)-rhodacyclopentadienes with complete regiospecificity (R = BMes2, H, Me, OMe, SMe, CF3, CN, CO2Me, NMe2, NO2, C≡C-TMS and X = -C≡C-TMS, -C≡C-C6H4-4-NMe2, -C≡C-C≡C-C6H4-4-NPh2, Me, Cl).47,49  Unexpectedly, these compounds show intense fluorescence rather than phosphorescence (ɸf = 0.33-0.69, t = 1.2 3.0 ns). The substituent R has a significant influence on the photophysical properties, as absorption and emission are both bathochromically shifted compared to R = H, especially for R = π-acceptor. 
To clarify the mechanism of the formation of the rhodacyclopentadienes, and to investigate further their unique photophysical properties, a series of novel, luminescent rhodacyclopentadienes with dithiocarbamate as a bidentate ligand at the rhodium centre has been synthesised and characterised (R = NO2, CO2Me, Me, NMe2, SMe, Ar = C6F4-4-OMe). The rhodacyclopentadienes have been formed via reductive coupling of diaryl undecatetraynes with [Rh(k2-S,S`-S2CNEt2)(PMe3)2]. The structures of a series of such compounds were solved by single crystal X-ray diffraction and are discussed in this work. The compounds were fully characterised via NMR, UV/Vis and photoluminescence spectroscopy as well as by elemental analysis, high-resolution mass spectrometry (HRMS) and X-ray diffraction.
When heating the reactions, another isomer is formed to a certain extent. The so-called dibenzorhodacyclopentadienes already appeared during earlier studies of Marder et al., when acetylacetonate (acac) was employed as the bidentate ligand at the Rh-centre. They are probably formed via a [4+2] cycloaddition reaction and C-H activation, followed by a β-H shift.
Use of the perfluorinated phenyl moiety Ar = C6F4-4-OMe provided a total new insight into the mechanism of formation of the rhodacyclopentadiene isomers and other reactions. Besides the formation of the expected rhodacyclopentadiene, a bimetallic compound was generated, isolated and characterised via X-ray crystallography and NMR spectroscopy, elemental analysis and high resolution mass spectrometry.
For further comparison, analogous reactions with [Rh(k2 S,S` S2CNEt2)(PPh3)2] and a variety of diaryl undecatetraynes (R = NO2 CO2Me, Me, NMe2, SMe, Ar = C6F4-4-OMe) were carried out. They also yield the expected rhodacyclopentadienes, but quickly react with a second or even third equivalent of the tetraynes to form, catalytically, alkyne cyclotrimerisation products, namely substituted benzene derivatives (dimers and trimers), which are highly luminescent. The rhodacyclopentadienes (R = NO2, CO2Me, Me, SMe, Ar = C6F4-4-OMe) are stable and were isolated. The structures of a series of these compounds were obtained via single crystal X-ray crystallography and the compounds were fully characterised via NMR, UV/Vis and photoluminescence spectroscopy as well as by elemental analysis and HRMS.
Another attempt to clarify the mechanism of formation of the rhodacyclopentadienes involved reacting a variety of diaryl 1,3-butadiynes (R = CO2Me, Me, NMe2, naphthyl) with [Rh(k2 S,S` S2CNEt2)(PMe3)2]. The reactions stop at an intermediate step, yielding a 1:1 trans π-complex, confirmed by single crystal X-ray diffraction and NMR spectroscopy. Only after several weeks, or under forcing conditions (µw / 80 °C, 75 h), the formation of another major product occurs, having bound a second diaryl 1,3-butadiyne. Based on earlier results of Murata, the product is identified as an unusual [3+2] cycloaddition product, ϭ-bound to the rhodium centre.
N2  - Lumineszierende Übergangsmetallkomplexe sind aktuell sehr gefragt. Da die starke Spin-Bahn-Kopplung von Übergangsmetallen der zweiten und dritten Reihe zu einem schnellen Inter-System-Crossing führt, und damit zu Phosphoreszenz, gilt der Verwendung Triplett-emittierender Materialien in organischen und organometallischen Licht emittierenden Dioden (OLEDs) besonders großes Interesse. Marder et al. fanden heraus, dass die reduktive Kupplung von para R-substituierten Diarylbutadiinen und Diaryldodecatetraynen an Rh(PMe3)4X zu quantitativen Ausbeuten von Bis(Arylethinyl)-Rhodacyclopentadienen führt (R = BMes2, H, Me, OMe, SMe, CF3, CN, CO2Me, NMe2, NO2, C≡C-TMS and X = -C≡C-TMS, -C≡C-C6H4-4-NMe2, -C≡C-C≡C-C6H4-4-NPh2, Me, Cl), wobei sich nur ein Regioisomer bildet. Überaschenderweise zeigen diese Verbindungen intensive Fluoreszenz an Stelle von Phosphoreszenz (ɸf = 0.33-0.69, t = 1.2 3.0 ns). Der Substituent R hat großen Einfluss auf die Lumineszenz Eigenschaften. Die Absorption sowie Emission sind im Vergleich zu R = H jeweils bathochrom verschoben, wobei der Effekt im Fall von R = π-Akzeptor stärker ausgeprägt ist.

Um den Bildungsmechanismus der Rhodacyclopentadiene aufzuklären und ihre einzigartigen Lumineszenz Eigenschaften intensiver zu untersuchen, wurde eine Reihe von neuen, lumineszierenden Rhodacyclopentadienen mit dem bidentaten Liganden Dithiocarbamat am Rhodium-Zentrum dargestellt und charakterisiert (R = NO2, CO2Me, Me, NMe2, SMe, Ar = C6F4-4-OMe). Die Rhodacyclopentadiene entstanden durch reduktive Kupplung von Diarylundecatetrainen mit [Rh(k2-S,S`-S2CNEt2)(PMe3)2]. Die Strukturen einiger solcher Verbindungen wurden mit Hilfe von Röntgenstrukturanalyse gelöst und werden in der vorliegenden Arbeit diskutiert. Die Verbindungen wurden mit Hilfe von NMR, optischer Spektroskopie, sowie Elementaranalyse, hochauflösender Massenspektrometrie (HRMS) und Röntgenstrukturanalyse vollcharakterisiert.

Wurden die Reaktionen erhitzt, bildete sich zu einem gewissen Anteil ein anderes Isomer. Das sogenannte Dibenzorhodacyclopentadien tauchte bereits während früherer Untersuchungen von Marder et al. auf, wobei Acetylacetonat (acac) als bidentater Ligand am Rh-Zentrum eingesetzt wurde. Diese werden möglicherweise durch eine [4+2] Zykloaddition und eine C-H Aktivierung, gefolgt von einem β-H Shift gebildet.
Reaktionen die mit dem perfluorierten Phenylrest Ar = C6F4-4-OMe durchgeführt wurden, ermöglichten völlig neue Einblicke in den Bildungsmechanismus der Isomere der Rhodacyclopentadiene und anderer Reaktionen. Neben der Bildung des erwarteten Rhodacyclopentadiens, entstand eine bimetallische Verbindung, welche isoliert und mittels Röntgenstrukturanalyse, NMR-Spektroskopie, Elementaranalyse und HRMS charakterisiert wurde.
Um weitere Vergleiche anzustellen, wurde analoge Reaktionen mit einer Reihe von Diarylundecatetrainen (R = NO2 CO2Me, Me, NMe2, SMe, Ar = C6F4-4-OMe) und [Rh(k2 S,S` S2CNEt2)(PPh3)2]  durchgeführt. Diese führen ebenfalls zu den erwarteten Rhodacyclopentadienen, jedoch erfolgt schnelle Reaktion mit einem zweiten oder sogar dritten Äquivalent Tetrain um katalytisch Alkin-Trimerisierungsprodukte zu bilden, bei denen es sich um substituierte Benzolderivate (Dimere und Trimere) handelt. Diese sind stark lumineszierend. Die Rhodacyclopentadiene sind stabil und konnten isoliert werden. Von einigen Verbindungen konnten Röntgenstrukturanalysen durchgeführt werden. Alle isolierten Verbindungen wurden mittels NMR und optischer Spektroskopie, sowie Elementaranalyse und HRMS charakterisiert.
Ein weiterer Ansatz um den Bildungsmechanismus der Rhodacyclopentadiene aufzuklären beinhaltete die Reaktion einer Reihe von Diarylbutadiinen (R = CO2Me, Me, NMe2, naphthyl) mit [Rh(k2 S,S` S2CNEt2)(PMe3)2]. Die Reaktionen stoppen an der Stelle eines Zwischenproduktes, bei dem es sich um einen 1:1 trans π-Komplex handelt, der mittels Röntgenstrukturanalyse und NMR Spektroskopie bestätigt werden konnte. Erst nach einigen Wochen oder unter harschen Reaktionsbedingungen (µw / 80 °C, 75 h), konnte die Bildung eines weiteren Produktes beobachten werden, an welches ein zweites Diarylbutadiin gebunden ist. Ausgehend von früheren Ergebnissen von Murata, wurde das Produkt als ein [3+2]-Zykloadditionsprodukt identifiziert.
KW  - Rhodium
KW  - Fluoreszenz
KW  - Rhodacyclopentadiene
KW  - Cyclotrimerisation
KW  - Fluorescence
KW  - Organometallic chemistry
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-149550
ER  - 
TY  - THES
A1  - Griesbeck, Stefanie Ingrid
T1  - A Very Positive Image of Boron: Triarylborane Chromophores for Live Cell Imaging
T1  - Ein sehr positives Bild von Bor: Triarylboran Farbstoffe für Lebendzellenmikroskopie
N2  - Efficient quadrupolar chromophores (A–pi–A) with triarylborane moieties as acceptors have been studied by the Marder group regarding their non‐linear optical properties and two‐photon absorption ability for many years. Within the present work, this class of dyes found applications in live‐cell imaging. Therefore, the dyes need to be water‐soluble and water‐stable in diluted aqueous solutions, which was examined in Chapter 2. Furthermore, the influence of the pi‐bridge on absorption and emission maxima, fluorescence quantum yields and especially the two-photon absorption properties of the chromophores was investigated in Chapter 3. In Chapter 4, a different strategy for the design of efficient two‐photon excited fluorescence imaging dyes was explored using dipoles (D–A) and octupoles (DA3). Finding the optimum balance between water‐stability and pi‐conjugation and, therefore, red‐shifted absorption and emission and high fluorescence quantum yields, was investigated in Chapter 5
N2  - Effiziente quadrupole Farbstoffe (A–pi–A) mit Triarylboraneinheiten als Akzeptoren wurden innerhalb der letzten Jahre von der Arbeitsgruppe Marder bezüglich ihrer nicht‐linearen optischen Eigenschaften und Zweiphotonenabsorptionsfähigkeiten untersucht. In der vorliegenden Arbeit wurde diese Farbstoffklasse zur Untersuchung lebender Zellen mittels Fluoreszenzmikroskopie angewendet. Hierzu müssen die Farbstoffe wasserlöslich und in verdünnten wässrigen Lösungen stabil sein. Dies wurde in Kapitel 2 untersucht. Außerdem wurde der Einfluss der pi‐Brücke auf das Absorptions‐ und Emissionsmaximum, die Fluoreszenzquantenausbeute und vor allem die Zweiphotonenabsorptionsfähigkeit untersucht (Kapitel 3). In Kapitel 4 wurden andere molekulare Designstrategien verfolgt um effiziente Zweiphotonenangeregtenfluoreszenzfarbstoffe zu erhalten. Dazu zählen die Strukturmotive des Dipols (D–A) und des Oktupols (DA3). Bestandteil des Kapitels 5 war die Optimierung zwischen Wasserstabilität und pi‐Konjugation und eine damit verbundene rotverschobene Absorption und Emission, sowie eine hohe Fluoreszenzquantenausbeute
KW  - Borane
KW  - Bor
KW  - Lumineszenz
KW  - Fluoreszenz
KW  - Zweiphotonenabsorption
KW  - imaging
KW  - luminescence
KW  - fluorescence
KW  - two-photon absorption
KW  - borane
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179921
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sieck, Carolin
T1  - Synthesis and Photophysical Properties of Luminescent Rhodacyclopentadienes and Rhodium 2,2'-Biphenyl Complexes
T1  - Synthese und photophysikalische Eigenschaften von lumineszierenden Rhodacyclopentadienen und Rhodium 2,2'-Biphenyl Komplexen
N2  - The photochemistry and photophysics of transition metal complexes are of great interest, since such materials can be exploited for a wide range of applications such as in photocatalysis, sensing and imaging, multiphoton-absorption materials and the fabrication of OLEDs. A full understanding of the excited state behavior of transition metal compounds is therefore important for the design of new materials for the applications mentioned above. In principle, the luminescence properties of this class of compounds can be tuned by changing the metal or subtle changes in the ligand environment. 
Furthermore, transition-metal complexes continue to play a major role in modern synthetic chemistry. In particular, they can realize selective transformations that would either be difficult or impossible by conventional organic chemistry. For example, they enable the efficient and selective formation of carbon–carbon bonds. One famous example of these types of transformations are metal-catalyzed cyclization reactions. Herein, metallacyclopentadiene complexes are considered as key intermediates in a number of metal-mediated or -catalyzed cyclization reactions, i.e. the [2+2+2] cyclotrimerization of alkynes. Recent research has focused on the synthesis and characterization of these metallacyclic intermediates such as MC4 ring systems. Metallacyclopentadienes are structurally related to main group EC4 systems such as boroles, siloles, thiophenes and phospholes. Overall, this group of compounds (EC4 analogues) is well known and has attracted significant attention due to their electron-transport and optical properties. Unlike transition metal analogues, however, these EC4 systems show no phosphorescence, which is due to inefficient SOC compared to 2nd and 3rd row transition metals, which promoted us to explore the phosphorescence potential of metallacyclopentadienes. 
In 2001, Marder et al. developed a one-pot high-yield synthesis of luminescent 2,5 bis(arylethynyl)rhodacyclopentadienes by reductive coupling of 1,4-diarylbuta-1,3-diynes at a suitable rhodium(I) precursor. Over the past years, a variety of ligands (e.g. TMSA, S,S’ diethyldithiocarbamate, etc.) and 1,4-bis(p-R-phenyl)-1,3-butadiynes or linked , bis(p-R-arylethynyl)alkanes (R = electron withdrawing or donating groups) were investigated and always provided a selective formation of 2,5 bis(arylethynyl)rhodacyclopentadienes, which were reported to be fluorescent despite presence of the heavy atom. To examine the influence of the ligand sphere around the rhodium center on the intersystem-crossing (ISC) processes in the above-mentioned fluorescent rhodacyclopentadienes and to increase the metal character in the frontier orbitals by destabilizing the Rh filled d-orbitals, a -electron donating group was introduced, namely acetylacetonato (acac). Interestingly, in 2010 Tay reacted [Rh(κ2-O,O-acac)(PMe3)2] with ,-bis(p-R-arylbutadiynyl)alkanes and observed not only the fluorescent 2,5 bis(arylethynyl)rhodacyclopentadienes, but also rhodium 2,2’-bph complexes as products, which were reported to be phosphorescent in preliminary photophysical studies.
In this work, the reaction behavior of [Rh(κ2-O,O-acac)(L)2] (L = PMe3, P(p-tolyl)3) with different ,-bis(p-R-arylbutadiynyl)alkanes was established. Furthermore, the separation of the two isomers 2,5-bis(arylethynyl)rhodacyclopentadienes (A) and rhodium 2,2’-bph complexes (B), and the photophysical properties of those were explored in order to clarify their fundamentally different excited state behaviors. 
Reactions of [Rh(κ2-O,O-acac)(P(p-tolyl3)2)] with ,-bis(arylbutadiynyl)alkanes gives exclusively weakly fluorescent 2,5-bis(arylethynyl)rhodacyclopentadienes. Changing the phosphine ligands to PMe3, reactions of [Rh(κ2-O,O-acac)(PMe3)2] and , bis(arylbutadiynyl)alkanes afford two isomeric types of MC4 metallacycles with very different photophysical properties, as mentioned before. 
 
As a result of a normal [2+2] reductive coupling at rhodium, 2,5 bis(arylethynyl)rhodacyclopentadienes (A) are formed, which display intense fluorescence. Rhodium 2,2’-bph complexes (B), which show phosphorescence, have been isolated as a second isomer originating from an unusual [4+2] cycloaddition reaction and a subsequent -H-shift. Control of the isomer distribution, of 2,5-bis(arylethynyl)rhodacyclopentadienes (A) and rhodium biphenyl complexes (B), is achieved by modification of the linked , bis(arylbutadiynyl)alkane. 
Changing the linker length from four CH2 to three CH2 groups, dramatically favors the formation of the rhodium biphenyl isomer B, providing a fundamentally new route to access photoactive metal biphenyl compounds in good yields. This is very exciting as the photophysical properties of only a limited number of bph complexes of Ir, Pd and Pt had been explored. The lack of photophysical reports in the literature is presumably due to the limited synthetic access to various substituted 2,2’-bph transition metal complexes. 
On the other hand, as the reaction of [Rh(κ2-O,O-acac)(P(p-tolyl)3)2] with , bis(arylbutadiynyl)alkanes provides a selective reaction to give weakly fluorescent 2,5 bis(arylethynyl)rhodacyclopentadiene complexes with P(p-tolyl)3 as phosphine ligands, a different synthetic access to 2,5-bis(arylethynyl)rhodacyclopentadiene complexes with PMe3 as phosphine ligands was developed, preventing the time-consuming separation of the isomers. The weak rhodium-phosphorus bonds of 2,5-bis(arylethynyl)rhodacyclopentadiene complexes bearing P(p tolyl)3 as phosphine ligands, relative to those of related PMe3 complexes, allowed for facile ligand exchange reactions. In the presence of an excess of PMe3, a stepwise reaction was observed, giving first the mono-substituted, mixed-phosphine rhodacyclopentadiene intermediates and, subsequently, full conversion to the highly fluorescent 2,5 bis(arylethynyl)-rhodacyclopentadienes bearing only PMe3 ligands (by increasing the reaction temperature). 
 
With spectroscopically pure 2,5-bis(arylethynyl)rhodacyclopentadiene complexes A (bearing PMe3 as phosphine ligands) and rhodium 2,2-bph complexes B in hand, photophysical studies were conducted. The 2,5-bis(arylethynyl)rhodacyclopentadienes (A) are highly fluorescent with high quantum yields up to 54% and very short lifetimes (τ = 0.2 – 2.5 ns) in solution at room temperature. Even at 77 K in glass matrices, no additional phosphorescence is observed which is in line with previous observations made by Steffen et al., who showed that SOC mediated by the heavy metal atom in 2,5-bis(arylethynyl)rhodacyclopentadienes and 2,5 bis(arylethynyl)iridacyclopentadienes is negligible. The origin of this fluorescence lies in the pure intra-ligand (IL) nature of the excited states S1 and T1. The HOMO and the LUMO are nearly pure  and * ligand orbitals, respectively, and the HOMO is energetically well separated from the filled rhodium d orbitals. The absence of phosphorescence in transition metal complexes due to mainly IL character of the excited states is not unusual, even for heavier homologues than rhodium with greater SOC, resulting in residual S1 emission (fluorescence) despite ISC S1→Tn being sufficiently fast for population of T1 states. However, there are very few complexes that exhibit fluorescence with the efficiency displayed by our rhodacyclopentadienes, which involves exceptionally slow S1→Tn ISC on the timescale of nanoseconds rather than a few picoseconds or faster. 
In stark contrast, the 2,2’-bph rhodium complexes B are exclusively phosphorescent, as expected for 2nd-row transition metal complexes, and show long-lived (hundreds of s) phosphorescence (Ф = 0.01 – 0.33) at room temperature in solution. As no fluorescence is detected even at low temperature, it can be assumed that S1→Tn ISC must be faster than both fluorescence and non-radiative decay from the S1 state. This contrasts with the behavior of the isomeric 2,5-bis(arylethynyl)rhodacyclopentadienes for which unusually slow ISC occurs on a timescale that is competitive with fluorescence (vide supra). The very small values for the radiative rate constants, however, indicate that the nature of the T1 state is purely 3IL with weak SOC mediated by the Rh atom. The phosphorescence efficiency of these complexes in solution at room temperature is even more impressive, as non-radiative coupling of the excited state with the ground state typically inhibits phosphorescence. Instead, the rigidity of the organic -system allows the ligand-based excited triplet state to exist in solution for up to 646 s and to emit with high quantum yields for biphenyl complexes. The exceptionally long lifetimes and small radiative rate constants of the rhodium biphenyl complexes are presumably a result of the large conjugated -system of the organic ligand. According to TD DFT studies, the T1 state involves charge-transfer from the biphenyl ligand into the arylethynyl moiety away from the rhodium atom. This reduces the SOC of the metal center that would be necessary for fast phosphorescence. These results show that the π-chromophoric ligand can gain control over the photophysical excited state behavior to such an extent that even heavy transition metal atoms like rhodium participate in increasing the fluorescence such as main-group analogues do. Furthermore, in the 2,2’-bph rhodium complexes, the rigidity of the organic -system allows the ligand-based excited triplet state to exist in solution for up to hundreds of s and to emit with exceptional quantum yields. 
Therefore, investigations of the influence of the ligand sphere around the rhodium center have been made to modify the photophysical properties and furthermore to explore the reaction behavior of these rhodium complexes. Bearing in mind that the P(p-tolyl)3 ligands can easily be replaced by the stronger -donating PMe3 ligands, ligand exchange reactions with N heterocyclic carbenes (NHCs) as even stronger -donors was investigated. Addition of two equivalents of NHCs at room temperature led to the release of one equivalent of P(p-tolyl3) and formation of the mono-substituted NHC rhodium complex. The reaction of isolated mono-NHC complex with another equivalent of NHC at room temperature did not result in the exchange of the second phosphine ligand. Moderate heating of the reaction to 60 °C, however, resulted in the formation of tetra-substituted NHC rhodium complex [Rh(nPr2Im)4]+[acac]-. To circumvent the loss of the other ligands in the experiments described above, a different approach was investigated to access rhodacyclopentadienes with NHC instead of phosphine ligands. 
 
