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  - Braunschweig, Holger
A1  - Krummenacher, Ivo
A1  - Lichtenberg, Crispin
A1  - Mattock, James
A1  - Schäfer, Marius
A1  - Schmidt, Uwe
A1  - Schneider, Christoph
A1  - Steffenhagen, Thomas
A1  - Ullrich, Stefan
A1  - Vargas, Alfredo
T1  - Dibora[2]ferrocenophane: A Carbene-Stabilized Diborene in a Strained cis-Configuration
T2  - Angewandte Chemie, International Edition
N2  - Unsaturated bridges that link the two cyclopentadienyl ligands together in strained ansa metallocenes are rare and limited to carbon-carbon double bonds. The synthesis and isolation of a strained ferrocenophane containing an unsaturated two-boron bridge, isoelectronic with a C=C double bond, was achieved by reduction of a carbene-stabilized 1,1’-bis(dihaloboryl)ferrocene. A combination of spectroscopic and electrochemical measurements as well as density functional theory (DFT) calculations was used to assess the influence of the unprecedented strained cis configuration on the optical and electrochemical properties of the carbene-stabilized diborene unit. Initial reactivity studies show that the dibora[2]ferrocenophane is prone to boron-boron double bond cleavage reactions.
KW  - Boron
KW  - Metallocenes
KW  - Metallocene
KW  - Bor
KW  - Diborane
KW  - density functional calculations
KW  - strained molecules
KW  - diborenes
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-141981
N1  - This is the pre-peer reviewed version of the following article: Angewandte Chemie, International Edition, Volume 56, Issue 3, 889–892, which has been published in final form at doi:10.1002/anie.201609601. This article may be used for non-commercial purposes in accordance with Wiley Terms and Conditions for Self-Archiving.
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  - Prieschl, Dominic
T1  - Reaktivitätsstudien zu Diboranen(4) und NHC-stabilisierten µ-Hydridodiboranen(5)
T1  - Reactivity studies of diboranes(4) and NHC-stabilised µ-hydrido diboranes(5)
N2  - Die vorliegende Arbeit behandelt im ersten Abschnitt die Synthese und Reaktivität neuartiger Diborane(4). Ebenfalls wurde die Reaktivität von Dihalogendiboranen(4) gegenüber Phenylazid untersucht, wobei symmetrische Vertreter unter Beibehalt der B-B-Bindung die fünfgliedrigen B2N3 Heterocyclen 14 und 15 lieferten. Der zweite Abschnitt dieser Arbeit beschäftigt sich mit der unerwarteten Reaktivität der NHC-stabilisierten μ-Hydridodiborane(5) XXIII und XXIV. Der abschließende Teil dieser Arbeit befasst sich mit den ersten Versuchen zur Darstellung eines CAAC-stabilisierten, Diboranyl-substituierten Borylens.
N2  - The first part of this thesis focuses on the synthesis and reactivity of novel diboranes(4). Furthermore, the reactivity of dihalodiboranes(4) towards phenyl azide was investigated. Symmetrical derivatives Ia and IIb gave five-membered B2N3 heterocycles 14 and 15 with retention of the B-B bond. The second chapter of this work deals with the unexpected reactivity of NHC-stabilized μ-hydridodiboranes(5) XXIII and XXIV. The final part of this thesis focuses on the first attempts to synthesize a CAAC-stabilised, diboranyl-substituted borylene.
KW  - Diborane
KW  - Diborane(4)
KW  - diboranes(4)
KW  - Diborane(5)
KW  - diboranes(5)
KW  - sp2-sp3
KW  - Bor
KW  - boron
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-210749
ER  - 
TY  - THES
A1  - Müssig, Jonas Heinrich
T1  - Synthese und Reaktvität von Gruppe 13 Elementhalogeniden gegenüber metallischen und nicht-metallischen Lewis-Basen
T1  - Synthesis and Reactivity of Group 13 Elemental halides towards Metal and Nonmetal Lewis-Bases
N2  - Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Dibortetrahalogenide dargestellt, deren Eigenschaften strukturell sowie spektroskopisch analysiert und deren Reaktivität gegenüber Lewis-basischen Hauptgruppenelementverbindungen untersucht. Durch anschließende Reaktivitätsstudien konnten unter anderem neuartige Diborene dargestellt und analysiert werden.
