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  - JOUR
A1  - Bura, Thomas
A1  - Beaupré, Serge
A1  - Légaré, Marc-André
A1  - Ibraikulov, Olzhas A.
A1  - Leclerc, Nicolas
A1  - Leclerc, Mario
T1  - Theoretical calculations for highly selective Direct Heteroarylation Polymerization: new nitrile-substituted Dithienyl-Diketopyrrolopyrrole-based polymers
JF  - Molecules
N2  - Direct Heteroarylation Polymerization (DHAP) is becoming a valuable alternative to classical polymerization methods being used to synthesize π-conjugated polymers for organic electronics applications. In previous work, we showed that theoretical calculations on activation energy (Ea) of the C–H bonds were helpful to rationalize and predict the selectivity of the DHAP. For readers’ convenience, we have gathered in this work all our previous theoretical calculations on Ea and performed new ones. Those theoretical calculations cover now most of the widely utilized electron-rich and electron-poor moieties studied in organic electronics like dithienyl-diketopyrrolopyrrole (DT-DPP) derivatives. Theoretical calculations reported herein show strong modulation of the Ea of C–H bond on DT-DPP when a bromine atom or strong electron withdrawing groups (such as fluorine or nitrile) are added to the thienyl moiety. Based on those theoretical calculations, new cyanated dithienyl-diketopyrrolopyrrole (CNDT-DPP) monomers and copolymers were prepared by DHAP and their electro-optical properties were compared with their non-fluorinated and fluorinated analogues.
KW  - DHAP
KW  - selectivity
KW  - theoretical calculations
KW  - conjugated polymers
KW  - organic electronics
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-197648
SN  - 1420-3049
VL  - 23
IS  - 9
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ribbeck, Tatjana
T1  - Seltenerdmetallkomplexe mit Cyanoborat-Anionen - sowie - Synthese und Charakterisierung des Hydroxytricyanoborat-Anions
T1  - Rare Earth Complexes with Cyanoborate-Anions - and - Synthesis and Characterization of the Hydroxytricyanoborate-Anion
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit konnten Seltenerdmetallcyanoborate mit unterschiedlich funktionalisierten Anionen, beispielsweise Hydrido-, Fluoro- oder Perfluoralkylcyanoborat-Anionen, synthetisiert und vollständig charakterisiert werden. Lösungen der wasserfreien Komplexe Ln[BH2(CN)2]3 (Ln = La, Eu, Ho) in der korrespondierenden ionischen Flüssigkeit [EMIm][BH2(CN)2] konnten hinsichtlich Dichte Viskosität und Leitfähigkeit in Abhängigkeit der Konzentration des gelösten Komplexes untersucht werden. Alle Europiumkomplexe wurden hinsichtlich ihrer photochemischen Eigenschaften untersucht.
Weiterhin konnte im Rahmen dieser Arbeit die erste selektive Synthese des Hydroxytricyanoborat-Anions [B(OH)(CN)3]- vorgestellt werden. Ausgehend von der Brønstedsäure dieses Anions konnte die Synthese einer ganzen Reihe von Salzen und Komplexverbindungen, sowie von ionischen Flüssigkeiten mit diesem Anion realisiert werden.
N2  - Within this thesis rare earth cyanoborates with functionalized anions, such as Hydrido-, Fluoro- or Perfluoralkylcyanoborate anions, were synthesized and completely characterized. Solutions of the anhydrous complexes Ln[BH2(CN)2]3 (Ln = La, Eu, Ho) in the corresponding ionic liquid [EMIm][BH2(CN)2] were examined concerning their density, viscosity and conductivity depending on the concentration of the dissolved complex. All complexes containing Eu3+ cations were examined concerning their photochemical properties.
Furthermore, the first selective synthesis of the Hydroxytricyanoborate anion [B(OH)(CN)3] was presented within this thesis. Starting from the Brønsted acid of this anion the synthesis of a huge range of salts and complexes, as well as ionic liquids with this anion was realized.
KW  - Cyanoborate
KW  - Seltenerdmetallcyanoborate
KW  - Hydroxytricyanoborat-Anion
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-183465
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Auerhammer, Dominic
A1  - Arrowsmith, Merle
A1  - Braunschweig, Holger
A1  - Dewhurst, Rian D.
A1  - Jiménez-Halla, J. Oscar C.