Reaction of the bis-NHC complex [Rh(κ2-O,O-acac)(nPr2Im)2] with , bis(arylbutadiynyl)alkanes at room temperature resulted 2,5-bis(arylethynyl)-rhodacyclopentadienes with the NHC ligands being cis or trans to each other as indicated by NMR spectroscopic measurements and single-crystal X-ray diffraction analysis. Isolation of clean material and a fundamental photophysical study could not be finished for reasons of time within the scope of this work. 
Furthermore, shortening of the well conjugated -system of the chromophoric ligand (changing from tetraynes to diynes) was another strategy to examine the reaction behavior of theses ligands with rhodium(I) complexes and to modify the excited state behavior of the formed rhodacyclopentadienes. The reaction of [Rh(κ2-O,O-acac)(PMe3)2] with 1,7 diaryl 1,6-heptadiynes (diynes) leads to the selective formation of 2,5 bis(aryl)rhodacyclopentadienes. These compounds, however, are very weakly fluorescent with quantum yields ФPL < 1, and very short emission lifetimes in toluene at room temperature. Presumably, vibrational modes of the bis(phenyl)butadiene backbone leads to a higher rate constant for non-radiative decay and is thus responsible for the low quantum yields compared to their corresponding PMe3 complexes with the bis(phenylethynyl)butadiene backbone at room temperature. No additional phosphorescence, even at 77 K in the glass matrix is observed. 
 
Chancing the phosphine ligands to P(p-tolyl)3, reactions of [Rh(κ2-O,O-acac)(P(p-tolyl3)2)] with 1,7-diaryl-1,6-heptadiynes, however, resulted in a metal-mediated or -catalyzed cycloaddition reaction of alkynes and leads to full conversion to dimerization and trimerization products and recovery of the rhodium(I) starting material. This is intuitive, considering that P(Ar)3 (Ar = aryl) ligands are considered weaker -donor ligands and therefore have a higher tendency to dissociate. Therefore, rhodium(I) complexes with aryl phosphines as ligands have an increasing tendency to promote catalytic reactions, while the stronger -donating ligands (PMe3 or NHCs) promote the formation of stable rhodium complexes. 
Finally, in Chapter 4, the findings of the work conducted on N-heterocyclic carbenes (NHCs) and cyclic (alkyl)(amino)carbenes (CAACs) is presented. These compounds have unique electronic and steric properties and are therefore of great interest as ligands and organo-catalysts. In this work, studies of substitution reactions involving novel carbonyl complexes of rhodium and nickel are reported. For characterization and comparison of CAACmethyl with the large amount of data available for NHC and sterically more demanding CAAC ligands, an overview on physicochemical data (electronics, sterics and bond strength) is provided. 
The reaction of [Rh(-Cl)(CO)2]2 with 2 equivalents of CAACmethyl at low temperature afforded the mononuclear complex cis-[(RhCl(CO)2(CAACmethyl)]. However, reacting [Rh( Cl)(CO)2]2 with CAACmethyl at room temperature afforded a mixture of complexes. The mononuclear complex [(RhCl(CO)(CAACmethyl)2], the chloro-bridged complexes [(Rh2( Cl)2(CO)3(CAACmethyl)], [Rh(-Cl)(CO)(CAACmethyl)]2 and a carbon monoxide activation product were formed. The carbon monoxide activation product is presumably formed via the reaction of two equivalents of the CAAC with CO to give the bis-carbene adduct of CO, and subsequent rearrangement via migration of the Dipp moiety. While classical N-heterocyclic carbenes are not electrophilic enough to react with CO, related diamidocarbenes and alkyl(amino)carbenes undergo addition reactions with CO to give the corresponding ketenes. Consequently, to obtain the CAAC-disubstituted mononuclear complex selectively, 8 equivalents of CAACmethyl were reacted with 1 equivalent of [Rh(-Cl)(CO)2]2. For the evaluation of TEP values, [Ni(CO)3(CAAC)] was synthesized in collaboration with the group of Radius. With the complexes [(RhCl(CO)(CAACmethyl)2] and [Ni(CO)3(CAAC)] in hand, it was furthermore possible to examine the electronic and steric parameters of CAACmethyl. Like its bulkier congeners CAACmenthyl and CAACcy, the methyl-substituted CAAC is proposed to be a notably stronger -donor than common NHCs. While it has a very similar TEP value of 2046 cm-1, it additionally possess superior -acceptor properties (P = 67.2 ppm of phosphinidene adduct).
CAACs appear to be very effective in the isolation of a variety of otherwise unstable main group and transition metal diamagnetic and paramagnetic species. This is due to their low-lying LUMO and the small singlet-triplet gap. These electronic properties also allow free CAACs to activate small molecules with strong bonds. They also bind strongly to transition metal centers, which enables their use under harsh conditions. One recent development is the use of CAACs as ligands in transition metal complexes, which previously were only postulated as short-lived catalytic intermediates.[292,345] The availability of these reactive species allows for a better understanding of known catalytic reactions and the design of new catalysts and, moreover, new applications. For example Radius et al.[320] prepared a CAAC complex of cobalt as a precursor for thin-film deposition and Steffen et al.[346] reported a CAAC complex of copper with very high photoluminescent properties, which could be used in LED devices. With the development of cheap and facile synthetic methods for the preparation of CAACs and their corresponding transition metals complexes, as well as the knowledge of their electronic properties, it is safe to predict that applications in and around this field of chemistry will continue to increase.
N2  - Die photochemischen und photophysialischen Eigenschaften von Übergangsmetall-komplexen sind von großem Interesse, da solche Materialien für eine Vielzahl von Anwendungen, zum Beispiel in der Photokatalyse, für Sensing und Imaging, als Multiphotonenabsorptionsmaterialien und in der Herstellung von OLEDs genutzt werden können. Ein grundlegendes Verständnis des angeregten Zustands von Übergangsmetallverbindungen ist daher für die Entwicklung neuer Materialen für die oben genannten Anwendungen maßgeblich. Grundsätzlich können die Lumineszenzeigenschaften dieser Klasse von Verbindungen einerseits durch das Metall selbst, oder andererseits durch subtile Modifikation der Ligandensphäre beeinflusst werden.
Darüber hinaus spielen Übergangsmetallkomplexe weiterhin eine wichtige Rolle in der modernen Synthesechemie. Insbesondere können Bindungen selektiv geknüpft werden, die in der klassischen organischen Chemie nur schwer zugänglich oder nicht realisierbar sind. So ermöglichen sie beispielsweise die effiziente und selektive Knüpfung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen. Ein bekanntes Beispiel für solch eine Bindungsknüpfung sind metallkatalysierte Ringschlussreaktionen. Hierbei spielen Metallacyclopentadien-Komplexe als Zwischenstufen bei metallvermittelten oder katalysierten Ringschlussreaktionen, wie beispielsweise der [2+2+2] Cyclotrimerisierung von Alkinen, eine Schlüsselrolle. Die jüngsten Forschungen konzentrierten sich auf die Synthese und Charakterisierung dieser metallacyclischen Zwischenprodukte, auch MC4-Ringsysteme genannt, welche strukturell mit Hauptgruppen-EC4-Systemen wie Borolen, Silolen, Thiophenen und Phospholen verwandt sind. Insgesamt ist diese Gruppe von Verbindungen (EC4-Analoga) wohlbekannt und hat aufgrund ihrer Elektronentransport- und optischen Eigenschaften beträchtliche Aufmerksamkeit erregt. Im Gegensatz zu Übergangsmetallanaloga zeigen Hauptgruppen-EC4-Systeme jedoch keine Phosphoreszenz, was auf eine ineffiziente Spin-Bahn-Kopplung zurückzuführen ist. Im Vergleich dazu zeigen Übergangsmetalle der fünften und sechsten Periode Phosphoreszenz, weshalb es von großem Interesse ist, die Lumineszenzeigenschaften der Metallacyclopentadiene näher zu untersuchen. 
Im Jahr 2001 entwickelte Marder et al. eine Eintopfsynthese von lumineszierenden 2,5 Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadienen durch reduktive Kupplung von 1,4 Diarylbuta 1,3 diinen an einer geeigneten Rhodium(I)-Vorstufe. In den vergangenen Jahren wurden eine Vielzahl von Liganden (z.B. TMSA, S,S'-Diethyldithiocarbamat, usw.) und Substarten (1,4-Bis(p-R-phenyl)-1,3-butadiine oder verknüpfte ,-Bis(p-R-arylethinyl)alkane (R = Elektronen-ziehende oder schiebende Gruppen)) untersucht, wobei stets eine selektive Reaktion zu 2,5-Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadien-Komplexen beobachtet werden konnte. Trotz des Zentralatoms Rhodium wurde ausschließlich Fluoreszenz beobachtet. Um den Einfluss der Ligandensphäre um das Rhodiumatom auf die Interkombination (Intersystem-Crossing Prozesse, ISC) in diesen fluoreszierenden Rhodacyclopentadienen zu untersuchen und den Metallcharakter in den Grenzorbitalen durch Destabilisierung der Rhodium-d-Orbitale zu erhöhen, wurde Acetylacetonat (acac), ein  Elektronen-schiebender Ligand, eingeführt. Interessanterweise beobachtete Tay im Jahr 2010 durch Reaktion von , Bis(p R arylbutadiinyl)alkanen mit [Rh(κ2-O,O-acac)(PMe3)2] nicht nur die fluoreszierenden 2,5-Bis(arylethinyl)-rhodacyclopentadiene, sondern auch einen isomeren Rhodium 2,2' Biphenyl Komplex, der in ersten photophysikalischen Studien Phosphoreszenz zeigte.
In dieser Arbeit wurden das Reaktionsverhalten und die Reaktionsbedingungen von [Rh(κ2 O,O acac)(L)2] (L = PMe3, P(p-tolyl)3) mit verschiedenen , Bis(p R-arylbutadiinyl)alkanen untersucht. Weiterhin wurde die Trennung der beiden Isomere 2,5-Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadien (A) und Rhodium-2,2'-bph-Komplex (B) optimiert und die photophysikalischen Eigenschaften der beiden Isomere untersucht.
 
Die Reaktion von [Rh(κ2-O,O-acac)(P(p-tolyl3)2)] mit ,-Bis(arylbutadiinyl)alkanen führt selektiv zum 2,5-Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadien-Isomer A, welches nur schwach fluoresziert. Wird jedoch der Phosphanligand P(p-tolyl3) mit PMe3 ersetzt, führt die Reaktion von [Rh(κ2 O,O acac)(PMe3)2] und ,-Bis(arylbutadiinyl)alkanen zu zwei verschiedenen Isomeren von MC4-Metallacyclen mit grundverschiedenen photophysikalischen Eigenschaften. 2,5 Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadiene (A) werden durch eine reduktive [2+2]-Kopplung an Rhodium gebildet und weisen eine intensive Fluoreszenz auf. Das zweite Isomer waren Rhodium-2,2'-bph-Komplexe (B), die Phosphoreszenz zeigen. Dies rührt von einer ungewöhnlichen [4+2]-Cycloadditionsreaktion und einer nachfolgenden  H Verschiebung her. 
Die Kontrolle des Isomeren-Verhältnisses von 2,5-Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadienen (A) und Rhodium-2,2'-bph-Komplexen (B) erfolgt durch Modifizierung der Alkankette des verknüpften ,-Bis(arylbutadiinyl)alkans. Die Veränderung der Ligandenbrücke von vier zu drei CH2-Gruppen begünstigt die Bildung des Rhodium-Biphenyl-Isomers B drastisch und bietet einen grundsätzlich neuen Weg, um Zugang zu photoaktiven Biphenyl-Metallverbindungen in guten Ausbeuten zu erhalten. Die photophysikalischen Eigenschaften sind bisher nur von einer begrenzten Anzahl an Biphenyl-Komplexen von Iridium, Palladium und Platin untersucht worden, wobei die geringe Menge an Beispielen vermutlich auf limitierte Synthesestrategien von verschieden-substituierten 2,2'-bph Übergangsmetall-komplexen zurückzuführen ist.
Da die Reaktion von [Rh(κ2-O,O-acac)(P(p-tolyl3)2)] mit ,-Bis(arylbutadiinyl)alkanen selektiv zu 2,5-Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadien-Komplexen mit P(p-tolyl3) als Phosphanliganden führt, und um die zeitaufwendige Trennung der Isomere zu vermeiden, wurde eine neue Synthesestrategie für 2,5 Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadien-Komplexe mit PMe3 als Phosphanliganden entwickelt. Die relativ schwache Rhodium-P(p tolyl)3 Bindung von 2,5 Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadien-Komplexen ermöglicht Liganden-Austauschreaktionen. Durch Zugabe von PMe3 im Überschuss bei Raumtemperatur wurde eine schrittweise Reaktion beobachtet, wobei zuerst die monosubstituierte Phosphan Rhodacyclopentadien-Zwischenstufe und anschließend durch Erwärmung vollständige Umsetzung und somit der zweifach PMe3 substituierte 2,5 Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadien-Komplex erhalten werden konnte. 
 
Die isolierten 2,5-Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadien-Komplexe A (mit PMe3 als Phosphanliganden) und Rhodium-2,2'-bph-Komplexe B wurden auf ihre photophysikalischen Eigenschaften hin untersucht. Isomer A ist stark fluoreszierend mit hohen Quantenausbeuten von bis zu 54% und sehr kurzen Lebenszeiten (τ = 0,2  2,5 ns) in Lösung bei Raumtemperatur. Sogar bei 77 K in Glasmatrizen wird keine Phosphoreszenz beobachtet, was im Einklang mit früheren Beobachtungen von Steffen et al. ist, die zeigten, dass Spin-Bahn-Kopplung (SOC) durch das Schwermetallatom in 2,5-Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadienen und 2,5 Bis(arylethinyl)iridacyclopentadienen vernachlässigbar ist. Der Ursprung dieser Fluoreszenz liegt in der reinen Intra-Ligand-Natur der angeregten Zustände S1 und T1. Das HOMO und das LUMO sind fast reine - und *-Ligandenorbitale und das HOMO ist energetisch gut von den gefüllten d-Orbitalen des Rhodiums getrennt. Die Abwesenheit von Phosphoreszenz in Übergangsmetallkomplexen ist aufgrund des dominierenden IL-Charakters der angeregten Zustände bei schwereren Homologen, im Vergleich zu Rhodium, und somit größeren Spin Bahn Kopplungskonstanten nicht ungewöhnlich, auch wenn ISC von S1→Tn ausreichend effizient ist, um Triplett-Zustände zu erreichen. Allerdings gibt es im Vergleich zu unseren Rhodacyclopentadienen sehr wenige Komplexe, die Fluoreszenz mit der Effizienz und mit diesen außergewöhnlich langsamen Intersystem-Crossing Prozessen im Nanosekundenbereich anstatt von einigen Pikosekunden oder schneller besitzen. 
Im Gegensatz dazu sind die Rhodium-2,2'-bph-Komplexe B ausschließlich phosphoreszierend, wie es für Übergangsmetallkomplexe erwartet wird. Sie zeigen bei langen Lebenszeiten (Hunderte von s) Phosphoreszenz-Quantenausbeuten von bis zu 33% bei Raumtemperatur in Lösung. Da auch bei niedriger Temperatur keine Fluoreszenz festgestellt wird, kann davon ausgegangen werden, dass S1→Tn-ISC schneller als Fluoreszenz und strahlungslose Relaxation aus dem S1-Zustand sein muss. Dies ist jedoch gegenläufig zum Verhalten der isomeren 2,5 Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadiene, für die ein ungewöhnlich langsames ISC auf der Zeitskala auftritt, die mit Fluoreszenz konkurrenzfähig ist (siehe oben). Die sehr kleinen Werte für die Strahlungsgeschwindigkeitskonstanten weisen jedoch darauf hin, dass der T1-Zustand reinen 3IL-Charakter mit schwacher Spin-Bahn-Kopplung vom Rhodiumatom ausgehend besitzt. Die Phosphoreszenz-Effizienz dieser Komplexe in Lösung bei Raumtemperatur ist noch beeindruckender, da die nicht-strahlende Kopplung des angeregten Zustands mit dem Grundzustand typischerweise die Phosphoreszenz hemmt. Stattdessen erlaubt die Rigidität des organischen -Systems, dass der ligandenbasierte angeregte Triplettzustand für mehrere hundert s stabil vorliegt und einen effizienten strahlenden Übergang in den Grundzustand vollzieht. Die außergewöhnlich langen Lebensdauern und kleinen Strahlungsgeschwindigkeitskonstanten der Rhodium-2,2'-bph-Komplexe sind vermutlich ein Ergebnis des hochkonjugierten -Systems des organischen Liganden. Laut unseren TD-DFT-Studien wird die Elektronendichte durch Ladungstransfer vom Rhodiumatom auf die Arylethinylreste übertragen und verringert somit die Spin-Bahn-Kopplung des Metallzentrums, die für eine kurze Phosphoreszenzlebenszeit erforderlich wäre. Diese Ergebnisse zeigen, dass der π-chromophore Ligand maßgeblich Einfluss auf den angeregten Zustand hat, dass auch  schwere Übergangsmetallkomplexe wie Rhodium fluoreszieren können, wie es eigentlich nur von Hauptgruppenanaloga bekannt ist. 
Aufgrund der erhaltenen Ergebnisse und im Hinblick auf die Modifikation der optischen Eigenschaften und darüber hinaus das Reaktionsverhalten dieser Rhodiumkomplexe zu erforschen, wurde der Einfluss der Ligandensphäre um das Rhodiumatom untersucht. In Anbetracht dessen, dass die P(p-tolyl)3-Liganden leicht durch die stärker -donierenden PMe3 Liganden er-setzt werden können, wurden Ligandenaustausch-reaktionen mit N heterocyclischen Carbenen (NHCs) als noch stärkere -Donoren unter-sucht. Die Addition von zwei Äqui-valenten NHC führt bei Raumtemperatur zur Substitution von nur einem Äquivalent P(p-tolyl3) und somit zur Bildung des monosubstituierten NHC Rhodiumkomplexes. Die Reaktion des isolierten Mono-NHC-Komplexes mit einem weiteren Äquivalent NHC bei Raumtemperatur führte jedoch auch nicht zum gewünschten Austausch des zweiten Phosphanliganden. Erhöhung der Reaktionstemperatur auf 60 °C resultiert in der Bildung des tetra-substituierten NHC-Rhodiumkomplexes [Rh(nPr2Im)4]+[acac]-. 
 
Um zweifach NHC-substituierte 2,5 Bis(arylethinyl)-rhodacyclopentadiene zu erhalten, wurde eine neue Syntheseroute entwickelt. Durch Reaktion des Bis-NHC-Komplexes [Rh(κ2 O,O acac)(nPr2Im)2] mit , Bis(arylbutadiinyl)alkanen bei Raumtemperatur konnten 2,5 Bis(arylethinyl)rhodacyclopentadiene mit NHC-Liganden in cis- und trans-Stellung zueinander erhalten werden und durch NMR-spektroskopische Messungen und Einkristallröntgenbeugungsanalyse identifiziert werden. Die Isolierung und volle Charakterisierung sowie eine fundamentale photophysikalische Studie konnten im Rahmen dieser Arbeit aus Zeitgründen nicht beendet werden.
Weiterhin wurden die optischen Eigenschaften und das Reaktionsverhalten von Rhodiumkomplexen mit einem verkürzten konjugierten -System des chromophoren Liganden untersucht. Hierbei werden zur Synthese anstatt Tetrainen, Diine eingesetzt. Die Umsetzung von [Rh(κ2-O,O-acac)(PMe3)2] mit 1,7-Diaryl-1,6-heptadiinen führt zur selektiven Bildung von 2,5 Bis(aryl)rhodacyclopentadienen. Diese Verbindungen sind jedoch nur sehr schwach fluoreszierend, was sich in Quantenausbeuten ФPL < 1% und sehr kurzen Emissionslebenszeiten in Toluol bei Raumtemperatur zeigt. Vermutlich führt Schwingung und Rotation des Bis(phenyl)butadien-Grundgerüsts vermehrt zu strahlungsloser Relaxation in den Grundzustand und ist somit für die geringeren Quantenausbeuten im Vergleich zu PMe3-Komplexen mit dem Bis(phenylethinyl)butadien-Grundgerüst verantwortlich. Phosphoreszenz konnte auch bei Tieftemperaturmessungen bei 77 K in der Glasmatrix nicht beobachtet werden.
 