Weiterhin wurde die Verbindungsklasse der Elementhalogenide der Gruppe 13 in der Oxidationsstufe +2 (B, Ga, In) und +3 (In) bezüglich ihrer Reaktivität gegenüber Übergangsmetall Lewis-Basen untersucht. Die gebildeten, neuartigen Bindungsmodi der Gruppe 13 Elemente am Übergangsmetall wurden strukturell, spektroskopisch sowie quantenchemisch analysiert.
N2  - As a part of the present work diborontetrahalides were synthesized, analyzed and their reactivity was investigated towards Lewis-basic main group compounds. Subsequent reactivity studies were performed and novel Diborenes were synthesized and analyzed.
Furthermore the reactivity of group 13 elemental halides in the oxidation state +2 (B, Ga, In) and +3 (In) was investigated towards Lewis-basic transition metal complexes. The novel bonding motifs of the group 13 elements at the metal center were investigated structurally, spectroscopically and by quantum chemical calculations.
KW  - Übergangsmetallkomplex
KW  - Bor
KW  - Lewis-Base
KW  - Gallium
KW  - Indium
KW  - Gruppe 13 element
KW  - Diboren
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179831
ER  - 
TY  - THES
A1  - Seufert, Jens
T1  - Synthese und Reduktionsverhalten neuer Lewis-Basen-Addukte des Bors sowie Redox-aktiver Ligandentransfer durch Silylene
T1  - Synthesis and reduction of novel Lewis-base adducts of boron and redox-active Ligand Transfer through silylenes
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit war es möglich, diverse Lewis-Basen für deren Einsatz zur Stabilisierung niedervalenter Borverbindungen zu testen. Dabei wurden neuartige Mono- und Diboran(4)-Addukte mit mesoionischen Carbenen, Phosphanen und Alkyl-verbrückten Carbenen synthetisiert, charakterisiert und deren Reduktionsverhalten getestet. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass elektronenreiche Bis(amidinato)- und Bis(guanidinato)silylene eine diverse Vielfalt an Reaktionstypen induzieren und dabei zu Redox-Reaktionen und Ligandenübertrag neigen.
N2  - Within the scope of this work, a variety of Lewis-bases were tested for their capability to stabilize low-valent boron compounds. Thereby, novel adducts of mono- and diboranes with mesoionic carbenes, phosphines and alkyl-bridged carbenes were synthesized, characterized and their reduction behavior was tested. Furthermore, it was shown that electron-rich bis(amidinato)- and bis(guanidinato)silylenes induce a range of interesting reactions and are prone to ligand transfer as well as redox reactions.
KW  - Bor
KW  - Reaktivität
KW  - Silylen
KW  - Carbene
KW  - Ligandentransfer
KW  - verbrückende Carbene
KW  - mesoionische Carbene
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-173987
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ritschel, Benedikt Tobias
T1  - Lewis-Basen-stabilisierte Bor–Bor-Mehrfachbindungssysteme – Reaktivitätsstudien an Diboracumulenen und Dicyanodiborenen
T1  - Lewis base-stabilized boron-boron multiple bonds - reactivity studies on diboracumulenes and dicyanodiborenes
N2  - Die vorliegende Arbeit umfasst im Wesentlichen Studien über die Reaktivität von Diboracumulenen sowie Dicyanodiborenen gegenüber diversen Substraten verschiedener Substanzklassen, wie z. B. Acetylenen, Aminen, Aziden, Nitrilen, Isonitrilen und Übergangsmetallen. Auf diese Weise sollen zunächst Einblicke in das unterschiedliche Reaktionsverhalten der niedervalenten Borverbindungen ermöglicht sowie ein Verständnis für die erhaltenen, teils neuartigen, Bindungsmodi und Substanzklassen etabliert werden. Die jeweiligen MecAAC- und CycAAC-stabilisierten Verbindungen wurden hierbei auf den Einfluss des sterischen Anspruchs der Liganden in Bezug auf die Reaktivität untersucht. Die aufgeführten Kapitel beziehen sich daher auf die Reaktivität der Diboracumulene wie auch die der Dicyanodiborene gegenüber Verbindungen jeweils einer bestimmten Substanzklasse. Die erhaltenen Produkte werden, soweit möglich, miteinander verglichen.