A1  - Kupfer, Thomas
T1  - Nucleophilic addition and substitution at coordinatively saturated boron by facile 1,2-hydrogen shuttling onto a carbene donor
JF  - Chemical Science
N2  - The reaction of [(cAAC\(^{Me}\))BH\(_{3}\)] (cAAC\(^{Me}\) = 1-(2,6-iPr\(_{2}\)C\(_{6}\)H\(_{3}\))-3,3,5,5-tetramethylpyrrolidin-2-ylidene) with a range of organolithium compounds led to the exclusive formation of the corresponding (dihydro)organoborates, Li\(^{+}\)[(cAAC\(^{Me}\)H)BH\(_{2}\)R]− (R = sp\(^{3}\)-, sp\(^{2}\)-, or sp-hybridised organic substituent), by migration of one boron-bound hydrogen atom to the adjacent carbene carbon of the cAAC ligand. A subsequent deprotonation/salt metathesis reaction with Me3SiCl or spontaneous LiH elimination yielded the neutral cAAC-supported mono(organo)boranes, [(cAAC\(^{Me}\)H)BH\(_{2}\)R]− (R]. Similarly the reaction of [cAAC\(^{Me}\))BH\(_{3}\)] with a neutral donor base L resulted in adduct formation by shuttling one boron-bound hydrogen to the cAAC ligand, to generate [(cAAC\(^{Me}\)H)BH\(_{2}\)L], either irreversibly (L = cAAC\(^{Me}\)) or reversibly (L = pyridine). Variable-temperature NMR data and DFT calculations on [(cAAC\(^{Me}\)H)BH\(_{2}\)(cAAC\(^{Me}\))] show that the hydrogen on the former carbene carbon atom exchanges rapidly with the boron-bound hydrides.
KW  - nucleophilic addition
KW  - nucleophilic substitution
KW  - boron-bound hydrogen
KW  - carbene donor
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170255
VL  - 8
IS  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Landmann, Johannes
A1  - Hennig, Philipp T.
A1  - Ignat'ev, Nikolai V.
A1  - Finze, Maik
T1  - Borylation of fluorinated arenes using the boron centred nucleophile B(CN)\(_{3}\)\(^{2-}\) - a unique entry to aryltricyanoborates
JF  - Chemical Science
N2  - The potassium salt of the boron-centred nucleophile B(CN)\(_{3}\)\(^{2-}\)(1) readily reacts with perfluorinated arenes, such as hexafluorobenzene, decafluorobiphenyl, octafluoronaphthalene and pentafluoropyridine, which results in KF and the K\(^{+}\) salts of the respective borate anions with one {B(CN)\(_{3}\)} unit bonded to the (hetero)arene. An excess of K\(_{2}\)1 leads to the successive reaction of two or, in the case of perfluoropyridine, even three C–F moieties and the formation of di- and trianions, respectively. Moreover, all of the 11 partially fluorinated benzene derivatives, C\(_{6}\)F\(_{6-n}\)H\(_{n}\) (n = 1–5), generally react with K\(_{2}\)1 to give new tricyano(phenyl)borate anions with high chemo- and regioselectivity. A decreasing number of fluorine substituents on benzene results in a decrease in the reaction rate. In the cases of partially fluorinated benzenes, the addition of LiCl is advantageous or even necessary to facilitate the reaction. Also, pentafluorobenzenes R–C\(_{6}\)F\(_{5}\) (R = –CN, –OMe, –Me, or –CF\(_{3}\)) react via C–F/C–B exchange that mostly occurs in the para position and to a lesser extent in the meta or ortho positions. Most of the reactions proceed via an S\(_{N}\)Ar mechanism. The reaction of 1,4-F\(_{2}\)C\(_{6}\)H\(_{4}\) with K\(_{2}\)1 shows that an aryne mechanism has to be considered in some cases as well. In summary, a wealth of new stable tricyano(aryl)borates have been synthesised and fully characterized using multi-NMR spectroscopy and most of them were characterised using single-crystal X-ray diffraction.