Die Reaktionen von [Rh(κ2-O,O-acac)(P(p-tolyl3)2)] mit 1,7-Diaryl-1,6-heptadiinen führten jedoch zu einer metallvermittelten oder -katalysierten Cycloadditionsreaktion von Alkinen und zur Bildung von Dimerisierungs- und Trimerisierungsprodukten. Arylphosphan-Liganden (P(Ar)3 (Ar = Aryl)) gelten als schwächere -Donorliganden und haben daher eine höhere Tendenz zur Dissoziation. Hiermit lässt sich erklären, dass Rhodium(I)-Komplexe mit Arylphosphan-Liganden eine zunehmende Tendenz haben, katalytische Reaktionen einzugehen, während die stärkeren -Donor-Liganden (PMe3 oder NHCs) die Bildung stabiler Rhodiumkomplexe begünstigen.
In Kapitel 4 werden die Ergebnisse der Untersuchung von NHCs und cyclischen (Alkyl)(amino)carbenen (CAACs) präsentiert. Diese Verbindungen besitzen einzigartige elektronische und sterische Eigenschaften und sind daher als Liganden für Katalysatoren in organokatalytischen Reaktionen von großem Interesse. In dieser Arbeit werden Studien von Substitutionsreaktionen an neuartigen Carbonylkomplexen von Rhodium und Nickel vorgestellt. Zur Charakterisierung und zur Einordnung von CAACmethyl wird mit der großen Menge an Daten, die für NHCs und sterisch- anspruchsvollere CAAC-Liganden zur Verfügung stehen, ein Überblick über physikochemische Parameter (Elektronik, Sterik und Bindungsstärke) gegeben.
Die Reaktion von [Rh(-Cl)(CO)2]2 mit zwei Äquivalenten CAACmethyl führte bei tiefer Temperatur zur Bildung des mononuklearen Komplexes cis-[(RhCl(CO)2(CAACmethyl)]. Bei Raumtemperatur jedoch bildeten sich durch Reaktion von [Rh(-Cl)(CO)2]2 mit CAACmethyl der mononukleare Komplex [(RhCl(CO)(CAACmethyl)2], die chlorverbrückten Komplexe [(Rh2( Cl)2(CO)3(CAACmethyl)], [Rh(-Cl)(CO)(CAACmethyl)]2 und ein Kohlenmonoxid-Aktivierungsprodukt. Das Kohlenmonoxid-Aktivierungsprodukt wird vermutlich durch Reaktion von zwei Äquivalenten des CAACs mit CO und anschließender Umlagerung durch Migration der Dipp-Gruppe gebildet. Während klassische N-heterocyclische Carbene nicht elektrophil genug sind, um mit CO zu reagieren, gehen verwandte Diamidocarbene und (Alkyl)(amino)carbene Additionsreaktionen mit CO ein.
Für die selektive Synthese des CAAC-disubstituierten mononuklearen Komplexes wurden acht Äquivalente CAACmethyl mit einem Äquivalent [Rh(-Cl)(CO)2]2 umgesetzt. Für die Auswertung von TEP-Werten wurde [Ni(CO)3(CAAC)] in Zusammenarbeit mit der Gruppe um Radius synthetisiert. Durch Isolierung der Komplexe [(RhCl(CO)(CAACmethyl)2] und [Ni(CO)3(CAAC)] war es weiterhin möglich, die elektronischen und ster-ischen Parameter von CAACmethyl zu untersuchen. Genau wie die sterisch anspruchsvolleren Ver-bindungen CAACmenthyl und CAACcy, ist das Methyl substituierte CAAC im Vergleich zu üblichen NHCs ein besonders starker -Donor. Während dieser einen sehr ähnlichen TEP-Wert von 2046 cm-1 aufweist, besitzt er zusätzlich ausgezeichnete -Akzeptor-Eigenschaften (P = 67,2 ppm Phosphinidenaddukt). Durch das tiefliegende LUMO und das kleine HOMO-LUMO-Gap sind CAACs sehr effektiv für die Isolierung einer Vielzahl von ansonsten instabilen diamagnetischen und paramagnetischen Spezies von Hauptgruppen- und Übergangs-metallverbindngen. Die elektronischen Eigenschaften erlauben auch freien CAACs, kleine Moleküle mit starken Bindungen zu aktivieren. Eine neuere Entwicklung ist die Verwendung von CAACs als Liganden in Übergangsmetall-komplexen, die bisher nur als kurzlebige katalytische Zwischenstufen postuliert wurden.[271,324] Die Isolierung dieser reaktiven Spezies ermöglicht ein besseres Verständnis für bereits bekannte katalytische Reaktionen, sowie die Entwicklung neuer Katalysatoren und Anwendungen. Sol entwickelte Radius et al.[300] zum Beispiel einen CAAC-Komplex aus Kobalt als Vorläufer für die Dünnfilmabscheidung von Werkstoffen und Steffen et al.[326] berichtete von CAAC-Kupfer-Komplexen mit sehr hohen Photolumineszenz-Quantenausbeuten, die in LED Geräten eingesetzt werden könnten. Mit der Entwicklung von günstigen und flexiblen Synthesemethoden für die Herstellung von CAACs und deren entsprechenden Übergangsmetallkomplexen sowie der Kenntnis ihrer elektronischen Eigenschaften scheint es sicher, dass Anwendungen rund um dieses Ligandensystem weiter zunehmen werden.
KW  - Fluorescence
KW  - Phosphorescence
KW  - Rhodium
KW  - Sonogashira coupling
KW  - Carbenes
KW  - Übergangsmetallkomplexe
KW  - Rhodium
KW  - Lumineszenz
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-154844
ER  - 
TY  - THES
A1  - Merz, Julia
T1  - C-H Borylation: A Route to Novel Pyrenes and Perylenes and the Investigation of their Excited States and Redox Properties
T1  - C-H Borylierung: Eine Route zu neuen Pyrenen und Perylenen und die Untersuchung der angeregten Zustände und Redoxeigenschaften
N2  - Pyrene is a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) that has very interesting photophysical properties which make it suitable for a broad range of applications. The 2,7-positions of pyrene are situated on nodal planes in both the HOMO and LUMO. Hence, electrophilic reactions take place at the 1-, 3-, 6-, and 8-positions. The goal of this project was to develop novel pyrene derivatives substituted at the 2- and 2,7-positions, with very strong donors or/and acceptors, to achieve unprecedented properties and to provide a deeper understanding of how to control the excited states and redox properties. For that reason, a julolidine-type moiety was chosen as a very strong donor, giving D-π and D-π-D systems and, with Bmes2 as a very strong acceptor, D-π-A system. These compounds exhibit unusual photophysical properties such as emission in the green region of the electromagnetic spectrum in hexane, whereas all other previously reported pyrene derivatives substituted at the 2,7-positions show blue luminescence. Furthermore, spectroelectrochemical measurements suggest very strong coupling between the substituents at the 2,7-positions of pyrene in the D-π-D system. Theoretical studies show that these properties result from the very strong julolidine-type donor and Bmes2 acceptor coupling efficiently to the pyrene HOMO-1 and LUMO+1, respectively. Destabilization of the former and stabilization of the latter lead to an orbital shuffle between HOMO and HOMO 1, and LUMO and LUMO+1 of pyrene. Consequently, the S1 state changes its nature sufficiently enough to gain higher oscillator strength, and the photophysical and electrochemical properties are then greatly influenced by the substituents. 
In another project, further derivatives were synthesized with additional acceptor moieties at the K-region of pyrene. These target derivatives exhibit strong bathochromically shifted absorption maxima (519-658 nm), which is a result of the outstanding charge transfer character introduced into the D-π-D pyrene system through the additional acceptor moiety at the K-region. Moreover, emission in the red to NIR region with an emission maximum at 700 nm in CH2Cl2 is detected. The excited state lives unusual long for K-region substituted pyrenes; however, such a lifetime is rather typical for 2,7-substituted pyrene derivatives. 
The polycyclic aromatic hydrocarbon perylene, especially perylene diimide, has received considerable attention in recent years and has found use in numerous applications such as dyes, pigments and semiconductors. Nevertheless, it is of fundamental importance to understand how to modulate the electronic and photophysical properties of perylene depending on the specific desired application. Perylenes without carboxyimide groups at the peri positions are much less well studied due to the difficulties in functionalizing the perylene core directly. In particular, only ortho heteroatom substituted perylenes have not been reported thus far (exception: (Bpin)4-Per was already reported by Marder and co-workers). Thus, the effect of substituents on the ortho positions of the perylene core has not been investigated. 
Two perylene derivatives were synthesized that bear four strong diphenylamine donor or strong Bmes2 acceptor moieties at the ortho positions. These compounds represent the first examples of perylenes substituted only at the ortho positions with donors or acceptors. 
The investigations show that the photophysical and electronic properties of these derivatives are unique and different compared to the well-studied perylene diimides. Thus, up to four reversible reductions or oxidations are possible, which is unprecedented for monomeric perylenes. Furthermore, the photophysical properties of these two ortho-substituted derivatives are unusual compared to reported perylenes on many regards. Thus, large Stokes shifts are obtained, and the singlet excited state of these derivatives lives remarkably long with intrinsic lifetimes of up to 94 ns.
In a cooperation with Dr. Gerard P. McGlacken at University College Cork in Ireland, different quinolones were borylated using an iridium catalyst system to study the electronic and steric effect of the substrates. It was possible to demonstrate that the Ir-catalyzed borylation with the dtbpy ligand allows the direct borylation of various 4-quinolones at the 6- and 7-positions. Thus, later stage functionalization is possible with this method and more highly functionalized quinolones are also compatible with this mild reaction conditions.
N2  - Pyren ist ein polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff (PAK) mit sehr interessanten photophysikalischen Eigenschaften, der sich daher für ein breites Anwendungsspektrum eignet. Die 2,7-Positionen von Pyren befinden sich sowohl im HOMO als auch im LUMO auf Knotenebenen. Daher finden elektrophile Reaktionen an den 1-, 3-, 6- und 8-Positionen statt. Das Ziel dieses Projekts war die Entwicklung neuer Pyrenderivate, die an den 2- und 2,7-Positionen substituiert sind und sehr starke Donoren oder / und Akzeptoren aufweisen, um beispiellose Eigenschaften zu erzielen und ein tiefgreifenderes Verständnis für die Steuerung der angeregten Zustände und Redoxzustände zu erhalten. Aus diesem Grund wurde die Julolidin-Einheit als sehr starker Donor gewählt um D-π und D-π-D -Systeme zu entwickeln und mit Bmes2 als sehr starker Akzeptor wurde ein D-π-A System entwickelt.
Diese Verbindungen zeigen ungewöhnliche photophysikalische Eigenschaften wie die Emission im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums in Hexan, während alle anderen zuvor beschriebenen Pyrenderivate, die an den 2,7-Positionen substituiert sind, blaue Lumineszenz zeigen. Darüber hinaus legen spektroelektrochemische Messungen eine unerwartet starke Kopplung zwischen den Substituenten an den 2,7-Positionen von Pyren im D-π-D-System nahe. Theoretische Studien zeigen, dass diese Eigenschaften aus der sehr starken Kopplung zwischen dem Julolidin-Donor und Bmes2-Akzeptor mit dem Pyren HOMO-1 bzw. LUMO + 1 resultieren. Die Destabilisierung des Ersteren und die Stabilisierung des Letzteren führen zu einem Orbital-Shuffle zwischen HOMO und HOMO-1 und LUMO und LUMO+1 von Pyren. Folglich ändert der S1-Zustand seinen Charakter ausreichend, um eine höhere Oszillatorstärke zu erzielen. Die photophysikalischen und elektrochemischen Eigenschaften werden damit stark von den Substituenten beeinflusst.
In einem weiteren Projekt wurden weitere Derivate mit zusätzlichen Akzeptoreinheiten in der K-Region von Pyren synthetisiert. Alle Zielderivate weisen starke bathochrom verschobene Absorptionsmaxima (519-658 nm) auf, was auf den hervorragenden Ladungstransfercharakter zurückzuführen ist, der durch die zusätzliche Akzeptoreinheit in der K-Region in das D-π-D-Pyrensystem eingeführt wurde. Emission im Rot-NIR-Bereich mit einem Emissionsmaximum bei 700 nm in CH2Cl2 wurde sogar detektiert. Der angeregte Zustand ist ungewöhnlich langlebig für K-substituierte Pyrene, diese sind jedoch typisch für 2,7-substituierte Pyrenderivate.
Der polycyclische aromatische Kohlenwasserstoff Perylen, insbesondere Perylendiimid, erlangte in den letzten Jahren beträchtliche Aufmerksamkeit und fand Verwendung in zahlreichen Anwendungen wie Farbstoffen, Pigmenten oder Halbleitern. Dennoch ist es von grundlegender Bedeutung zu verstehen, wie die elektronischen und photophysikalischen Eigenschaften von Perylen in Abhängigkeit von der spezifischen gewünschten Anwendung moduliert werden können. Perylene ohne Carboxyimidgruppen an den Peripositionen sind aufgrund der Schwierigkeiten bei der direkten Funktionalisierung des Perylenkerns bislang kaum untersucht worden. Ziel dieses Projektes war es den bisher unbekannten Einfluss von Substituenten auf die ortho-Positionen des Perylenkerns zu untersuchen.
Es wurden zwei Perylenderivate synthetisiert, die an den ortho-Positionen vier starke Diphenylamin-Donor oder vier starke Bmes2-Akzeptor-Einheiten aufweisen. Diese Verbindungen stellen die ersten Beispiele für Perylene dar, die nur an den ortho-Positionen mit Donoren oder Akzeptoren substituiert sind.
Die Untersuchungen zeigen, dass die photophysikalischen und elektronischen Eigenschaften dieser Derivate im Vergleich zu den gut untersuchten Perylendiimiden einzigartig sind. Somit sind bis zu vier reversible Reduktionen oder Oxidationen dieser Verbindungen möglich, was für monomere Perylene bisher beispiellos ist. Darüber hinaus sind die photophysikalischen Eigenschaften dieser beiden ortho-substituierten Derivate in vielerlei Hinsicht ungewöhnlich im Vergleich zu den bekannten Perylenen. Durch Substitution an den ortho-Positionen werden große Stokes-Verschiebungen erhalten und der Singulett-angeregte Zustand unserer Derivate ist mit intrinsischen Lebensdauern von bis zu 94 ns bemerkenswert lang. 
In Zusammenarbeit mit Dr. Gerard P. McGlacken vom University College Cork in Irland wurden verschiedene Quinolone mittels eines Iridium-Katalysatorsystems boryliert, um die elektronische und sterische Kontrolle der Substrate zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass die Ir-katalysierte Borylierung mit dem dtbpy-Liganden die direkte Borylierung verschiedener 4-Quinolone in 6- und 7-Position ermöglicht. Somit ist mit dieser Methode eine spätere Funktionalisierung möglich, und höher funktionalisierte Quinolone sind mit diesen milden Reaktionsbedingungen auch kompatibel.
KW  - Pyren
KW  - Perylen
KW  - Pyrene
KW  - Perylene
KW  - Polycyclic Aromatic Hydrocarbons
KW  - Fluorescene
KW  - PAK
KW  - Fluoreszenz
KW  - Borylierung
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-185226
ER  - 
TY  - THES
A1  - Würtemberger-Pietsch, Sabrina
T1  - Anionic and Neutral Lewis-Base Adducts of Diboron(4) Compounds
T1  - Anionische und Neutrale Lewis-Basen Addukte von Diboran(4)-Verbindungen
N2  - Anionic Adducts
Sp2-sp3 tetraalkoxy diboron compounds have gained attention due to the development of new, synthetically useful catalytic reactions either with or without transition-metals. Lewis-base adducts of the diboron(4) compounds were suggested as possible intermediates in Cu catalyzed borylation reactions some time ago. However, intermolecular adducts of tetraalkoxy diboron compounds have not been studied yet in great detail. In preliminary studies, we have synthesized a series of anionic sp2-sp3 adducts of B2pin2 with alkoxy-groups (L = [OMe]–, [OtBu]–), a phenoxy-group (L = [4-tBuC6H4O]–) and fluoride (L = [F]–, with [nBu4N]+ as the counter ion) as Lewis-bases.
Neutral Adducts
Since their isolation and characterization, applications of N-heterocyclic carbenes (NHCs) and related molecules, e.g., cyclic alkylaminocarbenes (CAACs) and acyclic diaminocarbenes (aDCs), have grown rapidly. Their use as ligands in homogeneous catalysis and directly in organocatalysis, including recently developed borylation reactions, is now well established. Recently, several examples of ring expansion reactions (RER) involving NHCs were reported to take place at elevated temperatures, involving Be, B, and Si.
Furthermore, preliminary studies in the group of Marder et al. showed the presence of neutral sp2-sp3 diboron compounds with B2pin2 and the NHC Cy2Im. In this work, we focused on the synthesis and characterization of further neutral sp2-sp3 as well as sp3-sp3 diboron adducts with B2cat2 and B2neop2 and different NHCs. Whereas the mono-NHC adduct is stable for several hours at temperatures up to 60 °C, the bis-NHC adducts undergo thermally induced rearrangement to form the ring expanded products compound 26 and 27. B2neop2 is much more reactive than B2cat2 giving ring expanded product 29 at room temperature in quantitative yields, demonstrating that NHC ring expansion and B–B bond cleavage can be very facile processes. 
Whereas the mono-NHC adduct is stable for several hours at temperatures up to 60 °C, the bis-NHC adducts undergo thermally induced rearrangement to form the ring expanded products compound 26 and 27. B2neop2 is much more reactive than B2cat2 giving ring expanded product 29 at room temperature in quantitative yields, demonstrating that NHC ring expansion and B–B bond cleavage can be very facile processes.
N2  - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Synthese und das Reaktionsverhalten Lewis-Säuren/Lewis-Basen-Addukte von Diboran(4)-Verbindungen als Lewis-Säuren untersucht. Als Lewis-Basen dienten zum einem das Fluorid-Ion, zum anderen N-Heterozyklische Carbene. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit war somit die Synthese und Charakterisierung anionischer sp2-sp3-Diboran-Verbindungen des Typs [B2(OR)4F][NMe4] (OR2 = Pinakol, Catechol und Neopentyl), die auf ihre Eigenschaft als „Boryl-Übertragungsreagenz“ gegenüber Diazoniumsalzen überprüft wurden.
Der zweite Teil der Arbeit untersucht die Reaktion von Diboranen (B2cat2 und B2neop2) mit gesättigten und ungesättigten N-Heterozyklischen Carbenen (NHCs). Die neutralen, einfach- und zweifach-substituierten NHC-Addukte des Typs B2(OR)4•NHC und B2(OR)4•(NHC)2 wurden anschließend auf ihre thermische Stabilität untersucht.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen zum einem, dass anionische Addukte des Typs [B2(OR)4F][NMe4] 4, 7 und 9 als „Boryl-Übertragungsreagenzien“ eingesetzt werden können. Ferner lassen sich ausgehend von Diboran(4)-Verbindungen durch die Umsetzung mit N Heterozyklischen Carbenen die einfach- und zweifach-substituierten NHC-Addukte B2(OR)4•NHC und B2(OR)4•(NHC)2 synthetisieren. Diese sind zum Teil instabil gegenüber einer Ringerweiterungsreaktion unter Insertion einer Boryleinheit in die C–N-Bindung des Carbens. Untersuchungen an NHC-Addukten von Boranen BR3 und HB(OR)2 zeigen weiterhin, dass die Addukte Ph3B•NHC gegenüber solchen Ringerweiterungen stabil sind. Die Addukte HB(OR)2•NHC sind je nach eingesetztem Carben und Boran entweder stabil oder reagieren unter B–H-Bindungsaktivierung zur Ringerweiterung des Carbens.
KW  - Addukt
KW  - Diborane
KW  - carben
KW  - Lewis-Base Adducts
KW  - Diboron(4) Compounds
KW  - Ring Expansion Reaction
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-136321
ER  - 
TY  - THES
A1  - Noll, Niklas
T1  - Second Coordination Sphere Engineering in Macrocyclic Ruthenium Water Oxidation Catalysts
T1  - Gestaltung der sekundären Koordinationssphäre von makrozyklischen Ruthenium Wasseroxidationskatalysatoren
N2  - About 2.4 billion years ago, nature has fundamentally revolutionized life on earth by inventing the multi-subunit protein complex photosystem II, the only molecular machine in nature that catalyzes the thermodynamically demanding photosynthetic splitting of water into oxygen and reducing equivalents. Nature chose a distorted Mn4CaO5 cluster as catalyst, better known as oxygen-evolving complex (OEC), thus recognizing the need for transition metals to achieve high-performance catalysts. The curiosity has always driven mankind to mimic nature’s achievements, but the performance of natural enzymes such as the oxygen-evolving complex in photosystem II remain commonly unmatched.  An important role in fine-tuning and regulating the activity of natural enzymes is attributed to the surrounding protein domain, which facilitates substrate preorganization within well-defined nanoenvironments. 
In light of growing energy demands and the depletion of fossil fuels, the unparalleled efficiency of natural photosynthesis inspires chemists to artificially mimic its natural counterpart to generate hydrogen as a ‘solar fuel’ through the light-driven splitting of water. As a result, significant efforts have been devoted in recent decades to develop molecular water oxidation catalysts based on earth-abundant transition metals and the discovery of the Ru(bda) (bda: 2,2’ bipyridine-6,6’-dicarboxylate) catalyst family enabled activities comparable to the natural OEC. Similar to the natural archetypes, the design of homogeneous catalysts that interplay judiciously with the second coordination sphere of the outer ligand framework proved to be a promising concept for catalyst design. In this present thesis, novel supramolecular design approaches for enzyme like activation of substrate water molecules for the challenging oxidative water splitting reaction were established via tailor-made engineering of the secondary ligand environment of macrocyclic Ru(bda) catalysts.
N2  - Vor etwa 2.4 Milliarden Jahren hat die Natur das Leben auf der Erde mit der Entwicklung des mehrgliedrigen Proteinkomplexes Photosystem II grundlegend revolutioniert. Dieser stellt die einzige molekulare Maschine in der Natur dar, die die thermodynamisch anspruchsvolle photosynthetische Spaltung von Wasser in Sauerstoff und reduzierende Äquivalente katalysieren kann. Als Katalyator hat die Natur hierfür ein verzerrtes Mn4CaO5-Cluster ausgewählt, welcher besser bekannt ist als Sauerstoff-produzierender Komplex (OEC, engl.: oxygen-evolving complex). Damit wird die Notwendigkeit von Übergangsmetallen als leistungsfähige Katalysatoren belegt. Die Wissbegierde hat die Menschheit schon immer dazu angetrieben, die Errungenschaften der Natur zu imitieren. Dennoch bleiben die Leistungen natürlicher Enzyme wie die des OEC in Photosystem II häufig unerreicht. Eine wichtige Rolle bei der Feinabstimmung und Regulierung der Aktivität natürlicher Enzyme nimmt die umliegende Proteindomäne ein, die die Vororganisation der Substrate in einer genau definierten Nanoumgebung ermöglicht.
Angesichts des wachsenden Energiebedarfs und der Erschöpfung von fossilen Brennstoffen werden Chemiker von der unvergleichlichen Effizienz der natürlichen Photosynthese zu deren künstlichen Nachahmung inspiriert, damit Wasserstoff als "solarer Brennstoff" durch die lichtgetriebene Spaltung von Wasser erzeugt werden kann. Infolgedessen wurden in den letzten Jahrzehnten erhebliche Anstrengungen in die Entwicklung molekularer Wasseroxidationskatalysatoren (WOKs) auf der Basis von Übergangsmetallen unternommen, wobei mit der Entdeckung der Katalysatorfamilie Ru(bda) (bda: 2,2'-Bipyridin-6,6'-dicarboxylat) Aktivitäten vergleichbar mit der des natürlichen OEC realisiert wurden. Als vielversprechendes Konzept für die Entwicklung von Katalysatoren erwies sich die Konstruktion homogener Katalysatoren, die, ähnlich zu den natürlichen Vorbildern, gezielt mit der zweiten Koordinationssphäre eines äußeren Liganden interagieren. In der hier vorliegenden Arbeit wurden neuartige supramolekulare Konzepte zur enzymartigen Aktivierung von Wassermolekülen entwickelt. Hierbei sollte durch eine maßgeschneiderte Konstruktion der sekundären Ligandenumgebung von makrozyklischen Ru(bda)-Katalysatoren die anspruchsvolle oxidative Wasserspaltungsreaktion begünstigt werden.
KW  - Katalyse
KW  - Metallosupramolekulare Chemie
KW  - Wasseroxidation
KW  - Metallosupramolecular chemistry
KW  - Catalysis
KW  - Water Oxidation
KW  - Second coordination sphere engineering
KW  - Ruthenium complexes
KW  - Ruthenium Komplexe
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-305332
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ferger, Matthias
T1  - Development of New Methods for Triarylborane Synthesis and Investigation of Triarylborane Chromophores for DNA and RNA Sensing and Singlet Oxygen Sensitization
T1  - Entwicklung Neuer Methoden zur Triarylboran Synthese und Untersuchung von Triarylboran Farbstoffen als DNA und RNA Sensoren und Singulett-Sauerstoff Sensibilisatoren
N2  - The 1st chapter provides a detailed review of the development of synthetic approaches to triarylboranes from their first report nearly 135 years ago to the present. In the 2nd chapter, a novel and convenient methodology is reported for the one-pot synthesis of sterically-congested triarylboranes, using bench-stable aryltrifluoroborates as the boron source. The new procedure gives access to symmetrically- and unsymmetrically-substituted triarylboranes. The borylated triarylboranes are suggested as building blocks for the design of functional materials. In the 3rd chapter, four luminescent tetracationic bis-triarylborane DNA and RNA sensors that show high binding affinities, in several cases even in the nM range, are investigated. The molecular structures of two of the neutral precursors reveal some structural flexibility for these compounds in the solid state. The compounds were found to be highly emissive even in water and DNA and RNA binding affinities were found to be dependent on linker length and flexibility. Strong SERS responses for three of the four compounds demonstrate the importance of triple bonds for strong Raman activity in molecules of this compound class. In chapter 4, the compound class of water-soluble tetracationic bis-triarylborane chromophores is extended by EDOT-linked compounds and those are compared to their thiophene-containing analogs. Absorption and emission are significantly red-shifted in these compounds, compared to their thiophene-containing analogs and, due to a large Stokes shift, one of the reported compounds exhibits the most bathochromically shifted emission, observable well into the near infrared region, of all tetracationic water-soluble bis-triarylborane chromophores reported to date. Long-lived excited states, completely quenched by oxygen, were observed for the water-stable compounds of this study via transient absorption spectroscopy and a quantum yield for singlet oxygen formation of 0.6 was determined for one of them.
N2  - Das erste Kapitel gibt einen detaillierten Überblick über die Entwicklung verschiedener Synthesemöglichkeiten von Triarylboranen seit ihrer erstmaligen Erwähnung vor rund 135 Jahren bis heute. In Kapitel 2 wurde eine neuartige und praktische Methode für die Eintopfsynthese von sterisch stabilisierten Triarylboranen unter Verwendung von luftstabilen Aryltrifluorboraten als Borquelle beschrieben. Das neue Verfahren ermöglicht den Zugang zu symmetrisch und unsymmetrisch substituierten Triarylboranen, die bei der Konstruktion borhaltiger Funktionsmaterialien verwendet werden könnten. Im dritten Kapitel wurden tetrakationische Bis-Triarylborane bezüglich DNA- und RNA-Sensorik untersucht, wobei hohe Bindungsaffinitäten, wurden. Die Molekülstrukturen von zwei neutralen Vorstufenverbindungen deuten auf eine gewisse Flexibilität für diese Verbindungen im Festkörper hin. Die Verbindungen erwiesen sich selbst in Wasser als stark emittierend und die DNA und RNA Bindungsaffinitäten waren abhängig von Länge und Flexibilität des Linkers. Starke SERS-Signale für drei der vier Verbindungen, zeigen die Bedeutung von Dreifachbindungen für eine starke Raman-Aktivität in Molekülen dieser Verbindungsklasse. In Kapitel 4 dieser Arbeit wurde die Verbindungsklasse wasserlöslicher tetrakationischer Bis Triarylboran-Chromophore um EDOT-verbrückte Verbindungen erweitert und diese mit ihren literaturbekannten Thiophenanaloga verglichen. Absorption und Emission sind in diesen Verbindungen im Vergleich zu ihren Thiophen-haltigen Analoga rotverschoben und eine der Verbindungen zeigt die am weitesten rotverschobene, noch weit im nahen Infrarotbereich detektierbare, Emission aller bisher bekannten Verbindungen dieser Art. Für die wasserstabilen Verbindungen wurden mittels transienter Absorptionsspektroskopie langlebige Zustände beobachtet, die vollständig durch Sauerstoff gequencht werden und eine Quantenausbeute für die Singulett-Sauerstoffbildung von 0.6 wurde für eine der Verbindungen bestimmt.
KW  - Triarylborane
KW  - Fotophysik
KW  - Chemische Synthese
KW  - Singulettsauerstoff
KW  - DNA-Sensor
KW  - Photophysics
KW  - Chemical Synthesis
KW  - Singlett Oxygen
KW  - Boron Materials
KW  - Biomacromolecular Sensing
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-234307
ER  - 
TY  - THES
A1  - Maier, Jan Richard
T1  - Investigations of Metal-free Cannibalistic Hexadehydro-Diels-Alder and Pt-catalyzed Dimerization Reactions of Linked Aryl Bisdiynes
T1  - Untersuchungen von metallfreien kannibalistischen Hexadehydro-Diels-Alder und Pt-katalysierten Dimerisierungsreaktionen von verbrückten Arylbisdiinen
N2  - The introductory chapter reviews the current state of mechanistic understanding of the hexadehydro-Diels-Alder (HDDA) reaction. With the rapid development of the HDDA reaction from its first discovery in 1997, the question of whether a concerted or stepwise mechanism better describes the thermally activated formation of ortho-benzyne from a diyne and a diynophile has been debated. Mechanistic and kinetic investigations were able to show that this is not a black or white situation, as minor changes can tip the balance. In chapter 2 of this thesis, the catalytic process leading from 1,11-bis(p-tolyl)undeca-1,3,8,10-tetrayne to fully-substituted naphthalene and azulene derivatives, by two different platinum-catalyzed dimerization pathways, was investigated. In chapter 3, the cannibalistic self-trapping reaction of an ortho-benzyne derivative generated from 1,11-bis(p-tolyl)undeca-1,3,8,10-tetrayne in an HDDA reaction was investigated. Without adding any specific trapping agent, the highly reactive benzyne is trapped by another bisdiyne molecule in at least three different modes. In chapter 4 direct UV/VIS spectroscopic evidence for the existence of an o-benzyne in solution is reported, and the dynamics of its formation in a photo-induced reaction are established. For this purpose, 1,11-bis(p-tolyl)undeca-1,3,8,10-tetrayne was investigated, using femtosecond transient absorption spectroscopy in the ultraviolet/visible region. In chapter 5, following the isolation and characterization of the reaction products discussed in chapter 3, further species resulting from reactions of the highly reactive ortho-benzyne derivative were identified.
N2  - Das einleitende Kapitel gibt einen Überblick über den aktuellen Stand des mechanistischen Verständnisses der Hexadehydro-Diels-Alder (HDDA)-Reaktion. Mit der rasanten Entwicklung der HDDA-Reaktion seit ihrer ersten Entdeckung im Jahr 1997 wurde die Frage diskutiert, ob ein konzertierter oder ein schrittweiser Mechanismus die thermisch aktivierte Bildung von ortho-Benzin aus einem Diin und einem Diinophil besser beschreibt. Mechanistische und kinetische Untersuchungen konnten zeigen, dass es sich hierbei nicht um eine Schwarz-Weiß-Situation handelt, da schon kleine Änderungen das Gleichgewicht verändern können. In Kapitel 2 dieser Arbeit wurde der katalytische Prozess, der von 1,11-Bis(p-tolyl)undeca-1,3,8,10-tetrain zu vollständig substituierten Naphthalin- und Azulen-Derivaten führt, über zwei verschiedene platinkatalysierte Dimerisierungspfade untersucht. In Kapitel 3 wurde die kannibalistische Selbsteinfangreaktion eines ortho-Benzin-Derivats untersucht, das aus 1,11-Bis(p-tolyl)undeca-1,3,8,10-tetrain in einer HDDA-Reaktion erzeugt wurde. Ohne Zugabe eines spezifischen Einfangmittels wird das hochreaktive Benzin von einem anderen Bisdiin-Molekül in mindestens drei verschiedenen Modi eingefangen. In Kapitel 4 wird der direkte UV/VIS-spektroskopische Nachweis für die Existenz eines o-Benzins in Lösung berichtet und die Dynamik seiner Bildung in einer photoinduzierten Reaktion aufgezeigt. Zu diesem Zweck wurde 1,11-Bis(p-tolyl)undeca-1,3,8,10-tetrayne mittels Femtosekunden-Transienter-Absorptionsspektroskopie im ultravioletten/sichtbaren Bereich untersucht. In Kapitel 5 wurden nach der Isolierung und Charakterisierung der in Kapitel 3 diskutierten Reaktionsprodukte weitere Spezies identifiziert, die aus Reaktionen des hochreaktiven ortho-Benzin-Derivats resultieren.
KW  - Diels-Alder-Reaktion
KW  - Reaktivität
KW  - hexadehydro-Diels-Alder
KW  - Dimerization
KW  - Reaction mechanism
KW  - Reaktionsmechanismus
KW  - Transient absorption
KW  - Transiente Absorption
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-240411
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kuehn, Laura
T1  - Earth-Abundant Metal-Catalyzed and Transition Metal-Free Borylation of Aryl Halides
T1  - Borylierung von Arylhalogeniden basierend auf kostengünstigen Übergangsmetallkatalysatoren sowie einer übergangsmetallfreien Alternative
N2  - The present work focusses on the borylation of aryl halides. The first chapter presents a detailed review about previously reported nickel-catalyzed borylation reactions. The second chapter of the thesis describes, the borylation reaction of C–Cl bonds in aryl chlorides mediated by an NHC-stabilized nickel catalyst. The cyclohexyl substituted NHC Cy2Im was used to synthesize novel Cy2Im-stabilized nickel complexes [Ni2(Cy2Im)4(μ-(η2:η2)-COD)] 1, [Ni(Cy2Im)2(η2-C2H4)] 2, and [Ni(Cy2Im)2(η2-COE)] 3. An optimized procedure was developed using 5 mol% of the Ni-catalyst, 1.5 equivalents of the boron reagent B2pin2, and 1.5 equivalents of NaOAc as the base in methylcyclohexane at 100 °C. With these optimized conditions, it was shown that a variety of aryl chlorides, containing either electron-withdrawing or -donating groups, were converted to the corresponding aryl boronic esters in yields up to 99% (88% isolated) yield. Mechanistic investigations revealed that the C–Cl oxidative addition product [Ni(Cy2Im)2(Cl)(4-F3C-C6H4)] 11, which has been synthesized and isolated separately, also catalyzes the reaction. Thus, rapid oxidative addition of the C–Cl bond of the aryl chloride to [Ni2(Cy2Im)4(μ-(η2:η2)-COD)] 1 to yield trans-[Ni(Cy2Im)2(Cl)(Ar)] represents the first step in the catalytic cycle. The rate limiting step in this catalytic cycle is the transmetalation of boron to nickel forming trans-[Ni(Cy2Im)2(Bpin)(Ar)], which was not possible to isolate. The boryl transfer reagent is assumed to be the anionic adduct Na[B2pin2(OAc)]. A final reductive elimination step gives the desired borylated product Ar–Bpin and regenerates [Ni(Cy2Im)2].
In the next chapter the first effective C–Cl bond borylation of aryl chlorides using NHC-stabilized Cu(I)-complexes of the type [Cu(NHC)(Cl)] was developed. The known complexes [Cu(iPr2Im)(Cl)] 15, [Cu(Me2ImMe)(Cl)] 16, and [Cu(Cy2Im)(Cl)] 17, bearing the small alkyl substituted NHCs, were synthesized in good yields by the reaction of copper(I) chloride with the corresponding free NHC at low temperature (-78 °C) in THF. A range of catalysts, bases, solvents, and boron sources were screened to determine the scope and limitations of this reaction. [Cu(Cy2Im)(Cl)] 17 revealed a significantly higher catalytic activity than [Cu(iPr2Im)(Cl)] 15. KOtBu turned out to be the only efficient base for this borylation reaction. Besides methylcyclohexane, toluene was the only solvent that gave the borylated product in moderate yields of 53%. It was shown that a variety of electron-rich and electron-poor aryl chlorides can be converted to the corresponding aryl boronic esters in isolated yields of up to 80%. A mechanism was proposed, in which a Cu-boryl complex [Cu(L)(Bpin)] is formed in the initial step. This is followed by C–B bond formation via σ-bond metathesis with the aryl chloride forming the aryl boronic ester and [Cu(L)(Cl)]. The latter reacts with KOtBu to give [Cu(L)(OtBu)], which regenerates the copper boryl complex by reaction with B2pin2.
Chapter 4 describes studies directed towards the transition metal-free borylation of aryl halides using Lewis base adducts of diborane(4) compounds. A variety of novel pyridine and NHC adducts of boron compounds were synthesized. Adducts of the type pyridine·B2cat2 18-19 and NHC·B2(OR)4 20-23 were examined for their ability to transfer a boryl moiety to an aryl iodide. However, only Me2ImMe∙B2pin2 20 was found to be effective. The stoichiometric reaction of 20 with different substituted aryl iodides and bromides in benzene, at elevated temperatures, gave the desired aryl boronic esters in good yields. Interestingly, depending on the reaction temperature, C–C coupling between the aryl halide and the solvent (benzene), was detected leading to a side product which, together with observed hydrodehalogenation of the aryl halide, provided indications that the reaction might be radical in nature.
When the boryl transfer reaction based on Me2ImMe∙B2pin2 20 was followed by EPR spectroscopy, a signal (though very weak and ill-defined) was detected, which is suggestive of a mechanism involving a boron-based radical. In addition, the boronium cation [(Me2ImMe)2∙Bpin]+ 37  with iodide as the counterion was isolated from the reaction residue, indicating the fate of the second boryl moiety. A preliminary mechanism for the boryl transfer from 20 to aryl iodides was proposed, which involves an NHC–Bpin˙ radical as the key intermediate. Me2ImMe–Bpin˙ is formed by homolytic B–B bond cleavage of the bis-NHC adduct (Me2ImMe)2∙B2pin2, which is formed in situ in small amounts under the reaction conditions. Me2ImMe–Bpin˙ reacts with the aryl iodide to give the aryl boronic ester with recovery of aromaticity. In the same step, from the second equivalent of NHC–Bpin˙, an NHC-stabilized iodo-Bpin adduct is formed as an intermediate, which is further coordinated by another NHC, yielding [(Me2ImMe)2∙Bpin]+I- 37.
N2  - Das erste Kapitel gibt zunächst einen detaillierten Überblick über die Nickel-katalysierte Borylierung. Das zweite Kapitel dieser Arbeit beschreibt die Borylierung von Arylchloriden mithilfe NHC-stabilisierter Nickelkatalysatoren. Dafür wurden zunächst die Nickelkomplexe [Ni2(Cy2Im)4(μ-(η2:η2)-COD)] 1, [Ni(Cy2Im)2(η2-C2H4)] 2 und [Ni(Cy2Im)2(η2-COE)] 3 dargestellt. Als optimale Bedingungen für die Borylierung haben sich 5 Mol-% des Ni-Katalysators, 1.5 Äquivalente des Borylierungsreagenzes B2pin2 und 1.5 Äquivalente NaOAc als Base in Methylcyclohexan bei 100 °C erwiesen. Unter diesen optimierten Bedingungen lassen sich eine Vielzahl unterschiedlicher Arylchloride in die jeweiligen Arylboronsäureester in Ausbeuten von bis zu 99% (88% für die isolierte Verbindung) überführen. Der Komplex [Ni(Cy2Im)2(Cl)(4-F3C-C6H4)] 11, das Produkt der oxidativen Addition von 4-F3C-C6H4-Cl an [Ni2(Cy2Im)4(μ-(η2:η2)-COD)] 1, katalysiert ebenfalls die Reaktion. Mechanistischen Untersuchungen zufolge, stellt die rasche oxidative Addition der C–Cl-Bindung des Arylchlorids an [Ni2(Cy2Im)4(μ-(η2:η2)-COD)] 1 unter der Ausbildung von trans-[Ni(Cy2Im)2(Cl)(Ar)], den ersten Schritt des Katalysezykluses dar. Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt in diesem Katalysezyklus ist die Transmetallierung von Bor zu Nickel unter Bildung von trans-[Ni(Cy2Im)2(Bpin)(Ar)]. Es wird angenommen, dass es sich bei dem Boryltransferreagenz um das anionische Addukt Na[B2pin2(OAc)] handelt. Ein letzter reduktiver Eliminierungsschritt ergibt das gewünschte borylierte Produkt Ar–Bpin unter Rückgewinnung von [Ni(Cy2Im)2].
Im nächsten Kapitel der Arbeit wurde die erste effiziente C–Cl-Borylierung von Arylchloriden entwickelt. Eine Reihe verschiedener Katalysatoren des Typs [Cu(NHC)(Cl)], Basen, Lösungsmitteln und Borylierungsreagenzien wurden untersucht, um die Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen dieser Reaktion zu bestimmen. Der Komplex [Cu(Cy2Im)(Cl)] 17 zeigte dabei eine signifikant höhere katalytische Aktivität als [Cu(iPr2Im)(Cl)] 15. Des Weiteren erwies sich KOtBu als einzige geeignete Base für diese Reaktion und Methylcyclohexan stellte sich als optimales Lösungsmittel heraus. Unter diesen optimierten Bedingungen lassen sich eine Vielzahl, sowohl elektronenreicher als auch elektronenarmer Arylchloride in die entsprechenden Arylboronsäureester in Ausbeuten von bis zu 80% überführen. Ein Mechanismus der Reaktion wurde postuliert, wonach zunächst ein Kupfer-Boryl-Komplex [Cu(L)(Bpin)] gebildet wird. Darauf folgt die Knüpfung einer C–B-Bindung durch eine σ-Bindungsmetathese mit dem Arylchlorid, wobei der gewünschte Arylboronsäureester und [Cu(L)(Cl)] gebildet wird. Im Folgenden reagiert [Cu(L)(Cl)] mit KOtBu zu [Cu(L)(OtBu)], wodurch durch Reaktion mit B2pin2 der Kupfer-Boryl-Komplex regeneriert wird.
Kapitel 4 beschreibt Untersuchungen zur übergangsmetallfreien Borylierung von Arylhalogeniden unter Verwendung von Lewis-Basen-Addukten von Diboran(4)-Verbindungen. Die Addukte des Typs Pyridin·B2cat2 18-19 und NHC·B2(OR)4 20-23 wurden weiter auf ihre Fähigkeiten hin untersucht, eine Boryleinheit auf ein Aryliodid zu übertragen. Ausschließlich Me2ImMe∙B2pin2 20 stellte sich hierbei als wirksam heraus. Die stöchiometrische Reaktion von 20 mit verschiedenartig substituierten Aryliodiden und -bromiden in Benzol bei erhöhten Temperaturen lieferte die gewünschten Arylboronsäureester in guten Ausbeuten. Interessanterweise wurde als Nebenreaktion eine von der Reaktionstemperatur abhängige C–C-Kupplung zwischen dem Arylhalogenid und dem Lösungsmittel (Benzol) beobachtet. Sowohl das C–C-Kupplungsnebenprodukt, als auch eine beobachtete Hydrodehalogenierung des Arylhalogenids deuten darauf hin, dass die Reaktion von radikalischer Natur sein könnte. Die Verfolgung der von Me2ImMe∙B2pin2 20 ausgehenden Boryltransferreaktion mittels ESR-Spektroskopie zeigte ein Signal, was auf einen Mechanismus mit Beteiligung eines Borradikals hinweist. Weitere Untersuchungen ergaben experimentelle Beweise für die Anwesenheit von Radikalen im Verlauf der Reaktion. Des Weiteren wurde das Boroniumkation [(Me2ImMe)2∙Bpin]+ 37  mit Iodid als Gegenion aus dem Reaktionsrückstand isoliert, was den Verbleib der zweiten Boryleinheit erklärt. Ein vorläufiger Mechanismus für den Boryltransfer von Me2ImMe∙B2pin2 20 auf Aryliodide wurde vorgeschlagen, wobei ein NHC–Bpin˙-Radikal als Schlüsselintermediat fungiert. Me2ImMe–Bpin˙ wird durch homolytische Spaltung der B–B-Bindung des Bis-NHC-Addukts (Me2ImMe)2∙B2pin2 gebildet, welches unter den gegebenen Reaktionsbedingungen in geringen Mengen in situ gebildet wird. Me2ImMe–Bpin˙ reagiert mit dem Aryliodid unter Rückgewinnung der Aromatizität zum gewünschten Arylboronsäureester. Im gleichen Schritt wird aus dem zweiten Äquivalent NHC–Bpin˙ ein NHC-stabilisiertes Iod-Bpin-Addukt als Zwischenprodukt gebildet. Dieses wird von einem weiteren NHC unter Bildung von [(Me2ImMe)2∙Bpin]+I- 37 koordiniert.
KW  - NHC-Nickel-Catalyst
KW  - NHC-Copper-catalyst
KW  - Borylation
KW  - Transition metal-free
KW  - Aryl Halides
KW  - Earth-Abundant Metal
KW  - N-Heterocyclic Carbenes
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-211499
ER  - 
TY  - THES
A1  - Eichhorn, Antonius
T1  - Copper(I) catalyzed borylation and cross-coupling reactions
T1  - Kupfer(I) katalysiert Borylierung und Kreuzkupplungen
N2  - The present thesis comprises synthesis and stoichiometric model reactions of well-defined NHC-stabilized copper(I) complexes (NHC = N-heterocyclic carbene) in order to understand their basic reactivity in borylation and cross-coupling reactions. This also includes the investigations of the reactivity of the ligands used (NHCs and CaaCs = cyclic alkyl(amino)carbenes) with the substrates, i.e. diboron(4) esters and arylboronates, which are addressed in the second part of the thesis.
N2  - Die dargelegte Arbeit gliedert sich in zwei Teile. In einem ersten wird die Synthese sowie stöchiometrische Modell-Reaktionen von definierten NHC-stabilisierten Kupfer(I)-Komplexen (NHC = N-heterocyclisches Carben) untersucht, um Einblick in das grundlegende Reaktionsverhalten in Borylierungs- und Kreuzkupplungsreaktionen zu erlangen. Der zweite Teil adressiert die Reaktivität der eingesetzten Liganden (NHCs und CaaCs = cyclische Alkyl Amino Carbene) gegenüber verwendeten sowie möglichen Substraten (Arylboronsäureester und Diboran(4)-Verbindungen).
KW  - Copper
KW  - Boron
KW  - Catalysis
KW  - Activation
KW  - BB/BC Bond activation
KW  - BB bond activation
KW  - BC bond activation
KW  - Copper catalysis
KW  - Kupfer katalyse
KW  - Bor
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-167332
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rauch, Florian
T1  - 1,3-Bis(trifluoromethyl)benzene: A Versatile Building Block for the Synthesis of New Boron-Containing Conjugated Systems
T1  - 1,3-Bis(trifluoromethyl)benzol: Ein vielseitiger Baustein für die Synthese neuer borhaltiger konjugierter Systeme
N2  - Chapter 1
Thermally activated delayed fluorescence (TADF) materials provide a strategy to improve external quantum efficiencies of organic light emitting diodes (OLEDs). Because of spin-statistics, 25% singlet and 75% triplet excitons are generated in an electronic device. Conventional organic emitters cannot harvest the triplet excitons, due to low spin orbit coupling, and exhibit low external quantum efficiencies. TADF materials have to be designed in such a way, that the energy gap between the lowest singlet and triplet states (ΔES-T) is sufficiently small to allow reverse intersystem crossing (rISC) in organic systems. An established structure property relationship for the generation of TADF materials is the spatial separation of HOMO and LUMO via an orthogonal arrangement of donor and acceptor in donor-π-acceptor (D-π-A) compounds. This is achieved by increasing the steric bulk of the π-bridge. However, this is not always the most efficient method and electronic parameters have to be considered. In a combined experimental and theoretical study, a computational protocol to predict the excited states in D-π-A compounds containing the B(FXyl)2 (FXyl = 2,6-bis(trifluoromethyl)phenyl) acceptor group for the design of new TADF emitters is presented. To this end, the effect of different donor and π-bridge moieties on the energy gaps between local and charge-transfer singlet and triplet states was examined. To prove the computationally aided design concept, the D-π-B(FXyl)2 compounds Cbz-π (1), Cbz-Meπ (2), Phox-Meπ (3), Phox-MeOπ (4), and MeO₃Ph-FMeπ (5) were synthesized and fully characterized. The photophysical properties of these compounds in various solvents, polymeric film and in a frozen matrix were investigated in detail and show excellent agreement with the computationally obtained data (Figure 5.1). A simple structure-property relationship based on the molecular fragment orbitals of the donor and the π-bridge which minimize the relevant singlet-triplet gaps to achieve efficient TADF emitters is presented.
 