N2  - The present work mainly comprises studies on the reactivity of diboracumulenes as well as dicyanodiborenes towards diverse substrates of different substance classes, such as acetylenes, amines, azides, nitriles, isonitriles and transition metals. In this way, insights into the different reaction behavior of the low-valent boron compounds of the obtained, partly novel, binding modes and substance classes should be established. In this context, the respective MecAAC- and CycAAC-stabilized compounds were examined towards the influence of the steric requirement of the ligands with respect to the reactivity. Therefore, the chapters refer to the reactivity of the diboroacumulenes as well as that of the dicyanodiborenes towards compounds of a particular substance class in each case. Where possible, the products obtained are compared with each other.
KW  - Bor
KW  - Reaktivitätsstudien
KW  - reacitvity studies
KW  - Mehrfachbindung
KW  - Hauptgruppenelementverbindungen
KW  - Diboren
KW  - Diboracumulen
KW  - diborene
KW  - diboracumulene
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-243306
ER  - 
TY  - THES
A1  - Englert, Lukas
T1  - Synthese und Reaktivität Phosphan-stabilisierter Diborene
T1  - Synthesis and Reactivity of Phosphine-stabilised Diborenes
N2  - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Reaktivität von Phosphan-stabilisierten Diborenen. Der erste Teil beschreibt die Darstellung von Tetrabromdiboran(4)-Addukten mit zweizähnigen (84a–87c) und einzähnigen Phosphanen (43a–c; 88a–89b), welche ausgehend von B2Br4(SMe2)2 (83) in einer Substitutionsreaktion in sehr guten Ausbeuten erhalten wurden. In fast allen Fällen gelang es mithilfe der Molekülstrukturen im Festkörper die Verbindungen näher zu untersuchen. Dabei konnten erstmalig Phosphan-verbrückte Diboran(6)-Verbindungen 86a–87a strukturell charakterisiert werden. Eine Besonderheit stellt in diesem Zusammenhang der PBBP-Torsionswinkel α dar, der die Abwinklung zwischen den Phosphanliganden angibt und welcher mit steigender Sterik zunimmt, was auf attraktive Dispersionswechselwirkungen zwischen den organischen Resten zurückzuführen ist.
Einige Addukte wurden experimentell auf ihr Redoxverhalten hin untersucht. Obwohl bei vielen Reduktionsversuchen Diboren-typische NMR-Signale beobachtet wurden, sind die meisten Produkte so instabil, dass keine weiteren Beweise für die erfolgreiche Darstellung der jeweiligen Diborene erbracht werden konnten. Nur für 88c gelang die zielgerichtete Reduktion zum Diboren 93c zu reduzieren. Die analysenreine Isolierung von 93c gelang jedoch nicht, sodass es in situ zum Diboren-Übergangsmetall-side-on Komplex 94 umgesetzt wurde. Quantenchemische Untersuchungen der Grenzorbitale zeigten, dass sehr wahrscheinlich die energetische Lage der MOs mit Anteilen auf den σ*-Orbitalen der B‒Br-Bindungen ausschlaggebend für eine erfolgreiche Reduktion von Bisphosphanaddukten zum Diboren ist. Allerdings stellt auch der räumliche Anspruch der Phosphane einen entscheidenden Stabilitätsfaktor für das entstehende Phosphan-stabilisierte Diboren dar. 