KW  - borylation
KW  - boron-centred nucleophile
KW  - aryltricyanoborates
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170417
VL  - 8
IS  - 9
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Auerhammer, Dominic
A1  - Arrowsmith, Merle
A1  - Bissinger, Philipp
A1  - Braunschweig, Holger
A1  - Dellermann, Theresa
A1  - Kupfer, Thomas
A1  - Lenczyk, Carsten
A1  - Roy, Dipak
A1  - Schäfer, Marius
A1  - Schneider, Christoph
T1  - Increasing the Reactivity of Diborenes: Derivatization of NHC- Supported Dithienyldiborenes with Electron-Donor Groups
T2  - Chemistry, A European Journal
N2  - A series of NHC-supported 1,2-dithienyldiborenes was synthesized from the corresponding (dihalo)thienylborane NHC precursors. NMR and UV-vis spectroscopic data, as well as X-ray crystallographic analyses, were used to assess the electronic and steric influences on the B=B double bond of various NHCs and electron-donating substituents on the thienyl ligands. Crystallographic data showed that the degree of coplanarity of the diborene core and thienyl groups is highly dependent on the sterics of the substituents. Furthermore, any increase in the electron- donating ability of the substituents resulted in the destabilization of the HOMO and greater instability of the resulting diborenes.
KW  - diborenes
KW  - N-heterocyclic carbenes
KW  - electron donors
KW  - structural analysis
KW  - spectroscopy
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-155419
N1  - This is the pre-peer reviewed version of the following article: Auerhammer, D., Arrowsmith, M., Bissinger, P., Braunschweig, H., Dellermann, T., Kupfer, T., Lenczyk, C., Roy, D. K., Schäfer, M. and Schneider, C. (2017), Increasing the Reactivity of Diborenes: Derivatization of NHC-Supported Dithienyldiborenes with Electron-Donor Groups. Chem. Eur. J.. doi:10.1002/chem.201704669, which has been published in final form at doi:10.1002/chem.201704669. This article may be used for non-commercial purposes in accordance with Wiley Terms and Conditions for Self-Archiving.
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Auerhammer, Dominic
A1  - Arrowsmith, Merle
A1  - Böhnke, Julian
A1  - Braunschweig, Holger
A1  - Dewhurst, Rian D.
A1  - Kupfer, Thomas
T1  - Brothers from Another Mother: a Borylene and its Dimer are Non-Interconvertible but Connected through Reactivity
T2  - Chemical Science
N2  - The self-stabilizing, tetrameric cyanoborylene [(cAAC)B(CN)]4 (I, cAAC = 1-(2,6-diisopropylphenyl)-3,3,5,5-tetramethylpyrrolidin-2-ylidene) and its diborene relative, [(cAAC)(CN)B=B(CN)(cAAC)] (II), both react with disulfides and diselenides to yield the corresponding cAAC-supported cyanoboron bis(chalcogenides). Furthermore, reactions of I or II with elemental sulfur and selenium in various stoichiometries provided access to a variety of cAAC- stabilized cyanoboron-chalcogen heterocycles, including a unique dithiaborirane, a diboraselenirane, 1,3-dichalcogena-2,4-diboretanes, 1,3,4-trichalcogena- 2,5-diborolanes and a rare six-membered 1,2,4,5-tetrathia-3,6-diborinane. Stepwise addition reactions and solution stability studies provided insights into the mechanism of these reactions and the subtle differences in reactivity observed between I and II.
KW  - borylenes
KW  - diborenes
KW  - boron
KW  - carbenes
KW  - chalcogens
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-157125
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Böhnke, Julian
A1  - Braunschweig, Holger
A1  - Jiménez-Halla, Oscar
A1  - Krummenacher, Ivo
A1  - Stennett, Tom E.
T1  - Half-Sandwich Complexes of an Extremely Electron-Donating, Re-dox-Active η\(^6\)-Diborabenzene Ligand
T2  - Journal of the American Chemical Society
N2  - The heteroarene 1,4-bis(CAAC)-1,4-diborabenzene (1; CAAC = cyclic (alkyl)(amino)carbene) reacts with [(MeCN)\(_3\)M(CO)\(_3\)] (M = Cr, Mo, W) to yield half-sandwich complexes of the form [(η\(^6\)-diborabenzene)M(CO)\(_3\)] (M = Cr (2), Mo (3), W (4)). Investigation of the new complexes with a combination of X-ray diffraction, spectroscopic methods and DFT calculations shows that ligand 1 is a remarkably strong electron donor. In particular, [(η\(^6\)-arene)M(CO)\(_3\)] complexes of this ligand display the lowest CO stretching frequencies yet observed for this class of complex. Cyclic voltammetry on complexes 2-4 revealed one reversi- ble oxidation and two reversible reduction events in each case, with no evidence of ring-slippage of the arene to the η\(^4\) binding mode. Treatment of 4 with lithium metal in THF led to identification of the paramagnetic complex [(1)W(CO)\(_3\)]Li·2THF (5). Compound 1 can also be reduced in the absence of a transition metal to its dianion 1\(^{2–}\), which possesses a quinoid-type structure.