Chapter 2
Three-coordinate boron is widely used as an acceptor in conjugated materials. In recent years the employment of trifluoromethylated aryls was shown to improve the acceptor properties of such boranes. Astonishingly, the use of ortho-trifluoromethylated aryls in boron containing systems also improves the stability of those systems in regard to their inherent reactivity towards nucleophiles. Borafluorenes are stronger acceptors than their non-annulated triarylborane derivatives. In previous studies, the effect of trifluoromethylated aryls as the exo-aryl moieties in borafluorenes, as well as the effect of fluorination on the backbone, were examined. As the latter suffers from a very low stability, systems using trifluoromethyl groups, both on the exo-aryl as well as the borafluorene backbone were designed in order to maximize both the stability as well as the acceptor strength.
Three different perfluoroalkylated borafluorenes were prepared and their electronic and photophysical properties were investigated. The systems have four trifluoromethyl moieties on the borafluorene moiety as well as two trifluoromethyl groups at the ortho positions of their exo-aryl moieties. They differ with regard to the para-substituents on their exo-aryl moieties, being a proton (FXylFBf), a trifluoromethyl group (FMesFBf) or a dimethylamino group (p NMe2-FXylFBf), respectively. Furthermore, an acetonitrile adduct of FMesFBf was obtained and characterized. All derivatives exhibit extraordinarily low reduction potentials, comparable to those of perylenediimides. The most electron deficient derivative FMesFBf was also chemically reduced and its radical anion isolated and characterized. Furthermore, the photophysical properties of all compounds were investigated. All compounds exhibit weakly allowed lowest energy absorptions and very long fluorescent lifetimes of ca. 250 ns up to 1.6 μs; however, the underlying mechanisms differ. The donor substituted derivative p-NMe2-FXylFBf exhibits thermally activated delayed fluorescence from a charge transfer (CT) state, while the FMesFBf and FXylFBf borafluorenes exhibit only weakly allowed locally excited (LE) transitions due to their symmetry and low transition dipole moments, as suggested by DFT and TD-DFT calculations.
 