Weiterhin wurde das Portfolio an Phosphan-stabilisierten 1,2-Diaryldiborenen mit den Ver-bindungen 97a–98b erweitert und die Synthese derartiger Diborene in einer Eintopfsynthese optimiert. Außerdem gelang die erstmalige Darstellung Phosphan-stabilisierter Diborene mit Durylsubstituenten (98a/b), die sich aber, mitsamt ihren Brom-verbrückten Monoadduktvorstufen 96a/b, als unerwartet labil erwiesen. Die Diborene zeigen für diese Verbindungsklasse typische NMR-spektroskopische und röntgenkristallographische Messdaten. Zusätzlich wurden 97a/b mittels UV/Vis-Spektroskopie und quantenchemischen Methoden näher analysiert.
Das Hauptaugenmerk der durchgeführten Forschungsarbeiten lag auf der Untersuchung der Reaktivität des Diborens 48a. Dessen B=B-Bindungsordnung konnte in zwei Reaktionen mit unterschiedlichen Oxidationsmitteln unter Bildung des Radikalkations [100]∙+ herabgesetzt werden. Eine Oxidation der B=B-Bindung gelang auch mit der Umsetzung von 48a mit Chalkogenen und chalkogenhaltigen Reagenzien. Unter anderem gelang mit der Darstellung des 1,2-Dimesityl-1,2-di(phenylseleno)diborans(4) (104) die Synthese eines seltenen Beispiels für ein strukturell aufgeklärtes, selenhaltiges Diboran(4). Dabei konnte außerdem erstmals die vollständige Freisetzung beider Lewis-Basen aus einem Diboren unter gleichzeitiger Reduktion der Bindungsordnung beobachtet werden.
Weiterhin wurde 48a mit stickstoffhaltigen Heteroaromaten umgesetzt. Dabei lassen die spektroskopischen und quantenchemischen Daten ein Pyridin-stabilisiertes Diboren 105 vermuten. In weiteren Versuchen wurde 48a mit 2,2'-Bipyridin untersucht und ein Monoboran und das 1,4-Diaza-2,3- diborinin 106 erhalten. 106 wurde im Festkörper und quantenchemisch näher untersucht. Eine NICS-Analyse bescheinigt dem zentralen B2N2C2-Ring des Diborans(4) ein außer-ordentliches Maß an Aromatizität.
Ferner war 48a in der Lage, Element-Wasserstoffbindungen zu aktivieren (E = B, Si, N, S). Während für die Umsetzungen mit diversen Silanen nur über die Reaktionszusammensetzung spekuliert werden konnte, gelang die Strukturaufklärung zweier Produkte der Reaktion mit HBCat (110 und 111) mittels Einkristallröntgenstrukturanalyse. In diesem Zusammenhang gelang die Darstellung der sp2-sp3-Diborane(5) 112–113b in Umsetzungen von 48a mit einem Thiol bzw. mit Anilinderivaten in guten Ausbeuten. Die NMR-spektroskopischen und kristallographischen Daten der Produkte sind miteinander vergleichbar und liegen im erwarteten Bereich derartiger Verbindungen. Zusätzlich konnte in den stickstoffhaltigen Produkten 113a/b die trans-Konfiguration der B=N-Doppelbindung mittels 1H–1H-NOESY-NMR-Experimenten bestätigt werden. 
Das Diboren 48a zeigt auch ein reichhaltiges Reaktivitätsverhalten gegenüber kleinen Molekülen. Nach dem Austausch der Schutzgasatmosphäre gegen N2O oder CO2 konnte die oxidative Zersetzung von 48a zum literaturbekannten Boroxinderivat 114 festgestellt werden.