KW  - half-sandwich complexes
KW  - transition metal complex
KW  - boron
KW  - redox reactions
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-156766
N1  - This document is the unedited Author's version of a Submitted Work that was subsequently accepted for publication in Journal of the American Chemical Society, copyright © 2017 American Chemical Society after peer review. To access the final edited and published work see dx.doi.org/10.1021/jacs.7b12394.
ER  - 
TY  - THES
A1  - Böhnke, Julian
T1  - Reaktivität niedervalenter, Carben-stabilisierter Bor-Bor-Mehrfachbindungssysteme
T1  - Reactivity of low-valent, carbene-stabilized boron-boron multiple bonds
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit war es möglich, vielfältige Reaktivitäten des Diborakumulens (7) und davon abgeleiteter Verbindungen zu untersuchen. Häufig begründet in den bemerkenswerten elektronischen Eigenschaften der verwendeten CAAC-Liganden, konnten neuartige und teilweise ungewöhnliche Bindungsmodi an niedervalenten Borspezies beobachtet werden. Der Einfluss der starken σ-Donor-Fähigkeiten und der hohen π-Acidität der cyclischen (Alkyl)(amino)carbene spiegeln sich hierbei in vergleichenden Reaktivitätsstudien mit den entsprechenden NHC-stabilisierten Bor–Bor-Mehrfachbindungssystemen wider.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

A final topic of this work concerned the synthesis of biradicals from twisted double bonds and the comparison with their diamagnetic congeners, diborenes. The reaction of the diboracumulene with differently substituted disulfides and one diselenide led to the formation of persistent, paramagnetic biradicals through 1,2 additions across the boron–boron multiple bond. While the addition of the reagents to the IDip-stabilized diboryne provided closed-shell, diamagnetic diborenes with a coplanar orientation of the substituents, the addition to the diboracumulene 7 led to the formation of a boron–boron single bond with mutually orthogonal ligands. EPR spectroscopy as well as magnetic measurements of the samples showed a triplet ground state for 51e at room temperature with a strong delocalization of the unpaired electrons into the ligands due to the captodative effect of the π-donor nitrogen atoms and π-acceptor boron atoms.
Furthermore, detailed theoretical studies showed that the singlet states of the synthesized diborenes are always more stable than the triplet states and that the triplet states of the paramagnetic compounds 51a,b,e are always more stable than the respective singlet states. All compounds exist in their ground states and therefore represent highly interesting model systems for a deeper understanding of this class of compounds.
KW  - Bor
KW  - Mehrfachbindung
KW  - Reaktivität
KW  - CAAC
KW  - Diborakumulen
KW  - Diborin
KW  - Diboren
KW  - Carben
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-163335
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Stoy, Andreas
A1  - Böhnke, Julian
A1  - Jiménez-Halla, J. Oscar C.
A1  - Dewhurst, Rian D.
A1  - Thiess, Torsten
A1  - Braunschweig, Holger
T1  - CO\(_2\) Binding and Splitting by Boron–Boron Multiple Bonds
T2  - Angewandte Chemie, International Edition
N2  - CO\(_2\) is found to undergo room-temperature, ambient- pressure reactions with two species containing boron-boron multiple bonds, leading to incorporation of either one or two CO\(_2\) molecules. In one case, a thermally-unstable intermediate was structurally characterized, indicating the operation of an initial 2+2 cycloaddition mechanism in the reaction.
KW  - carbon dioxide
KW  - CO2 fixation
KW  - diborenes
KW  - diborynes
KW  - boron
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-164265
N1  - This is the pre-peer reviewed version of the following article: A. Stoy, J. Böhnke, J. O. C. Jiménez‐Halla, R. D. Dewhurst, T. Thiess, H. Braunschweig, Angew. Chem. Int.Ed. 2018, 57,5947 –5951, which has been published in final form at DOI: 10.1002/anie.201802117. This article may be used for non-commercial purposes in accordance with Wiley Terms and Conditions for Self-Archiving.
ER  -