Chapter 3
Conjugated dendrimers find wide application in various fields, such as charge transport/storage or emitter materials in organic solar cells or OLEDs. Previous studies on boron containing conjugated dendrimers are scarce and mostly employ a convergent synthesis approach, lacking a simple, generally applicable synthetic access. A new divergent approach was designed and conjugated triarylborane dendrimers were synthesized up to the 2nd generation. The synthetic strategy consists of three steps: 
1) functionalization, via iridium catalyzed C–H borylation; 
2) activation, via fluorination of the generated boronate ester with K[HF2] or [N(nBu)4][HF2]; and 
3) expansion, via reaction of the trifluoroborate salts with aryl Grignard reagents. 
The concept was also shown to be viable for a convergent approach. All but one of the conjugated borane dendrimers exhibit multiple, distinct and reversible reduction potentials, making them potentially interesting materials for applications in molecular accumulators (Figure 5.7).
Based on their photophysical properties, the 1st generation dendrimers exhibit good conjugation over the whole system. The conjugation does not further increase upon expansion to the 2nd generation, but the molar extinction coefficients increase linearly with the number of triarylborane sub-units, suggesting a potential application as photonic antennas.
 
Chapter 4
A surprisingly high electronically-driven regioselectivity for the iridium-catalyzed C–H borylation using [Ir(COD)OMe]2 (COD = 1,5-cyclooctadiene) as the precatalytic species, bis(pinacolato)diboron (B2pin2) as the boron source and 4,4’-ditertbutyl-2,2’-bipyridin (dtbpy) as the ligand of D-π-A systems with diphenylamino (1) or carbazolyl (2) moieties as the donor, bis(2,6-bis(trifluoromethyl)phenyl)boryl (B(FXyl)2) as the acceptor, and 1,4-phenylene as the π-bridge was observed. Under these conditions, borylation was observed only at the sterically least encumbered para-positions of the acceptor groups. As boronate esters are versatile building blocks for organic synthesis (C–C coupling, functional group transformations), the C–H borylation represents a simple potential method for post-functionalization by which electronic or other properties of D-π-A systems can be fine-tuned for specific applications. The photophysical and electrochemical properties of the borylated (1-(Bpin)2) and unborylated (1) diphenylamino-substituted D-π-A systems were investigated. Interestingly, the borylated derivative exhibits coordination of THF to the boronate ester moieties, influencing the photophysical properties and exemplifying the non-innocence of boronate esters.
N2  - Kapitel 1
Materialien mit thermisch aktivierter verzögerter Fluoreszenz (TADF) eröffnen einen Weg zur Verbesserung der externen Quanteneffizienz von organischen Leuchtdioden (OLEDs). Aufgrund der Spin-Statistik werden in einem elektronischen Bauelement 25% Singulett- und 75% Triplett-Exzitonen erzeugt. Konventionelle organische Emitter können Triplett-Exzitonen aufgrund ihrer geringen Spin-Bahnkopplung nicht nutzen und weisen niedrige externe Quanteneffizienzen auf. TADF-Materialien müssen so entworfen werden, dass die Energielücke zwischen dem niedrigsten Singulett- und dem niedrigsten Triplett-Zustand (ΔES T) ausreichend klein ist, um Rück-Interkombination (rISC) in organischen Systemen zu ermöglichen (Schema 5.1). Eine etablierte Struktur-Eigenschafts-Beziehung für die Erzeugung von TADF-Materialien ist die räumliche Trennung von HOMO und LUMO über eine orthogonale Anordnung von Donor und Akzeptor in Donor-π-Akzeptor-Verbindungen (D-π-A). Dies wird durch eine Vergrößerung des sterischen Anspruchs der π-Brücke erreicht. Dies ist jedoch nicht immer die effizienteste Methode und elektronische Parameter müssen berücksichtigt werden. In einer kombinierten experimentellen und theoretischen Studie wird ein Berechnungsprotokoll zur Vorhersage der angeregten Zustände in D-π-A-Verbindungen, die die Akzeptorgruppe B(FXyl)2 (FXyl = 2,6-Bis(trifluoromethyl)phenyl) enthalten, für das Design neuer TADF-Emitter vorgestellt. Zu diesem Zweck wurde die Wirkung verschiedener Donor- und π-Brückeneinheiten auf die Energielücken zwischen lokalen und ladungsübertragenden Singulett- und Triplett-Zuständen untersucht. Um das durch quantenchemische Rechnungen gestützte Designkonzept zu beweisen, wurden die D-π-B(FXyl)2-Verbindungen Cbz-π (1), Cbz-Meπ (2), Phox-Meπ (3), Phox-MeOπ (4) und MeO₃Ph-FMeπ (5) synthetisiert und vollständig charakterisiert. Die photophysikalischen Eigenschaften dieser Verbindungen in verschiedenen Lösungsmitteln, im Polymerfilm und in einer gefrorenen Glas-Matrix wurden im Detail untersucht und zeigen eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit den berechneten Daten. Eine einfache Struktur-Eigenschafts-Beziehung wird vorgestellt, die auf den molekularen Fragment-Orbitalen des Donors und der π-Brücke basiert, welche die relevanten Singulett-Triplett-Lücken minimieren, um effiziente TADF-Emitter zu erhalten.

 
Kaptiel 2
Dreifach koordiniertes Bor ist als Akzeptor in konjugierten Materialien weit verbreitet. In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass der Einsatz trifluoromethylierter Aromaten die Akzeptoreigenschaften solcher Borane verbessert. Erstaunlicherweise verbessert die Verwendung von ortho-trifluormethylierten Aromaten in borhaltigen Systemen auch die Stabilität dieser Systeme hinsichtlich ihrer inhärenten Reaktivität gegenüber Nukleophilen. Borafluorene sind von Natur aus stärkere Akzeptoren als ihre nicht benzannulierten Triarylboran-Derivate. In frühere Studien wurde bereits die Wirkung trifluormethylierter Aryle als exo-Aryl-Einheiten in Borfluororenen sowie die Auswirkung der Fluorierung auf das Rückgrat untersucht. Da letztere unter einer sehr geringen Stabilität leiden, wurden Systeme mit Trifluoromethylgruppen sowohl auf dem exo-Aromaten- als auch auf dem Borafluoren-Gerüst entwickelt, um sowohl die Stabilität als auch die Akzeptorstärke zu maximieren. Es wurden drei verschiedene perfluoralkylierte Borfluorene hergestellt und ihre elektronischen und photophysikalischen Eigenschaften untersucht. Die Systeme haben vier Trifluoromethylgruppen am Borafluoren-Gerüst sowie zwei Trifluoromethylgruppen an den ortho-Positionen ihrer exo-Aromaten. Sie unterscheiden sich in Bezug auf die para-Substituenten an ihren exo-Aromaten, die jeweils ein Proton (FXylFBf), eine Trifluormethylgruppe (FMesFBf) oder eine Dimethylaminogruppe (p NMe2 FXylFBf) sind. Des Weiteren wurde ein Acetonitril Addukt von FMesFBf isoliert und charakterisiert. Alle Derivate weisen außergewöhnlich niedrige Reduktionspotenziale auf, die mit denen von Perylendiimiden vergleichbar sind. Das elektronenärmste Derivat FMesFBf wurde ebenfalls chemisch reduziert und das korrespondierende radikalische Anion isoliert und charakterisiert. Eigenschaften aller Verbindungen untersucht. Alle Verbindungen weisen schwach erlaubte niederenergetischste Absorptionsmaxima, sowie sehr lange Fluoreszenzlebensdauern von ca. 250 ns bis zu 1,6 μs auf; die zugrunde liegenden Mechanismen, unterscheiden sich jedoch. Das donorsubstituierte Derivat p-NMe2-FXylFBf zeigt thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz aus einem Ladungstransfer-(CT-)Zustand, während die Borafluorene FMesFBf und FXylFBf aufgrund ihrer Symmetrie und niedriger Übergangsdipolmomente nur schwach erlaubte lokal angeregte (LE-)Übergänge aufweisen, wie aus DFT- und TD-DFT-Berechnungen hervorgeht.
 
Kapitel 3
Konjugierte Dendrimere finden breite Anwendung in verschiedenen Bereichen, wie z.B. als Ladungstransport/-speicher- oder Emittermaterialien in organischen Solarzellen oder OLEDs. Bisherige Studien über borhaltige konjugierte Dendrimere sind rar gesät und verwenden meist einen konvergenten Syntheseansatz, dem ein einfacher, allgemein anwendbarer synthetischer Zugang fehlt. Ein neuer divergenter Ansatz wurde entwickelt und konjugierte Triarylboran-Dendrimere wurden bis einschließlich zur zweiten Generation synthetisiert. Die Synthesestrategie besteht aus drei Schritten: 
1) Funktionalisierung durch Iridium-katalysierte C-H-Borylierung; 
2) Aktivierung durch Fluorierung des erzeugten Boronatesters mit K[HF2] oder [N(nBu)4][HF2]; und 
3) Expansion durch Reaktion der Trifluoroboratsalze mit Aryl-Grignard-Reagenzien.
Das Konzept erwies sich auch auf einen konvergenten Ansatz übertragbar. Bis auf eine Ausnahme weisen alle konjugierten Boran-Dendrimere mehrere, isolierte und reversible Reduktionsprozesse auf, was sie zu potenziell interessanten Materialien für die Anwendung in molekularen Akkumulatoren macht. Basierend auf ihren photophysikalischen Eigenschaften zeigen die Dendrimere der 1. Generation eine gute Konjugation über das gesamte System. Bei der Erweiterung der Systeme zur zweiten Generation nimmt die Konjugation nicht weiter zu. Allerdings steigen die molaren Extinktionskoeffizienten linear mit der Anzahl der Triarylboran-Untereinheiten, was auf eine Möglichkeit für die Anwendung als photonische Antennen hindeutet.
 
Kapitel 4
Es wurde eine überraschend hohe, elektronisch gesteuerte Regioselektivität für die Iridium-katalysierte C-H-Borylierung mit [Ir(COD)OMe]2 (COD = 1,5-Cyclooctadien) als präkatalytische Spezies, Bis(pinacolato)diboran (B2pin2) als Borquelle und 4,4'-Di-tert-butyl-2,2'-bipyridin (dtbpy) als Ligand von D-π-A-Systemen mit Diphenylamin (1) oder Carbazolyl (Cbz-π (1)) als Donoren, Bis(2,6-bis(trifluoromethyl)phenyl)boryl (B(FXyl)2) als Akzeptor und 1,4-Phenylen als π-Brücke beobachtet. Unter diesen Bedingungen wurde die Borylierung nur an den sterisch am wenigsten gehinderten para-Positionen der Akzeptorgruppen beobachtet. Da Boronatester vielseitige Bausteine für die organische Synthese sind (C-C-Kupplung, funktionelle Gruppentransformationen), stellt die  C–H-Borylierung eine einfache, potentielle Methode zur Funktionalisierung dar, mit der elektronische oder andere Eigenschaften von D-π-A-Systemen für spezifische Anwendungen fein abgestimmt werden können. Die photophysikalischen und elektrochemischen Eigenschaften der borylierten (1-(Bpin)2) und unborylierten (1) diphenylaminosubstituierten D-π-A-Systeme wurden untersucht. Interessanterweise weist das borylierte Derivat eine Koordination von THF an die Boronatester-Einheiten auf, was die photophysikalischen Eigenschaften beeinflusst und die Nicht-Unschuld der Boronatester veranschaulicht.
KW  - Triarylborane
KW  - Cyclovoltammetrie
KW  - Verzögerte Fluoreszenz
KW  - Trifluormethylphenylgruppe
KW  - Fotophysik
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-211478
ER  - 
TY  - THES
A1  - He, Jiang
T1  - Studies of N-heterocyclic olefins as donors in triarylboranes and electron-poor phenylpyridyl-fused boroles
T1  - Studien N-heterozyklischer Olefine als Donoren in Triarylboranen und Elektronenarmer Phenylpyridyl-fusionierter Borole
N2  - Chapter 1
N-Heterocyclic olefins (NHOs), relatives of N-heterocyclic carbenes (NHCs), exhibit high nucleophilicity and soft Lewis basic character. To investigate their π-electron donating ability, NHOs were attached to triarylborane π-acceptors (A) giving donor(D)-π-A compounds 1-3. In addition, an enamine π-donor analogue (4) was synthesized for comparison. 
UV-visible absorption studies show a larger red shift for the NHO-containing boranes than for the enamine analogue, a relative of a CAAC. The red shifted absorption of NHO-containing boranes indicate smaller energy gaps of NHO-containing boranes than CAAC-containing boranes. Solvent-dependent emission studies indicate that 1-4 have moderate intramolecular charge transfer (ICT) behavior.
Electrochemical investigations reveal that the NHO-containing boranes have extremely low reversible oxidation potentials (e.g., for 3, E1/2ox = –0.40 V vs. Fc/Fc+ in THF) which indicate the electron rich property of NHOs.
Furthermore, TD-DFT calculations were carried out on these four D-π-A boranes. The results show that the LUMOs of 1-4 only show a small difference, but the HOMOs of 1-3 are much more destabilized than that of the enamine-containing 4, which is in agreement with the electrochemical investigations and confirms the stronger donating ability of NHOs.

Chapter 2
Since the beginning of this century, the chemistry of (hetero)arene-fused boroles has attracted increasing interest. (Hetero)arene-fused boroles exhibit strong Lewis acidity, distinct fluorescence properties, strong electron accepting abilities, etc. However, their chemistry been only very briefly reviewed either as part of reviews on “free” boroles or on boron-doped polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). In this chapter, we addressed the chemistry of (hetero)arene-fused boroles from fundamentals to their widely varying applications. It includes:
1)	Synthetic methodology  Both historical and recently developed strategies for the synthesis of fused boroles.
2)	Stabilities  A comparison of different kinetic protection strategies.
3)	9-Borafluorenes with a fluorinated backbone  Application as Lewis acids, forming ion pairs with Cp2Zr(CH3)2 and applied as activators for polymerization, activators of H2, and other related applications.
4)	Donor-acceptor 9-borafluorenes  Applications as F– “turn on” sensors, potential applications as electron accepting units for organic (opto)electronics, bipolar transporting materials, TADF materials, and different functionalization strategies.
5)	Heteroarene-fused boroles  Enhanced antiaromaticity, unique coordination mode and their interesting properties.
6)	Intramolecular dative bonding in 9-borafluorenes  Bond-cleavage-induced intramolecular charge transfer (BICT), BICT-induced large Stoke shifts and dual emissions, application as a ratiometric sensor.
7)	9-Borafluorene-based main chain polymers  Application in polymer chemistry  and their distinct properties, e.g., as a sensor for gaseous NH3.
8)	Electrochemistry  A comparison of electron-accepting ability of different functionalized fused boroles through electrochemical studies.
9)	Chemical reduction of fused boroles  Stable radical anions and dianions of fused boroles and their properties.
10)	Three-coordinate borafluorenium cations  Cationic 9-borafluorenes and their interesting properties, e.g., in THF, reversible thermal colour switching properties.
Finally, a conclusion and outlook regarding the chemistry, properties and applications, and suggestions for areas which require further study was provided.
 