Gänzlich anders verlief die Reaktion von 48a mit CO, wobei ein interessanter, achtgliedriger Heterocyclus 115 gebildet wurde, der formal aus zwei gespaltenen CO-Molekülen und zwei Diborenen besteht. Die genaue Beschreibung der Bindungssituation innerhalb der BC(P)B-Einheit kann, anhand der Festkörperstruktur von 115 und DFT-Berechnungen, mit literaturbekannten α-borylierten Phosphoryliden verglichen werden. Mit hoher Wahrscheinlichkeit liegt eine Mischform der mesomeren Grenzstrukturen 115-A, 115-B und 115-C vor, da für alle drei Strukturvorschläge experimentelle Hinweise gefunden werden können.
Das Diboren 48a reagierte mit H2 ohne Katalysator, unter thermischer Belastung, erhöhtem Druck und langer Reaktionszeit zu unterschiedlichen Produkten. Erste Umsetzungen führten hierbei zum Produkt 118a, das in folgenden Hydrierungen aber nicht mehr reproduziert werden konnte. Stattdessen wurde die selektive Bildung der Monoborane 119a/b beobachtet. Für beide Reaktivitäten wurde je ein Reaktionsmechanismus quantenchemisch untersucht. Das Schlüsselintermediat ist dabei jeweils ein hochreaktives Intermediat Int3, welches vermutlich für eine Vielzahl an Reaktivitäten von 48a verantwortlich ist.
Das letzte Kapitel widmete sich unterschiedlichen Cycloadditionen von 48a mit verschiedenen ungesättigten Substraten. Die Reaktivität gegenüber Aziden konnte hierbei nicht vollständig aufgeklärt werden. Allerdings gelang es ein PMe3-stabilisiertes Phosphazen 122 als Nebenprodukt nachzuweisen und gezielt in einer Staudinger-Reaktion darzustellen.
Mit Carbodiimiden reagierte das Diboren 48a unter photolytischen Bedingungen zu den 1,2,3-Azadiboretidinen 123a–c, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit stark vom sterischen Anspruch des Carbodiimids abhängig war. Das Azadiboretidin 123a konnte im Festkörper näher untersucht werden und stellt ein seltenes Beispiel für einen solchen Heterocyclus dar. Die thermische Umsetzung von 48a mit den Carbodiimiden lieferte hingegen ein noch nicht vollständig aufgeklärtes Produkt. Anhand der spektroskopischen Daten wird die Darstellung eines NHCs mit Diboran(4)-Rückgrat der Art B2Mes2(NiPr)2C: (124a) vermutet. Quantenchemische Untersuchungen sagen für 124a ähnliche Bindungsparameter wie für ein literaturbekanntes π-acides NHC voraus.
Die Reaktion von 48a mit terminalen Alkinen führte zielgerichtet zu PMe3-stabilisierten 1,3-Dihydro-1,3-diboreten 126a–d. In Lösung konnten für 126c/d zusätzlich die jeweiligen Konstitutionsisomere 127c/d mit Anteilen von unter 10% NMR-spektroskopisch beobachtet werden. Im Festkörper wird hingegen nicht das Diboret 126d, sondern ausschließlich das Konstitutionsisomer 127d beobachtet. Die Lewis-Formel der Diborete legt nahe, dass ein elektronenarmes, dreifach koordiniertes Kohlenstoffatom in der BCB-Einheit vorliegt, was im 13C{1H}-NMR-Spektrum mit den entsprechenden Signalen bestätigt wird. Eine elektronische Delokalisation wird mit den ermittelten B‒C-Atomabständen innerhalb der BCsp2B-Einheiten von 126a–c und 127d unterstützt. Die P‒Csp2-Bindung in 127d weist zudem einen kurzen P=C-Bindungsabstand auf, was einen sehr hohen π-Anteil vermuten lässt. Die einmalige Beschreibung des C‒H-Aktivierungsprodukts 131 im Festkörper gibt einen Hinweis auf eine anfängliche [2+2]-Cycloaddition zwischen der B=B-Doppelbindung und dem terminalen Alkin, die über eine 1,3-Umlagerung zur Bildung der 1,3-Diborete führt.