Chapter 3
Interested in fusing electron-poor arene onto boroles, two electron-poor phenylpyridyl-fused boroles, [TipPBB1]4 and TipPBB2 were prepared. [TipPBB1]4 is a white solid adopting a unique coordination mode, which forming a tetramer with a cavity in both the solid state and solution (1H DOSY). The boron center of TipPBB2 is 4-coordinate in the solid state, evidenced by a solid-state 11B{1H} RSHE/MAS NMR study, but the system dissociates in solution, leading to 3-coordinate borole species.
[TipPBB1]4 exhibits two reduction processes which are attributed to the phenylpyridyl cores. TipPBB2 also exhibits two reduction processes with the first half-reduction potential of E1/2red = –1.94 V. The electron accepting ability of TipPBB2 is largely enhanced and comparable to that of FMesBf. This enhanced electron accepting ability is attributed to the electron withdrawing property of the pyridyl group.
TipPBB2 exhibits concentration- and temperature-dependent dual fluorescence in solution. With the temperature is lowered, the emission intensity decreases (Figure 6.4, left). We suggested that the dual fluorescence is caused by an equilibrium between 3-coordinate TipPBB2 and a weak intermolecular adduct of TipPBB2 via a B–N bond. This hypothesis was further supported by lifetime measurements at different concentrations, low temperature excitation spectra  low temperature 1H NMR spectra and lifetime measurements upon addition of DMAP to a solution of TipPBB2 to simulate the 4-coordiante TipPBB2 species. Interestingly, the ratio of the relative percentages of the two lifetimes shows a linear relationship with temperature; thus, TipPBB2 could serve as a fluorescent thermometer.
Furthermore, theoretical studies were carried out on TipPBB2, and two models, ((BMe3)TipPBB1(NMe3) and (BMe3)TipPBB2(NMe3)), which utilize a BMe3 group as the Lewis acid coordinated to pyridine and an NMe3 group as the Lewis base coordinated to the boron center of the borole, were used to simulate the [TipPBB1]4 and intermolecular 4-coordinate TipPBB2, respectively. Theoretical studies indicate that the HOMO of TipPBB2 is located at the Tip group, which is in contrast to its borafluorene derivatives for which the HOMOs are located on the borafluorene cores.
Chapter 4
Two derivatives of phenylpyridyl-fused boroles were prepared via functionalization of the pyridyl groups in two different directions, namely an electron-rich dihydropyridine moiety (compound 10) and an electron-deficient N-methylpyridinium cation (compound 11). Both compounds were fully characterized. The 11B NMR signal of compound 10 was observed at 58.8 ppm in CDCl3, which suggests strong conjugation between the boron atom and dihydropyridine moiety. Compound 11 shows a reversible coordination to THF which was confirmed by NMR studies. Compared to other 2,4,6-triisopropylphenyl protected 9-borafluorenes which only coordinate to CH3CN or DMF, the coordination of the weaker and bulkier THF to compound 11 indicates an extremely electron-deficient  boron center in compound 11.
The electron-rich property of the dihydropyridine moiety of compound 10 was confirmed by its oxidation potential (Epc = +0.37 V). Due to the strong conjugation of the dihydropyridine moiety with the boron atom, the reduction potential of compound 10 shifts cathodically and is more negative than –2.5 V. Compound 11 exhibits three reduction processes with the first reversible reduction potential at Ered1/2 = –1.23 V, which is significantly anodically shifted compared to that of its precursor (TipPBB2) or its framework 1-methyl-2-phenylpyridin-1-ium triflate (12). This significantly anodically shifted reduction potential confirms an extremely electron-deficient property of compound 11.
Photophysical studies indicate that the lowest energy transition of compound 10 is more likely a locally-excited (LE) transition and compound 11 exhibits a polarized ground state.
Furthermore, we performed theoretical studies for both compounds. The electron cloud distribution of the HOMO of compound 10 supports the strong conjugation between the boron atom and the dihydropyridine moiety in the ground state. An extremely low LUMO energy was determined by theoretical studies which confirmed the extremely electron-deficient property of compound 11.
 
Chapter 5
Inspired by the enhancement of electron accepting ability with increasing numbers of electron withdrawing groups at boron, we tried to study the properties of a bis(pyridyl)arylboranes. In our attempt to synthesize a bis(pyridyl)arylborane, we obtained a bis(2-pyridyl)methoxyborate Li+ complex which is as a dimer both in solution and the solid state.
In the solid state, compound [16]2 is a dimer containing two bis(2-pyridyl)methoxyborate which are linked by two lithium cations. Each lithium cation coordinates to one methoxy group and two pyridyl groups, one from each of the two bis(2-pyridyl)methoxyborate anions. The parameters of [16]2 were compared with other bis(2-pyridyl)methoxyborate stabilized Pt(IV) complex, bis(2-pyridyl)hydroxylborate stabilized Ru(II) complex and the dimer of EtAl(OMe)(2-pyridyl)2Li.
To confirm the coordination mode in solution, 1H DOSY spectroscopy was carried out in CD2Cl2. The van der Waals radius obtained by 1H DOSY nicely matches with the result from the solid state and thus proves the dimer of 16 is persistent in solution.
Finally, different Lewis acids (e.g., TMSCl, BF3•Et2O, AlCl3, HCl) were used to attempt to detach the methoxy group of [16]2. However, we observed either decomposition or selective cleavage of the Tip group, or no reaction at all, rather than cleavage of the methoxy group from boron.
N2  - 1 Kapitel 1
N-Heterocyclische Olefine (NHOs) sind Verwandte der N-heterocyclischen Carbene (NHCs) und weisen eine hohe Nukleophilie sowie einen weichen Lewis-Grundcharakter auf. Um ihre Fähigkeit als π-Elektronendonor zu untersuchen, wurden diese NHOs an π-Triarylboran-Akzeptoren (A) gebunden, wodurch die Donor(D)-π-A-Verbindungen 1-3 erhalten wurden. Zusätzlich wurde zum Vergleich das Enamin π-Donoranalogon (4) synthetisiert.
Studien zur UV/Vis-Absorption zeigen für die NHO-haltigen Borane eine stärkere Rotverschiebung als für das Enamin-Analogon, welches ein Verwandter von CAACs ist. Die rotverschobene Absorption der NHO-haltigen Borane weist auf kleinere Energielücken bei den NHO-haltigen Boranen als bei den CAAC-haltigen Boranen hin. Des Weiteren zeigen Lösungsmittel-abhängige Emissionsstudien, dass die Verbindungen 1-4 ein moderates intramolekulares Ladungstransfer(ICT)-Verhalten aufweisen.
Elektrochemische Untersuchungen zeigen, dass die NHO-haltigen Borane extrem niedrige reversible Oxidationspotentiale aufweisen (z.B. für 3, E1/2ox = –0,40 V vs. Fc/Fc+ in THF), was auf die elektronenreiche Eigenschaft der NHOs hinweist.
Darüber hinaus wurden TD-DFT-Berechnungen für diese vier D-π-A-Borane durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die jeweiligen LUMOs von 1-4 nur einen geringen Unterschied zueinander aufweisen, die HOMOs von 1-3 jedoch viel stärker destabilisiert sind als die des enaminhaltigen 4, was mit den elektrochemischen Untersuchungen übereinstimmt und die stärkere Donorfähigkeit der NHOs bestätigt.

2 Kapitel 2
Seit Beginn dieses Jahrhunderts hat die Chemie von (Hetero)aren-kondensierten Borolen zunehmendes Interesse geweckt. (Hetero)aren-kondensierte Borole weisen eine starke Lewis-Acidität, ausgeprägte Fluoreszenzeigenschaften, starke Elektronenakzeptor-fähigkeiten, etc. auf. Ihre Chemie wurde jedoch bislang nur wenig untersucht und es gibt kaum Übersichten zu ihren Eigenschaften, entweder als Teil von Übersichtsarbeiten über "freie" Borole oder über bordotierte polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). In diesem Kapitel wird die Chemie von (Hetero)aren-kondensierten Borolen von den Grundlagen bis zu ihren sehr unterschiedlichen Anwendungen behandelt. Es umfasst:
1)	Synthetische Methoden  Sowohl historische als auch kürzlich entwickelte Strategien für die Synthese von kondensierten Borolen.
2)	Stabilitäten  Ein Vergleich verschiedener kinetischer Schutzstrategien.
3)	9-Borafluorene mit fluoriertem Rückgrat  Anwendung als Lewis-Säure, Bildung von Ionenpaaren mit Cp2Zr(CH3)2 und Anwendung als Aktivatoren für die Polymerisation, Aktivatoren von H2 und andere verwandte Anwendungen.
4)	Donor-Akzeptor 9-Borafluorene  mögliche Anwendungen als F– "Einschalt"-Sensoren, als elektronenakzeptierende Einheit für die organische (Opto-)Elektronik, bipolare Transportmaterialien, TADF-Materialien und verschiedene Funktionalisierungsstrategien.
5)	Heteroaren-kondensierte Borole  Gesteigerte Antiaromatizität, einzigartiger Koordinationsmodus und interessante Eigenschaften.
6)	Intramolekulare dative Bindung in 9-Borafluorenen  Bindungsbruch-induzierter intramolekularer Ladungstransfer (BICT), BICT-induzierte große Stokes-Verschiebungen und duale Emissionen, Anwendung als ratiometrischer Sensor.
7)	9-Borafluoren-basierte Hauptkettenpolymere  Anwendung in der Polymerchemie und deren charakteristische Eigenschaften, z.B. als Sensoren für gasförmiges NH3.
8)	Elektrochemie  Ein Vergleich der Elektronenakzeptorfähigkeit unterschiedlicher funktionalisierter kondensierter Borole durch elektrochemische Untersuchungen.
9)	Chemische Reduktion von kondensierten Borolen  Stabile Radikalanionen und Dianionen von kondensierten Borolen und deren Eigenschaften.
10)	Dreifach koordinierte Borafluorenium-Kationen  Kationische 9-Borafluorene und ihre spannenden Eigenschaften, wie z.B. die reversible thermische Schaltbarkeit durch Farbe in THF.
Am Ende des Kapitels werden Schlussfolgerungen gezogen und ein Ausblick zur weiteren Chemie, etwaigen Eigenschaften sowie möglichen Anwendungen gegeben. Ferner werden Vorschläge zu Feldern gemacht, die weitere Untersuchungen bedürfen. 

3 Kapitel 3
Um elektronenarme Arene mit Borolen zu kondensieren, wurden zwei elektronenarme Phenylpyridyl-kondensierte Borole, [TipPBB1]4 und TipPBB2, hergestellt. [TipPBB1]4 ist ein weißer Feststoff, der einen einzigartigen Koordinationsmodus aufweist. Sowohl im Festkörper als auch in Lösung (1H DOSY) liegt ein Tetramer mit einem Hohlraum vor. Das Borzentrum von TipPBB2 ist im Festkörper 4-fach koordiniert, was durch ein Festkörper 11B{1H} nachgewiesen wurde. RSHE/MAS-NMR-Studien zeigten aber, dass das System in Lösung dissoziiert, was zu einer 3-fach koordinierten-Borolspezies führt.
[TipPBB1]4 zeigt zwei Reduktionsprozesse, die den Phenylpyridylkernen zugeschrieben werden. TipPBB2 zeigt ebenfalls zwei Reduktionsprozesse mit dem ersten Halb- Reduktionspotential von E1/2red. = –1,94 V. Die Elektronenakzeptorfähigkeit von TipPBB2 ist somit weitgehend verbessert und mit der von FMesBf vergleichbar. Diese verbesserte Elektronenakzeptorfähigkeit ist auf den elektronenziehenden Effekt der Pyridylgruppe zurückzuführen.
TipPBB2 zeigt konzentrations- und temperaturabhängige duale Fluoreszenz in Lösung. Mit sinkender Temperatur nimmt die Emissionsintensität ab. Es liegt die Vermutung nahe, dass die duale Fluoreszenz durch ein Gleichgewicht zwischen 3-fach koordinierten-TipPBB2 und einem schwachen intermolekularen Addukt von TipPBB2 über eine B–N-Bindung verursacht wird. Diese Hypothese wurde durch Lebenszeitmessungen bei verschiedenen Konzentrationen, Niedrigtemperatur-Anregungsspektren, Niedrigtemperatur-1H-NMR-Spektren und Lebenszeitmessungen nach Zugabe von DMAP zu einer Lösung von TipPBB2 zur Simulation der 4-fach koordinierten-TipPBB2-Spezies weiter untermauert. Interessanterweise zeigt das Verhältnis der relativen Prozentsätze der beiden Lebenszeiten eine lineare Beziehung mit der Temperatur; daher könnte TipPBB2 als Fluoreszenzthermometer dienen.
Darüber hinaus wurden theoretische Studien zu TipPBB2 durchgeführt und zwei Modellverbindungen ((BMe3)TipPBB1(NMe3) und (BMe3)TipPBB2(NMe3)) wurden untersucht, um [TipPBB1]4 bzw. das intermolekular-4-fach koordinierte TipPBB2 zu simulieren. Die BMe3-Gruppe koordiniert als Lewis-Säure an Pyridin und die NMe3-Gruppe als Lewis-Base an das Borzentrum des Borols. Die theoretischen Studien weisen darauf hin, dass das HOMO von TipPBB2 an der Tip-Gruppe lokalisiert ist, was im Gegensatz zu den entsprechenden Borafluoren-Derivaten steht, bei denen sich die HOMOs auf den Borafluoren-Kernen befinden.

4 Kapitel 4
Zwei Derivate von Phenylpyridyl-kondensierten Borolen wurden durch Funktionalisierung der Pyridylgruppe an zwei unterschiedlichen Positionen hergestellt, zum einen eine elektronenreiche Dihydropyridin-Einheit (Verbindung 10) und zum anderen ein elektronenarmes N-Methylpyridinium-Kation (Verbindung 11). Beide Verbindungen wurden vollständig charakterisiert. Das 11B-NMR-Signal von Verbindung 10 wurde bei 58,8 ppm in CDCl3 beobachtet, was auf eine starke Konjugation zwischen dem Boratom und der Dihydropyridin-Einheit schließen lässt. Verbindung 11 zeigt eine reversible Koordination zu THF, was durch NMR-Studien bestätigt wurde. Im Vergleich zu anderen 2,4,6-Triisopropylphenyl-geschützten 9-Borafluorenen, die nur an CH3CN oder DMF koordinieren, weist die Koordination des schwächeren und voluminöseren THF zu Verbindung 11 auf ein extrem elektronenarmes Borzentrum in Verbindung 11 hin.
Der Elektronenreichtum der Dihydropyridin-Einheit von Verbindung 10 wurde durch sein Oxidationspotential (Epc = +0,37 V) bestätigt. Aufgrund der starken Konjugation des Dihydropyridinteils mit dem Boratom verschiebt sich das Reduktionspotential von Verbindung 10 kathodisch und ist negativer als –2,5 V. Verbindung 11 zeigt drei Reduktionsprozesse mit dem ersten reversiblen Reduktionspotential bei Ered1/2 = –1,23 V, das im Vergleich zu dem der Vorstufe (TipPBB2) oder ihres Gerüstes 1-Methyl-2-phenylpyridin-1-ium-Triflat (12) signifikant anodisch verschoben ist. Dieses signifikant anodisch verschobene Reduktionspotential bestätigt das Elektronendefizit von Verbindung 11.
Photophysikalische Studien zeigen, dass der niedrigste Energieübergang von Verbindung 10 eher ein lokal angeregter (LE) Übergang ist und Verbindung 11 einen polarisierten Grundzustand aufweist.
Darüber hinaus wurden für beide Verbindungen theoretische Studien durchgeführt. Die Elektronenverteilung des HOMO von Verbindung 10 belegt die starke Konjugation zwischen dem Boratom und der Dihydropyridin-Einheit im Grundzustand. Eine sehr niedrige LUMO-Energie wurde durch theoretische Studien ermittelt, die das Elektronendefizit von Verbindung 11 bestätigt.

5 Kapitel 5
Inspiriert durch die zunehmende Elektronenakzeptorfähigkeit mit wachsender Anzahl elektronenziehender Gruppen am Boratom versuchten wir, die Eigenschaften eines Bis(pyridyl)arylborans zu untersuchen. Bei unserem Versuch, ein Bis(pyridyl)arylboran zu synthetisieren, erhielten wir jedoch einen Bis(2-pyridyl)methoxyborat-Li+-Komplex, der als Dimer sowohl in Lösung als auch im festen Zustand vorliegt.
Im Festkörper ist die Verbindung [16]2 ein Dimer, das zwei Bis(2-pyridyl)methoxyborat-Einheiten enthält welche durch zwei Lithiumkationen verbunden sind. Jedes Lithiumkation koordiniert an eine Methoxygruppe und an zwei Pyridylgruppen, jeweils eine von jedem der beiden Bis(2-pyridyl)methoxyborat-Anionen. Die Parameter von [16]2 wurden mit anderen Bis(2-pyridyl)methoxyborat-stabilisierten Pt(IV)-Komplexen, Bis(2-pyridyl)hydroxylborat-stabilisierten Ru(II)-Komplexen und dem Dimer von EtAl(OMe)(2-pyridyl)2Li verglichen.
Um den Koordinationsmodus in Lösung zu bestätigen, wurde eine 1H-DOSY-Studie in CD2Cl2 durchgeführt. Der aus den Daten ermittelte van-der-Waals-Radius stimmt gut mit dem Ergebnis aus den Festkörperuntersuchungen überein und beweist somit, dass das Dimer von 16 in Lösung persistent ist.
Schließlich wurde mit verschiedenen Lewis-Säuren (z.B. TMSCl, BF3•Et2O, AlCl3, HCl) versucht, die Methoxygruppe von [16]2 abzuspalten. Wir beobachteten jedoch entweder eine Zersetzung oder selektive Abspaltung der Tip-Gruppe oder gar keine Reaktion und nicht die Abspaltung der Methoxy-Gruppe von Bor.
KW  - Triarylborane
KW  - Borole
KW  - Pyridinderivate
KW  - Heterocyclische Verbindungen
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-217175
ER  - 
TY  - THES
A1  - Berger, Sarina Maria
T1  - Influence of Charge and Its Distribution on Biological Applications of Bis-Triarylboranes and Preliminary Investigations on H\(_2\)O\(_2\)-Cleavable Aryl Boronate Esters
T1  - Einfluss der Ladung und ihrer Verteilung auf biologische Anwendungen von bis-Triarylboranen und vorläufige Untersuchungen von mit H\(_2\)O\(_2\) spaltbaren Arlyborsäureestern
N2  - This dissertation describes the synthesis of an unsymmetrically-substituted triarylborane. This term describes a three-coordinate boron atom that is bound to three different aromatic systems, namely 2,6-dimethylphenyl, mesityl, and 4-(N,N-dimethylamino)-2,6-dimethylphenyl. It is also demonstrated that the amine functionality can be converted with methyl triflate into an ammonium moiety. The investigation of photophysical and electrochemical properties of this compound in comparison with the non-aminated and di-aminated analogues of the triarylborane is described besides other investigations of e. g. singlet oxygen sensitization, rotational barriers, and fundamental DFT calculations. Based on these investigations, selectively mono-, bis- and tris-dimethylamino- and trimethylammonium-substituted bis-triarylborane bithiophene chromophores were synthesized and their photophysical, and electrochemical properties were investigated together with the water solubility and singlet oxygen sensitizing efficiency of the cationic compounds Cat1+, Cat2+, Cat(i)2+, and Cat3+. Comparing these properties with the results obtained for the mono-triarylboranes reveals a large influence of the bridging unit on the investigated properties of the bis-triarylboranes. In addition, the interaction of the cationic bis-triarylboranes with different polynucleotides were investigated in buffered solutions as well as the ability of these selectively charged compounds to enter and localize within organelles of human lung carcinoma and normal lung cells. All these investigations demonstrate that the number of charges and their distribution influences the interactions and staining properties as well as most of the other properties investigated.
In addition, preliminary investigations on H2O2-cleavable boronate esters in the presence of stochiometric amounts of H2O2 are described for three different aryl boronate esters.
N2  - In dieser Doktorarbeit wird die Synthese eines unsymmetrisch subsitutierten Triarylborans beschrieben. Dieser Ausdruck beschreibt ein dreifach koordiniertes Boratom, das an drei unterschiedliche Aromaten, hier 2,6-Dimethylphenyl, Mesityl, and 4-(N,N-Dimethylamino)-2,6-dimethylphenyl, gebunden ist. Es wird gezeigt, dass die Aminofunktionalität durch Methyltriflat in eine Amminoeinheit überführt werden kann. Die Untersuchung der photophysikalischen und elektrochemischen Eigenschaften dieser Verbindung im Vergleich zu den nicht-aminierten und di-aminierten Analoga des Triarylborans ist beschrieben ebenso wie beispielsweise die Untersuchungen der Bildung von Singulet Sauerstoff, der Rotationsbarrieren und fundamentale DFT Berechnungen. Basierend auf diesen Untersuchungen wurden genau einfach, zweifach und dreifach Dimethylamino- und Trimethylammonium-substituierte Chromophore hergestellt und deren photophysikalische und elektrochemische Eigenschaften untersucht, zusammen mit der Wasserlöslichkeit und der Bildung von Singulet Sauerstoff der kationischen Verbindungen Cat1+, Cat2+, Cat(i)2+ und Cat3+. Der Vergleich dieser Eigenschaften mit den Ergebnissen der mono-Triarylborane zeigt den großen Einfluss der Brücke auf die untersuchten Eigenschaften der bis-Triarylborane. Zusätzlich wurden die Wechselwirkungen der kationischen bis-Triarlyborane mit unterschiedlichen Polynukeotiden in Pufferlösungen zusammen mit deren Fähigkeit in Lungenkrebs- und Lungenzellen zu gelangen und sich in bestimmten Organellen darin anzulagern. Diese Untersuchungen zeigen, dass die Anzahl und Verteilung der Ladungen nicht nur die Wechselwirkungen und intrazelluläre Lokalisation beeinflussen, sondern auch fast alle übrigen untersuchten Eigenschaften.
Zusätzlich sind erste Untersuchungen von drei H2O2-spaltbaren Borsäureestern in der Gegenwart von stöchiometrischen Mengen Wasserstoffperoxid gezeigt.
KW  - Triarylborane
KW  - Polynucleotide
KW  - Borsäureester
KW  - Wasserstoffperoxid
KW  - Singlet Oxygen
KW  - Luminescence
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-243147
ER  - 
TY  - THES
A1  - Liu, Xiaocui
T1  - Catalytic Triboration and Diboration of Terminal Alkynes
T1  - Katalytische dreifach und zweifach Borylierung von terminalen Alkinen
N2  - Chapter two reports the catalytic triboration of terminal alkynes with B2pin2 using readily available Cu(OAc)2 and PnBu3. Various 1,1,2-triborylalkenes, a class of compounds which have been demonstrated to be potential Matrix Metalloproteinase-2 (MMP-2) inhibitors, are obtained directly in moderate to good yields. The process features mild reaction conditions, broad substrate scope, and good functional group tolerance were observed. This Cu-catalyzed reaction can be conducted on a gram scale to produce the corresponding 1,1,2-triborylalkenes in modest yields. The utility of these products is demonstrated by further transformation of the C-B bonds to prepare gem-dihaloborylalkenes (F, Cl, Br), monohalodiborylalkenes (Cl, Br), and trans-diaryldiborylalkenes, which serve as important synthons and have previously been challenging to prepare.

A convenient and efficient one step synthesis of 1,1,1-triborylalkanes was achieved via sequential dehydrogenative borylation and double hydroboration of terminal alkynes with HBpin (HBpin = pinacolborane) catalyzed by inexpensive and readily available Cu(OAc)2. This protocol proceeded under mild conditions, furnishing 1,1,1-tris(boronates) with wide substrate scope, excellent selectivity and good functional group tolerance, and is applicable to gram-scale synthesis without loss of yield. The 1,1,1-triborylalkanes can be used in the preparation of α-vinylboronates and borylated cyclic compounds, which are valuable but previously rare compounds. Different alkyl groups can be introduced stepwise via base-mediated deborylative alkylation to produce racemic tertiary alkyl boronates, which can be readily transformed into useful tertiary alcohols.

Chapter 4 reported a NaOtBu-catalyzed mixed 1,1-diboration of terminal alkynes with an unsymmetrical diboron reagent BpinBdan. This Brønsted base-catalyzed reaction proceeds in a regio- and stereoselective fashion affording 1,1-diborylalkenes with two different boryl moieties in moderate to high yields, and is applicable to gram-scale synthesis without loss of yield or selectivity. Hydrogen bonding between the Bdan group and tBuOH is proposed to be responsible for the observed stereoselectivity. The mixed 1,1-diborylalkenes can be utilized in stereoselective Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions.
N2  - Multiboryl-Verbindungen sind von entscheidender Bedeutung für die moderne Chemie in Form von bioaktiven Wirkstoffen und Synthesebausteinen. Der Einsatz von Monoboronaten und Bisboronaten in der organischen Synthese ist von steigendem Interesse. Triboronate hingegeben werden eher selten verwendet, sind aber von potentiellem Interesse. Effiziente Methoden zur Darstellung von 1,1,2-Triborylalkenen und 1,1,1-Triborylalkanen sind in Kapitel 2 und Kapitel 3 gezeigt. Außerdem stellen gemischte 1,1-Diborylalkene einen wichtigen Synthesebaustein in der stereoselektiven Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplung dar. Eine einfache und effiziente Methode für die Synthese von gemischten 1,1-Diborylalkenen durch Diborierung terminaler Alkine mit BpinBdan ist in Kapitel 4 vorgestellt.

Kapitel 2 zeigt die katalytische Triborierung von terminalen Alkinen mit B2pin2 in Anwesenheit von einfach zugänglichem Cu(OAc)2 and PnBu3 (Schema S-1). Verschiedene 1,1,2-Tris(boryl)alkene konnten in mäßigen bis guten Ausbeuten erhalten werden (22 Beispiele, bis zu 74% Ausbeute). Die Syntheseroute zeichnet sich durch milde Reaktionsbedingungen, ein breites Substratspektrum und eine gute Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen aus. Diese Cu-katalysierte Reaktion kann außerdem im Gramm- Maßstab durchgeführt werden, wobei das entsprechende 1,1,2-Triborylalken in mäßigen Ausbeuten (48% Ausbeute) erhalten wurde.

Um Einblick in den Reaktionsmechanismus zu erhalten, wurden Kontrollexperimente durchgeführt. Das Kontrollexperiment und die Verfolgung des Reaktionsverlaufs mittels in situ 19F NMR Spektroskopie deuten darauf hin, dass es sich bei dem Alkinylboronat (2-4) um ein Zwischenprodukt im Katalysezyklus handelt (Schema S-2). Der mögliche Mechanismus dieser Kupfer-katalysierten Triborierung von terminalen Alkinen umfasst zwei Prozesse: Die dehydrierende Borierung terminaler Alkine and die Diborierung von Alkinylboronaten.

Der synthetische Nutzen dieser Verbindungen ist anhand weiterer Transformationen der C-B-Bindungen zur Darstellung geminaler Dihalogenborylalkene (2-7, 2-9 und 2-11), Monohalogenborylalkene (2-8 und 2-10) und trans-Diaryldiborylalkene (2-6) demonstriert (Schema S-3), welche bedeutende Synthesebausteine darstellen und bislang nur schwer zugänglich waren.

In Kapitel 3 wurde eine praktische und effiziente Eintopf-Synthese zur Darstellung von 1,1,1-Triborylalkanen, durch Triborierung von terminalen Alkinen mit HBpin in Anwesenheit von 10 mol-% Cu(OAc)2, demonstriert (Schema S-4). Ein großes Spektrum an Aryl- und Alkylalkinen konnte in mäßigen bis hohen Ausbeuten (38 Beispiele, bis zu 93% Ausbeute) in die entsprechenden 1,1,1-Triborylalkane überführt werden. Die Reaktion lässt sich außerdem erfolgreich im Gramm-Maßstab durchführen (87% Ausbeute). Der Katalysezyklus umfasst höchstwahrscheinlich eine Cu-katalysierte sequenzielle, dehydrierende Borierung und zweifache Hydroborierung von terminalen Alkinen. Die Rolle des Alkinylboronats (3-4a), welches aus der dehydrierenden Borierung als Schlüsselintermediat hervorgeht, wurde mithilfe des in Schema S-5 (eq 1) gezeigten Kontrollexperiments demonstriert. Desweiteren zeigte die in situ Verfolgung der Reaktion mit 2 Äquivalenten HBpin mittels GCMS die Bildung von Zwischenprodukt 3-5a im Anfangsstadium der Reaktion (6 h). Bei Zugabe von 2 weiteren Äquivalenten HBpin zur Reaktion, konnte 3-2a in 85% Ausbeute, durch Hydroborierung von Zwischenprodukt 3-5a nach 18 h, erhalten werden (Schema S-5, eq 2). Dies deutet darauf hin, dass es sich bei dem 1,1-Diborylalken (3-5a) um ein Zwischenprodukt im Katalysezyklus handelt. Wir konnten zeigen, dass 1,1,1-Triborylalkane bedeutende Syntheseintermediate zur Ausbildung von carbozyklischen Organoboronaten und α-Vinylboronaten (Schema S-6, eq 1) repräsentieren, welche mit den bislang bekannten Methoden nur schwer zugänglich waren. Eine stufenweise, deborylierende Funktionalisierung von 1,1,1-Triborylalkanen ergab einen unsymmetrischen tertiären Alkohol (Schema S-6, eq 2).

In Kapitel 4 ist eine einfache und atomökonomische Route für die gemischte Borierung von terminalen Alkinen mit dem unsymmetrischen Diboran BpinBdan demonstriert, katalysiert durch kostengünstiges und einfach zugängliches NaOtBu (Schema S-7). Verschiedene 1,1-Diborylacrylate und 1,1-Diborylacrylamide mit zwei unterschiedlichen Bor-Substituenten, welche bislang schwer darzustellen waren, konnten in mäßigen bis hohen Ausbeuten und mit hohen Stereoselektivitäten erhalten werden (14 Beispiele). Die beobachtete Stereoselektivität ist vermutlich auf Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Bdan und tBuOH zurückzuführen. Die Produkte fanden weiter Anwendung in der stereoselektiven Synthese von trisubstituierten Olefinen. Suzuki-Miyaura Kreuzkupplungen wurden ausschließlich an der Bpin-Position beobachtet (Schema S-8). Zusammenfassend, konnte eine Vielzahl an Borierungen zur Darstellung von 1,1,2-Triborylalkenen, 1,1,1-Triborylalkanen und gemischten 1,1-Diborylalkenen durch Cu- oder Basen-katalysierte Borierung von terminalen Alkinen vorgestellt werden, welche einfach zugängliche Startmaterialien darstellen. Der synthetische Nutzen von Di- oder Triboronaten konnte anhand sehr präziser Synthesen von gewissen interessanten Zielverbindungen verdeutlicht werden.
KW  - Boration
KW  - Cross-coupling
KW  - Catalysis
KW  - Borylierung
KW  - Alkine
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192537
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ming, Wenbo
T1  - Synthesis of α‑Aminoboronates and PBP Pincer Palladium Boryl Complexes
T1  - Synthese von α-Aminoboronaten und PBP-Pincer-Palladium-Boryl-Komplexen
N2  - The first Borono-Strecker reaction has been developed to synthesize α-aminoboronates via a multicomponent reaction of readily available carbonyl compounds (aldehydes and ketones), amines and B2pin2. The preparation of α-amino cyclic boronates can be achieved via multicomponent coupling of salicylaldehydes, amines, and B2(OH)4. In addition, the diazaborole-based PBP pincer palladium chloride and the diazaborole-based PBP pincer palladium trifluoromethanesulfonate complexes were synthesized and fully characterized for the first time, and used as catalysts for Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions.
N2  - Wurde die erste Borono-Strecker Reaktion zur Synthese von α-Aminoboronaten, mittels einer Multikomponenten-Reaktion aus leicht zugänglichen Carbonylverbindungen (Aldehyde und Ketone), Aminen und B2pin2, entwickelt. Außerdem gelang die Darstellung von zyklischen α-Aminoboronaten durch Multikomponenten-Kupplung von leicht zugänglichen Salicylaldehyden, Aminen und B2(OH)4. Des Weiteren wurde der Diazaborol-basierte PBP Pincer Palladium Chlorid Komplex und der Diazaborol-basierte PBP Pincer Palladium Trifluoromethylsulfonat Komplex erstmalig synthetisiert, vollständig charakterisiert und als Katalysator für Suzuki-Miyaura Kreuzkupplungen eingesetzt.
KW  - borylation
KW  - α-aminoboronates
KW  - PBP pincer palladium complexes
KW  - cross-coupling
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-198323
ER  - 
TY  - THES
A1  - Huang, Mingming
T1  - C–S Bond Borylation and Diborylation of Alkyl Halides, Tosylates, and Alcohols
T1  - Borylierung und Diborylierung von C–S-Bindungen von Alkylhalogeniden, Tosylaten und Alkoholen
N2  - Alkylboronates play an important role in synthetic chemistry, materials science and drug discovery. They are easy to handle due to their good air and moisture stability, and can be readily employed to form carbon–carbon and carbon–heteroatom bonds and can be converted to various functional groups under mild reaction conditions. Compared with conventional groups, such as aryl (pseudo)halides or alcohols, organosulfur compounds represent an alternative and complimentary substitute in coupling reactions. The construction of C–B bond from C–SO bond of aryl sulfoxide is presented in Chapter 2. The selective cleavage of either alkyl(C)-sulfonyl or aryl(C)-sulfonyl bonds of an aryl alkyl sulfone via Cu-free or Cu-mediated processes generates the corresponding boronate esters, which are presented in Chapter 3 and Chapter 4. 1,2-Bis(boronate esters) are emerging as important synthetic intermediates for preparing 1,2-difunctional compounds. In addition, the boryl moieties in different environments in a 1,2-bis(boronate ester) can be differentiated and converted selectively, allowing the synthesis of a wide variety of complex molecules. A direct and selective diboration of C–X and C–O bonds for the preparation of 1,2-bis(boronate esters) is presented in Chapter 5.
N2  - Alkylboronate spielen eine wichtige Rolle in der Synthesechemie, den Materialwissenschaften und der Wirkstoffforschung. Sie sind aufgrund ihrer guten Luft- und Feuchtigkeitsstabilität einfach zu handhaben und können leicht zur Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Heteroatom-Bindungen verwendet und unter milden Reaktionsbedingungen in verschiedene funktionelle Gruppen umgewandelt werden. Gegenüber herkömmlichen Gruppen wie Aryl(Pseudo)halogeniden oder Alkoholen stellen Organoschwefelverbindungen einen alternativen und komplementären Ersatz bei Kupplungsreaktionen dar. Der Aufbau einer C–B-Bindung aus einer C–SO-Bindung von Arylsulfoxid wird in Kapitel 2 vorgestellt. Die selektive Spaltung von entweder Alkyl(C)-Sulfonyl- oder Aryl(C)-Sulfonyl-Bindungen eines Arylalkylsulfons über Cu-freie oder Cu-vermittelte Prozesse erzeugen die entsprechenden Boronatester und werden in Kapitel 3 und Kapitel 4 vorgestellt. 1,2-Bis(Boronatester) entwickeln sich als wichtige Synthesezwischenprodukte zur Herstellung von 1,2-difunktionellen Verbindungen. Darüber hinaus können die Boryleinheiten in verschiedenen Umgebungen in einem 1,2-Bis(boronatester) differenziert und selektiv umgewandelt werden, was die Synthese einer Vielzahl komplexer Moleküle ermöglicht. Eine direkte und selektive Diborierung von C–X- und C–O-Bindungen zur Herstellung von 1,2-Bis(boronatestern) wird in Kapitel 5 vorgestellt.
KW  - borylation
KW  - borys
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-257186
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wu, Zhu
T1  - Room Temperature Phosphorescence (RTP): Experimental And Theoretical Studies on Boron-Containing Materials
T1  - Raumtemperaturphosphoreszenz (RTP): Experimentelle und theoretische Studien zu borhaltigen Materialien
N2  - Persistent room temperature phosphorescent (RTP) luminophores have gained remarkable interest recently for a number of applications in security printing, OLEDs, optical storage, time-gated biological imaging and oxygen sensors. We report the first persistent RTP with lifetimes up to 0.5 s from simple triarylboranes which have no lone pairs. We also have prepared 3 isomeric (o, m, p-bromophenyl)-bis(2,6-dimethylphenyl)boranes. Among the 3 isomers (o-, m- and p-BrTAB) synthesized, the ortho-one is the only one which shows dual phosphorescence, with a short lifetime of 0.8 ms and a long lifetime of 234 ms in the crystalline state at room temperature. At last, we checked the RTP properties from the boric acid. We found that the pure boric acid does not show RTP in the solid state.
N2  - In letzter Zeit haben Luminophore, die eine effiziente Raumtemperatur-Phosphoreszenz (RTP) zeigen, aufgrund ihrer zahlreichen Anwendungen enormes Interesse gefunden. Die meisten phosphoreszierenden Materialien leiten sich jedoch von Übergangsmetallkomplexen ab, da ihr intrinsisches schnelles Intersystem Crossing (ISC) durch die starke Spin Bahn Kopplung (SOC) des Schwermetalls induziert wird. Metallfreie RTP Materialien sind selten und haben sich zu einem vielversprechenden Gebiet entwickelt, da sie kostengünstig und umweltfreundlich sind. Dieses Kapitel fasst organische molekulare Materialien mit langen Triplett Lebensdauern bei Raumtemperatur aus der Perspektive zusammen, ob sie aus einem molekularen oder Mehrkomponentensystem stammen. Bei rein organischen phosphoreszierenden Materialien werden üblicherweise Heteroatome in das Rückgrat eingeführt, um die Singulett Triplett ISC Geschwindigkeitskonstante zu erhöhen. In Mehrkomponentensystemen wird durch nützliche Strategien wie Wirt-Gast, Polymermatrix, Copolymerisation und supramolekulare Anordnung eine starre Matrixanordnung erreicht,  durch die nichtstrahlende Pfade eingeschränkt und so ultralange RTP realisiert wird. ...
KW  - room temperature phosphorescence
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-260844
ER  - 
TY  - THES
A1  - Budiman, Yudha Prawira
T1  - Applications of Fluorinated Aryl Boronates in Organic Synthesis
T1  - Die Anwendungen von fluorinierten Arylboronaten in der organischen Synthese
N2  - Fluorinated compounds are an important motif, particularly in pharmaceuticals, as one-third of the top performing drugs have fluorine in their structures. Fluorinated biaryls also have numerous applications in areas such as material science, agriculture, crystal engineering, supramolecular chemistry, etc. Thus, the development of new synthetic routes to fluorinated chemical compounds is an important area of current research. One promising method is the borylation of suitable precursors to generate fluorinated aryl boronates as versatile building blocks for organic synthesis.
Chapter 1
In this chapter, the latest developments in the synthesis, stability issues, and applications of fluorinated aryl boronates in organic synthesis are reviewed. The catalytic synthesis of fluorinated aryl boronates using different methods, such as C–H, C–F, and C–X (X = Cl, Br, I, OTf) borylations are discussed. Further studies covering instability issues of the fluorinated boronate derivatives, which are accelerated by ortho-fluorine, have been reported, and the applications of these substrates, therefore, need special treatment.
Numerous groups have reported methods to employ highly fluorinated aryl boronates that anticipate the protodeboronation issue; thus, polyfluorinated aryl boronates, especially those containing ortho-fluorine substituents, can be converted into chloride, bromide, iodide, phenol, carboxylic acid, nitro, cyano, methyl esters, and aldehyde analogues. These substrates can be applied in many cross-coupling reactions, such as the Suzuki-Miyaura reaction with aryl halides, the Chan-Evans-Lam C–N reaction with aryl amines or nitrosoarenes, C–C(O) reactions with N-(aryl-carbonyloxy)phthalamides or thiol esters (Liebskind-Srogl cross-coupling), and oxidative coupling reactions with terminal alkynes. Furthermore, the difficult reductive elimination from the highly stable complex [PdL2(2,6-C6F2+nH3-n)2] was the next challenge to be targeted in the homocoupling of 2,6-di-fluoro aryl pinacol boronates, and it has been solved by conducting the reaction in arene solvents that reduce the energy barrier in this step as long as no coordinating solvent or ancillary ligand is employed.
 
Chapter 2
In this chapter, phenanthroline-ligated copper complexes proved to be efficient catalysts for the Suzuki-Miyaura cross-coupling of highly fluorinated aryl boronate esters (ArF–Bpin) with aryl iodides or bromides. This newly developed method is an attractive alternative to the traditional methods as copper is an Earth-abundant metal, less toxic, and cheaper compared to the traditional methods which commonly required palladium catalysts, and silver oxide that is also often required in stoichiometric amounts. A combination of 10 mol% copper iodide and 10 mol% phenanthroline, with CsF as a base, in DMF, at 130 ˚C, for 18 hours is efficient to cross-couple fluorinated aryl pinacol boronates with aryl iodides to generate cross-coupled products in good to excellent yields. This method is also viable for polyfluorophenyl borate salts such as pentafluorophenyl-BF3K. Notably, employing aryl bromides instead of aryl iodides for the coupling with fluorinated aryl–Bpin compounds is also possible; however, increased amounts of CuI/phenanthroline catalyst is necessary, in a mixture of DMF and toluene (1:1). 
A diverse range of π···π stacking interactions is observed in the cross-coupling products partly perfluorinated biaryl crystals. They range from arene–perfluoroarene interactions (2-(perfluorophenyl)naphthalene and 2,3,4-trifluorobiphenyl) to arene–arene (9-perfluorophenyl)anthracene) and perfluoroarene–perfluoroarene (2,3,4,5,6-pentafluoro-2’methylbiphenyl) interactions.

Chapter 3
In this chapter, the efficient Pd-catalyzed homocoupling reaction of aryl pinacol pinacol boronates (ArF–Bpin) that contain two ortho-fluorines is presented. The reaction must be conducted in a “noncoordinating” solvent such as toluene, benzene, or m-xylene and, notably, stronger coordinating solvents or ancillary ligands have to be avoided. Thus, the Pd center becomes more electron deficient and the reductive elimination becomes more favorable. The Pd-catalyzed homocoupling reaction of di-ortho-fluorinated aryl boronate derivatives is difficult in strongly coordinating solvents or in the presence of strong ancillary ligands, as the reaction stops at the [PdL2(2,6-C6F2+nH3-n)2] stage after the transmetalations without the reductive elimination taking place. It is known that the rate of reductive elimination of Ar–Ar from [ML2(Ar)(Ar)] complexes containing group-10 metals decreases in the order Arrich–Arpoor > Arrich–Arrich > Arpoor–Arpoor. Furthermore, reductive elimination of the most electron-poor diaryls, such as C6F5–C6F5, from [PdL2(C6F5)2] complexes is difficult and has been a challenge for 50 years, due to their high stability as the Pd–Caryl bond is strong. Thus, the Pd-catalyzed homocoupling of perfluoro phenyl boronates is found to be rather difficult. 
 
	Further investigation showed that stoichiometric reactions of C6F5Bpin, 2,4,6-trifluorophenyl–Bpin, or 2,6-difluorophenyl–Bpin with palladium acetate in MeCN stops at the double transmetalation step, as demonstrated by the isolation of cis-[Pd(MeCN)2(C6F5)2], cis-[Pd(MeCN)2(2,4,6-C6F3H2)2], and cis-[Pd(MeCN)2(2,6-C6F2H3)2] in quantitative yields. Thus, it can be concluded that the reductive elimination from diaryl-palladium complexes containing two ortho-fluorines in both aryl rings, is difficult even in a weakly coordinating solvent such as MeCN. Therefore, even less coordinating solvents are needed to make the Pd center more electron deficient. Reactions using “noncoordinating” arene solvents such as toluene, benzene, or m-xylene were conducted and found to be effective for the catalytic homocoupling of 2,6-C6F2+nH3-nBpin. The scope of the reactions was expanded. Using toluene as the solvent, the palladium-catalyzed homocoupling of ArF–Bpin derivatives containing one, two or no ortho-fluorines gave the coupled products in excellent yields without any difficulties.

	DFT calculations at the B3LYP-D3/def2-TZVP/6-311+g(2d,p)/IEFPCM // B3LYP-D3/SDD/6-31g**/IEFPCM level of theory predicted an exergonic process and lower barrier (< 21 kcal/mol) for the reductive elimination of Pd(C6F5)2 complexes bearing arene ligands, compared to stronger coordinating solvents (acetonitrile, THF, SMe2, and PMe3), which have high barriers ( > 33.7 kcal/mol). Reductive elimination from [Pd(ηn-Ar)(C6F5)2] complexes have low barriers due to: (i) ring slippage of the arene ligand as a hapticity change from η6 in the reactant to ηn (n  ≤  3) in the transition state and the product, which led to less σ-repulsion; and (ii) more favorable π-back-bonding from Pd(ArF)2 to the arene fragment in the transition state.