Ferner gelang unter den identischen Reaktionsbedingungen aus 48a und 1,4‐Diethinylbenzol die Darstellung der Mono‐ und Bis(1,3‐dihydro‐1,3‐diborete) 128 und 129, wobei 129 nur im Festkörper genauer untersucht werden konnte. Die Umsetzung von 48a mit 1,3,5‐Triethinylbenzol ergab ein Produktgemisch der Form (B2Mes2(PMe3)HCC)n(C6H3)(CCH)3−n (130-n; n = 1, 2, 3), welches Hinweise auf die zweifache bzw. dreifache Diboretbildung lieferte. DFT-Berechnungen sagen für das Bisdiboret 129 eine Kommunikation zwischen beiden Heterocyclen über den zentralen Benzolring voraus, was die Ursache für die beobachtete Fluoreszenz sein könnte.
Das Diboren 48a reagierte zudem mit Diazabutadienen unter thermischen Bedingungen in inversen Diels-Alder-Reaktionen zu 1,2,3,4-Tetraaryl-1,4-diaza-2,3-diborininen 132a–e. Dies stellt einen neuen Zugang zu dieser Substanzklasse dar. Dabei zeigte sich eine direkte Korrelation zwischen der Reaktionszeit und dem räumlichen Anspruch der Diazabutadiene. Die erfolgreiche Aufarbeitung der 1,4-Diaza-2,3-diborinine ist aufgrund ihrer hohen Löslichkeit in gängigen Lösungsmitteln wesentlich vom Kristallisationsverhalten der Produkte abhängig. Die analoge Umsetzung unter photochemischen Bedingungen gab Hinweise darauf, dass diese Reaktion dem Mechanismus einer inversen [4+2]-Cycloaddition folgt. Bemerkenswert ist die hohe Stabilität der Diborane(4) 132b/c gegenüber Luft und Wasser, die vermutlich auf der kinetischen Stabilisierung durch die ortho- Methylgruppen der Stickstoff-gebundenen Aromaten beruht.
Im Gegensatz dazu wurde bei der Reaktion zwischen 48a und dem Diazabutadien (MesN)2C2Mes2 das 1,2,3,4-Tetramesityl-5,6-dimethyl-1,4-diaza-2,3-diborinin 132e nur in Spuren nachgewiesen. Unter den gewählten Bedingungen wurde stattdessen Verbindung 133 gebildet. Die systematische, experimentelle Untersuchung dieser Reaktivität wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit nicht durchgeführt. Die Schlüsselschritte des Reaktionsmechanismus zur Bildung von 133 führen höchstwahrscheinlich wieder über das Intermediat Int3. Nach einer 1,2-Wanderung eines Mesitylsubstituenten wird das Monophosphan-stabilisierte Zwitterion Int13a gebildet, welches in seiner Grenzstruktur Int13b als Borylen beschrieben werden kann. Eine anschließende intramolekulare C‒H-Aktivierung resultiert im Diboran(5) 133.
Mit dieser Arbeit ist es gelungen, neue Erkenntnisse über die Chemie Phosphan-stabilisierter Diborene zu erhalten. Die labil gebundenen Phosphane eröffnen diesen Diborenen eine einzigartige Reaktivität, die bei den NHC-Vertretern nicht gefunden wird. In der Zukunft könnten neue Konzepte entwickelt werden dieses Reaktionsverhalten weiter zu nutzen. Wünschenswert wäre es die Diboren-Monomere miteinander zu Ketten zu verknüpfen.