Chapter 4
In this chapter, the efficient Pd-catalyzed C–Cl borylation of aryl chlorides containing two ortho-fluorines is presented. The reactions are conducted under base-free conditions to prevent the decomposition of the di-ortho-fluorinated aryl boronates, which are unstable in the presence of base. A combination of Pd(dba)2 (dba = dibenzylideneacetone) with SPhos (2-dicyclohexylphosphino-2′,6′-dimethoxybiphenyl) as a ligand is efficient to catalyze the C–Cl borylation of aryl chlorides containing two ortho-fluorine substituents without base, and the products were isolated in excellent yields. The substrate scope can be expanded to aryl chloride containing one or no ortho-fluorines and the borylated products were isolated in good to very good yield. This method provides a nice alternative to traditional methodologies using lithium or Grignard reagents.
N2  - Fluorierte Verbindungen sind insbesondere in der Pharmazie wichtige Bausteine, da ein Drittel der wirksamen Medikamente Fluorsubstituenten beinhalten. Fluorierte Biaryle haben auch zahlreiche Anwendungen in Bereichen wie der Materialwissenschaft, der Landwirtschaft, dem Design molekularer Festkörperstrukturen, der supramolekularen Chemie etc. Daher ist die Entwicklung neuer synthetischer Wege zu fluorierten chemischen Verbindungen sehr gefragt. Eine der vielversprechenden Methoden ist die Borylierung geeigneter Vorstufen zur Erzeugung fluorierter Arylboronate, die als vielseitige Bausteine für die organische Synthese dienen können. ...
KW  - Chemistry
KW  - Homogeneous Catalysis
KW  - borylation
KW  - boronates
KW  - fluorine
KW  - C-C coupling
KW  - Homogene Katalyse
KW  - Borylierung
KW  - Fluorierung
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-217579
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ricker, Robert
T1  - Synthesis, group 10 metal-catalyzed cyclization reactions and hydroboration of polyynes
T1  - Synthese, Gruppe 10 metallkatalysierte Cyclisierungsreaktionen und Hydroborierung von Polyinen
N2  - Bisdiynes undergo Pd(0)-catalyzed cyclization, forming azulene and naphthalene products. When dibenzylideneacetone is present in the reaction, it undergoes a [2+2+2] cyclization with the bisdiyne, forming cyclohexadiene derivatives. Ni(0) catalyzes the [2+2+2] cycloaddition of diynes with tolanes towards alkynylated o-terphenyl derivatives. The D-A substituted products are solvatochromic, fluorescent dyes with high quantum yields and short lifetimes. Bis-triarylborane tetrayne dyes were synthesized in both neutral and tetracationic forms, as potential DNA/RNA sensor. Both molecules are weakly fluorescent in solution and exhibit characteristic alkyne absorptions in the Raman spectra. Tributyl phosphine catalyzes the trans-hydroboration of 1,3-butadiynes with HBpin. We confirmed experimentally via NMR and HRMS experiments, that phosphine attack on the diyne is a key step in the catalytic cycle.
N2  - Bisdiyne gehen eine Pd(0)-katalysierte Zyklisierung ein, bei der Azulen- und Naphthalinprodukte entstehen. Wenn Dibenzylidenaceton in der Reaktion vorhanden ist, kommt es zu einer [2+2+2]-Cyclisierung mit dem Bisdiin, wobei Cyclohexadien-Derivate entstehen. Ni(0) katalysiert die [2+2+2]-Cycloaddition von Diinen mit Tolanen zu alkinilierten o-Terphenylderivaten. Die D-A-substituierten Produkte sind solvatochrome, fluoreszierende Farbstoffe mit hohen Quantenausbeuten und kurzen Lebensdauern. Bis-Triarylboran-Tetrain-Farbstoffe wurden sowohl in neutraler als auch in tetrakationischer Form synthetisiert, die als DNA/RNA-Sensoren in Frage kommen. Beide Moleküle sind in Lösung schwach fluoreszierend und zeigen charakteristische Alkin-Absorptionen in den Raman-Spektren. Tributylphosphin katalysiert die trans-Hydroboration von 1,3-Butadinen mit HBpin. Mittels NMR- und HRMS-Experimenten haben wir experimentell bestätigt, dass der Phosphin-Angriff auf das Diin ein Schlüsselschritt im katalytischen Zyklus ist.
KW  - Polyine
KW  - Diine
KW  - Fluoreszierender Stoff
KW  - Übergangsmetall
KW  - group 10 element
KW  - cyclization reactions
KW  - fluorescence
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-286801
ER  - 
TY  - THES
A1  - Tian, Yaming
T1  - Selective C-X and C-H Borylation by N-Heterocyclic Carbene Nickel(0) Complex
T1  - Selektive C-X und C-H Borylierung mittels N-Heterozyklischer Carben Nickel(0) Komplexe
N2  - Organoboron compounds are important building blocks in organic synthesis, materials science, and drug discovery. The development of practical and convenient ways to synthesize boronate esters attracted significant interest. Photoinduced borylations originated with stoichiometric reactions of arenes and alkanes with well-defined metal-boryl complexes. Now photoredox-initiated borylations, catalyzed either by transition-metal or organic photocatalysts, and photochemical borylations with high efficiency have become a burgeoning area of research. In this chapter, we summarize research in the field of photocatalytic C-X borylation, especially emphasizing recent developments and trends, based on transition-metal catalysis, metal-free organocatalysis and direct photochemical activation. We focus on reaction mechanisms involving single electron transfer (SET), triplet energy transfer (TET), and other radical processes. 

We developed a highly selective photocatalytic C-F borylation method that employs a rhodium biphenyl complex as a triplet sensitizer and the nickel catalyst [Ni(IMes)2] (IMes = 1,3-dimesitylimidazolin-2-ylidene) for the C-F bond activation and defluoroborylation process. This tandem catalyst system operates with visible (400 nm) light and achieves borylation of a wide range of fluoroarenes with B2pin2 at room temperature in excellent yields and with high selectivity. Direct irradiation of the intermediary C-F bond oxidative addition product trans-[NiF(ArF)(IMes)2] leads to fast decomposition when B2pin2 is present. This destructive pathway can be bypassed by indirect excitation of the triplet states of the nickel(II) complex via the photoexcited rhodium biphenyl complex. Mechanistic studies suggest that the exceptionally long-lived triplet excited state of the Rh biphenyl complex used as the photosensitizer allows for efficient triplet energy transfer to trans-[NiF(ArF)(IMes)2], which leads to dissociation of one of the NHC ligands. This contrasts with the majority of current photocatalytic transformations, which employ transition metals as excited state single electron transfer agents. We have previously reported that C(arene)-F bond activation with [Ni(IMes)2] is facile at room temperature, but that the transmetalation step with B2pin2 is associated with a high energy barrier. Thus, this triplet energy transfer ultimately leads to a greatly enhanced rate constant for the transmetalation step and thus for the whole borylation process. While addition of a fluoride source such as CsF enhances the yield, it is not absolutely required. We attribute this yield-enhancing effect to (i) formation of an anionic adduct of B2pin2, i.e. FB2pin2-, as an efficient, much more nucleophilic {Bpin-} transfer reagent for the borylation/transmetalation process, and/or (ii) trapping of the Lewis acidic side product FBpin by formation of [F2Bpin]- to avoid the formation of a significant amount of NHC-FBpin and consequently of decomposition of {Ni(NHC)2} species in the reaction mixture.

We reported a highly selective and general photo-induced C-Cl borylation protocol that employs [Ni(IMes)2] (IMes = 1,3-dimesitylimidazoline-2-ylidene) for the radical borylation of chloroarenes. This photo-induced system operates with visible light (400 nm) and achieves borylation of a wide range of chloroarenes with B2pin2 at room temperature in excellent yields and with high selectivity, thereby demonstrating its broad utility and functional group tolerance. Mechanistic investigations suggest that the borylation reactions proceed via a radical process. EPR studies demonstrate that [Ni(IMes)2] undergoes very fast chlorine atom abstraction from aryl chlorides to give [NiI(IMes)2Cl] and aryl radicals. Control experiments indicate that light promotes the reaction of [NiI(IMes)2Cl] with aryl chlorides generating additional aryl radicals and [NiII(IMes)2Cl2]. The aryl radicals react with an anionic sp2-sp3 diborane [B2pin2(OMe)]- formed from B2pin2 and KOMe to yield the corresponding borylation product and the [Bpin(OMe)]•- radical anion, which reduces [NiII(IMes)2Cl2] under irradiation to regenerate [NiI(IMes)2Cl] and [Ni(IMes)2] for the next catalytic cycle.

A highly efficient and general protocol for traceless, directed C3-selective C-H borylation of indoles with [Ni(IMes)2] as the catalyst was achieved. Activation and borylation of N-H bonds by [Ni(IMes)2] is essential to install a Bpin moiety at the N-position as a traceless directing group, which enables the C3-selective borylation of C-H bonds. The N-Bpin group which is formed is easily converted in situ back to an N-H group by the oxidiative addition product of [Ni(IMes)2] and in situ-generated HBpin. The catalytic reactions are operationally simple, allowing borylation of of a variety of substituted indoles with B2pin2 in excellent yields and with high selectivity. The C-H borylation can be followed by Suzuki-Miyaura cross-coupling of the C-borylated indoles in an overall two-step, one-pot process providing an efficient method for synthesizing C3-functionalized heteroarenes.
N2  - Es wurden effiziente und allgemeine Methoden für die selektive C-B-Verknüpfung mittels [Ni(IMes)2]-katalysierter Borylierungen von Arylfluoriden, Arylchloriden und substituierten Indolen entwickelt, welches alles leicht verfügbare Substrate sind. ...
KW  - Organoboron Compounds
KW  - N-Heterocyclic Carbene
KW  - Borylation
KW  - Photocatalysis
KW  - C-F
KW  - C-Cl
KW  - C-H
KW  - Nickel
KW  - Rhodium
KW  - Borylierung
KW  - Heterocyclische Carbene <-N>
KW  - Nickelkomplexe
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-213004
ER  - 
TY  - THES
A1  - Liu, Zhiqiang
T1  - Fluorinated Aryl Boronates as Units in Organic Synthesis
T1  - Fluorierte Arylboronate als Einheiten in organischer Synthese
N2  - It is generally acknowledged that polyfluoroarenes are important fluorinated structural units for various organic molecules, such as pharmaceuticals, agrochemicals, and organic materials. Polyfluorinated aryl alkynes and alcohols are also powerful building blocks in chemical synthesis because of their versatility to be transformed into various useful molecules and also their ubiquity in natural product synthesis. Efficient methods for the synthesis of polyfluorinated aryl alkynes and alcohols are presented in Chapter 2 and Chapter 3. In addition, 3-amino-indoles have found a broad applications in medicinal chemistry as effective anticancer agents, compounds with analgesic properties and can function as potent inhibitors of tubulin polymerization, and agents for the prevention of type II diabetes. A simple method for the synthesis of 3-amino-indoles via the annulation reaction of polyfluorophenylboronates with DMF is reported in Chapter 4.
Chapter 2
In Chapter 2, a mild process for the copper-catalyzed oxidative cross-coupling of electron-deficient polyfluorophenylboronate esters with terminal alkynes (Scheme S-1) is reported. This method displays good functional group tolerance and broad substrate scope, generating cross-coupled alkynyl(fluoro)arene products in moderate to excellent yields. This copper-catalyzed reaction was conducted on a gram scale to generate the corresponding product in good yield (72%). 
 
Scheme S-1. Copper-catalyzed oxidative cross-coupling of terminal alkynes with polyfluorophenylboronate esters. 
Based on previous reports and the aforementioned observations, a plausible catalytic cycle for this oxidative cross-coupling reaction is shown in Scheme S-2. The first step involves the addition of an alkynyl anion to Cu leading to the formation of alkynylcopper(II) species B. Subsequent transmetalation between ArFBpin and intermediate B occurs to form intermediate C. The desired product 3a is generated by eductive elimination. Finally, the oxidation of Cu(0) to Cu(II) with DDQ and Ag2O regenerates A to complete the catalytic cycle. 
 
Scheme S-2. Proposed mechanism of copper(II)-catalyzed oxidative cross-coupling between terminal alkynes and polyfluorophenylboronate esters.

Chapter 3
In Chapter 3, A convenient and efficient protocol for the transition metal-free 1,2-addition of polyfluoroaryl boronate esters to aldehydes and ketones is reported, which provides secondary alcohols, tertiary alcohols, and ketones (Scheme S-3). The distinguishing features of this procedure include the employment of commercially available starting materials and the broad scope of the reaction with a wide variety of carbonyl compounds giving moderate to excellent yields.
 
Scheme S-3. Base-promoted 1,2-addition of polyfluorophenylboronates to aldehydes and ketones.
Control experiments were carried out to gain insight into the reaction mechanism. The reaction of 2a with pentafluorobenzene 5 under standard conditions was examined, yet 3a was not formed in any detectable amounts (Scheme S-4a), indicating that the C-Bpin moiety is essential and deprotonation of the fluoroarene or nucleophilic attack at the fluoroarene by the base is not a plausible pathway. Interestingly, for the standard reaction between 1a and 2a, the yield dropped dramatically if 18-crown-6 ether and K2CO3 were added (Scheme S-4b). This experimental result indicates that the presence of the potassium ion plays a crucial role for the outcome of the reaction. Furthermore, if the reaction of 1a and 2a was performed in the presence of only a catalytic amount of K2CO3 (20 mol%) (Scheme S-4c), reaction rates were reduced, and a week was required to produce 3a in good yield. This finding again indicates that the potassium ion (or the base) plays an important role in the reaction. Substituting ortho-fluorines by ortho-chlorines, using either C6Cl5Bpin 2,6-dichlorophenyl-1-Bpin as substrates, did not yield any product as shown by in situ GCMS studies.
 
Scheme S-4. Control experiments.
Based on DFT calculations, a mechanism for the 1,2-addition of polyfluorophenylboronates to aryl aldehydes in the presence of K2CO3 as base is proposed, as shown in Scheme S-5. K2CO3 interacts with the Lewis-acidic Bpin moiety of substrate 1 to generate base adduct A, which weakens the carbon-boron bond and ultimately cleaves the BC bond along with attachment of a potassium cation to the aryl group. The resulting ArF- anion adduct B undergoes nucleophilic attack at the aldehyde carbon atom of substrate 2 to generate methanolate C. The methanolate oxygen atom then attacks the electrophilic Bpin group to obtain compound D. Transfer of K2CO3 from intermediate D to the boron atom of the more Lewis-acidic polyfluorophenyl-Bpin 1 finally closes the cycle and regenerates complex A. Thus, the primary reaction product is the O-borylated addition product E, which was detected by HRMS and NMR spectroscopy for the perfluorinated derivative.
 
Scheme S-5. Proposed mechanism of the 1,2-addition of polyfluorophenylboronates to aldehydes and ketones.

Chapter 4
Chapter 4 presents a novel protocol for the transition metal-free addition and annulation of polyfluoroarylboronate esters to DMF, which provides 3-aminoindoles and tertiary amines in moderate to excellent yields (Scheme S-6). 
 
Scheme S-6. Annulation and addition reactions of polyfluorophenylboronates with DMF.
While exploring the application of this strategy in synthesis, perfluorophenylBpin reacted smoothly with ethynylarenes and DMF to afford propargylamines with moderate to excellent yields (Scheme S-7). 
 
Scheme S-7. Three-component cross-coupling reaction for the synthesis of propargylamines.
N2  - Polyfluorarene sind wichtige fluorierte Schlüsselstruktureinheiten für verschiedene organische Moleküle, wie z. B. Pharmazeutika, Agrochemikalien und organische Materialien. Auch polyfluorierte Arylalkine und -alkohole sind aufgrund ihrer vielseitigen Möglichkeiten, in verschiedene nützliche Moleküle umgewandelt zu werden als auch wegen ihrer Allgegenwart in der Naturstoffsynthese, leistungsfähige Bausteine. Effiziente Methoden zur Synthese polyfluorierter Arylalkine und -alkohole werden in Kapitel 2 und Kapitel 3 vorgestellt. Darüber hinaus haben 3-Amino-Indole eine breite Anwendung in der medizinischen Chemie als wirksame Antikrebsmittel, Verbindungen mit analgetischen Eigenschaften und als potente Inhibitoren der Tubulinpolymerisation sowie als Mittel zur Prävention von Typ-II-Diabetes gefunden. Eine  einfache  Methode  zur  Synthese von 3-Amino-Indolen über die Annulierungssreaktion von Polyfluorphenylboronaten mit DMF wird in Kapitel 4 berichtet. 
Kapitel 2
In Kapitel 2 wird über ein mildes Verfahren zur kupferkatalysierten oxidativen Kreuzkupplung von elektronenarmen Polyfluorphenylboronatestern mit terminalen Alkinen (Schema S-1) berichtet. Diese Methode zeichnet sich durch eine gute Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen und eine große Bandbreite an Substraten aus und erzeugt kreuzgekoppelte Alkinyl(fluor)aren-Produkte in moderaten bis exzellenten Ausbeuten. Diese kupferkatalysierte Reaktion wurde im Gramm-Maßstab durchgeführt, und erzeugt das entsprechende Produkt in guter Ausbeute (72 %).
 
Schema S-1. Kupfer-katalysierte oxidative Kreuzkupplung terminaler Alkine mit Polyfluorphenylboronatestern.

Basierend auf früheren Arbeiten und den oben erwähnten Beobachtungen ist ein plausibler katalytischer Zyklus für diese oxidative Kreuzkupplungsreaktion in Schema S-2 dargestellt. Der erste Schritt beinhaltet die Addition eines Alkinylanions, was zur Bildung des Alkinylkupfer(II)-Komplexes B führen sollte. Anschließend erfolgt eine Transmetallierung zwischen ArFBpin und dem Zwischenprodukt B zur Bildung des Zwischenproduktes C. Das gewünschte Produkt 3a wirde dann daraus durch reduktive Eliminierung erzeugt. Durch eine Oxidation des dabei entstehenden Cu(0)-Komplexes mit DDQ und Ag2O wird Komplex A regeneriert und der katalytische Zyklus schließt sich. 
 
Schema S-2. Vorgeschlagener Mechanismus der Kupfer(II)-katalysierten oxidativen Kreuzkupplung terminaler Alkine und Polyfluorphenylboronatestern.
Kapitel 3
In Kapitel 3 wird ein praktisches und effizientes Protokoll für die übergangsmetallfreie 1,2-Addition von Polyfluorarylboronatestern an Aldehyde und Ketone vorgestellt, welches sekundäre Alkohole, tertiäre Alkohole und Ketone liefert (Schema S-3). Die besonderen Merkmale dieses Verfahrens sind die Verwendung kommerziell erhältlicher Ausgangsmaterialien und die große Bandbreite der Reaktion mit einer Vielzahl von Carbonylverbindungen, die mäßige bis exzellente Ausbeuten erbringen. 
 
Schema S-3. Basen-unterstützte 1,2-Addition von Polyfluorphenylboronaten an Aldehyde und Ketone.
Um einen Einblick in den Reaktionsmechanismus zu erhalten, wurden Kontrollexperimente durchgeführt. Die Reaktion von 2a mit Pentafluorbenzol 5 unter Standardbedingungen wurde untersucht, jedoch wurde 3a nicht in nachweisbaren Mengen gebildet (Schema S-4a). Dies deudet darauf hin, dass der C-Bpin Anteil essenziell ist und eine Deprotonierung des Fluorarens oder ein nukleophiler Angriff am Fluoraren durch die Base kein plausibler Weg ist. Interessanterweise sank bei der Standardreaktion zwischen 1a und 2a die Ausbeute dramatisch, wenn 18-Kronen-6-Ether und K2CO3 zugesetzt wurden (Schema S-4b). Dieses experimentelle Ergebnis belegt, dass die Anwesenheit des Kalium-Ions eine entscheidende Rolle für den Ausgang der Reaktion spielt. Wenn die Reaktion von 1a und 2a in Gegenwart von nur einer katalytischen Menge K2CO3 (20 mol%) durchgeführt wurde (Schema S-4c), waren die Reaktionsgeschwindigkeiten geringer und es war eine Woche erforderlich, um 3a in guter Ausbeute zu erlangen. Dieser Befund weist erneut darauf hin, dass das Kalium-Ion (oder die Base) eine wichtige Rolle bei der Reaktion spielt. Die Substitution von ortho-Fluorsubstituenten durch ortho-Chlorsubstituenten, wobei entweder  C6Cl5Bpin oder 2,6-Dichlorphenyl-Bpin als Substrate verwendet wurden, lieferte kein Produkt, wie in situ GCMS-Studien zeigten. 

 
Schema S-4. Kontrollexperimente.
Ein Vorschlag zum Mechanismus der 1,2-Addition von Polyfluorphenylboronaten an Arylaldehyde in Gegenwart von K2CO3 als Base wird in Schema S-5 vorgeschlagen. Dabei wechselwirkt die Base K2CO3 mit der Lewis-sauren Bpin-Einheit des Substrats 1 unter Ausbildung des Basenadduktes A, in welchem die Kohlenstoff-Bor-Bindung geschwächt ist und schließlich die B-C Bindung gespalteen wird, wobei sich ein Kaliumkation an die Arylgruppe anlagert. Das resultierende ArF- Anion im Addukt B greift nukleophil am Aldehyd-Kohlenstoffatom von Substrat 2 an, um Methanolat C zu erzeugen. Das Methanolat-Sauerstoffatom reagiert dann mit der elektrophilen Bpin-Gruppe, um Verbindung D zu erhalten. Die Übertragung von K2CO3 vom Zwischenprodukt D auf das Boratom des Lewis-acideren Polyfluorphenyl-Bpin 1 schließt schließlich den Zyklus und regeneriert den Komplex A. Das primäre Reaktionsprodukt ist also das O-borylierte Additionsprodukt E, das mittels HRMS und NMR-Spektroskopie für das perfluorierte Derivat nachgewiesen wurde.
 
Schema S-5. Vorgeschlagener Mechanismus der 1,2-Addition von Polyfluorphenylboronaten an Aldehyden und Ketonen.
Kapitel 4
In Kapitel 4 wird ein neuartiges Protokoll für die übergangsmetallfreie Addition und Annulierungsreaktion von Polyfluorarylboronatestern an DMF vorgestellt, das 3-Aminoindole und tertiäre Amine in mäßigen bis ausgezeichneten Ausbeuten liefert(Schema S-6). 
 
Schema S-6. Annulierungs- und Additionsreaktion von Polyfluorphenylboronaten mit DMF.
Bei der Erkundung der Anwendung dieser Strategie in der Synthese konnten Propargylamine mit mäßigen bis ausgezeichneten Ausbeuten hergestellt werden (Schema S-7).
 
Schema S-7. Kreuzkupplungsreaktion für die Synthese von Propargylaminen.
KW  - Fluorinated Aryl Boronates
KW  - Fluorierte Arylboronate
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-245769
ER  -