N2  - The present work deals with the synthesis and reactivity of phosphine-stabilised diborenes. The first section describes the preparation of tetrabromodiborane(4) adducts with bidentate (84a–87c) and monodentate phosphines (43a–c; 88a–89b). These were obtained from B2Br4(SMe2)2 (83) in a substitution reaction in very good yields. In almost all cases, it was possible to investigate the compounds more closely based on their solid-state molecular structures. For the first time, the structures of phosphine-bridged di¬bo¬rane(6) compounds 86a–87a were determined. A special feature in this context is the PBBP torsion angle α, which indicates the angular deflection between the phosphine ligands. Contrary to expectations, the angle α decreases with increasing steric demand, which is probably due to attractive dispersion interactions between the organic residues.
The adducts 84a/b, 135a/c, 87a, 88a/c/d and 136a were experimentally investigated for their redox behaviour. Although diborene-type NMR signals were observed in some reduction experiments, most of the products are so unstable that no further evidence for the successful preparation of the respective diborenes was obtained. Therefore, only 88c was successfully reduced to the diborene 93c. However, the isolation of 93c was not successful, thus it was instead reacted in situ with ZnBr2 to form the side-on transition metal diborene complex 94. Quantum-chemical investigations of the frontier orbitals showed that the energy level of the MOs with lobs corresponding to the σ* orbitals of the B‒Br bonds is most likely decisive for the successful reduction of bisphosphine adducts to diborenes. However, the steric demand of the phosphines is also a crucial stabilising factor for the resulting phosphine-stabilised diborene.
Furthermore, the portfolio of phosphine-stabilised 1,2-diaryldiborenes was expanded with compounds 97a–98b and the synthesis of these diborenes was optimised in a one-pot synthesis. In addition, phosphine-stabilised diborenes with duryl substituents (98a/b) were synthesised for the first time, which, together with their bromine bridged monoadduct precursors 96a/b, proved to be unexpectedly labile. The prepared diborenes provided NMR spectroscopic and X-ray crystallographic data which are typical for this class of compounds. Moreover, 97a/b was analysed in more detail using UV/vis spectroscopy and quantum-chemical methods. 
The main focus of this research lies in the investigation of the reactivity of the diborene 48a. Its B=B bond order was reduced in two reactions with different oxidizing agents forming the radical cation [100]∙+. An oxidation of the B=B bond was also achieved with the reaction of 48a with chalcogens and chalcogen-containing reagents. Furthermore, with the preparation of 1,2-dimesityl-1,2-di(phenylseleno)diborane(4) (104), the synthesis of a rare example of a structurally elucidated selenium containing diborane(4) was achieved. In addition, the complete release of both Lewis bases from a diborene with simultaneous reduction of the B=B bond order was observed for the first time.
Furthermore, 48a was reacted with nitrogen containing heteroaromatics. The spectroscopic and quantitative chemical data indicate a pyridine-stabilised diborene 105. Further experiments were aimed at exploring the reactivity of 48a towards 2,2'-bipyridine and the monoborane 107d and the 1,4-diaza-2,3-diborinine 106 were obtained. The solid-state structure of 106 and quantum-chemical investigations suggested a bonding situation comparable to that of carbon analogues. In addition, a NICS analysis confirmed that the central B2N2C2 ring of diborane(4) 106 has an extraordinary degree of aromaticity.
Compound 48a was also able to activate element-hydrogen bonds (E = B, Si, N, S). While for the reactions with various silanes the reaction composition could only be speculated upon, the structure of two products of the reaction with HBCat (110 and 111) were elucidated by means of single crystal X-ray structure analysis. In this context, the sp2-sp3 diboranes(5) 112–113b were obtained in good yields in reactions of 48a with a thiol and with aniline derivatives, respectively. The NMR spectroscopic and crystallographic data of the products are comparable and lie within the expected range of such compounds. In addition, the trans configuration of the B=N double bond in the nitrogenous products 113a/b was confirmed by 1H‒1H-NOESY NMR experiments.
The diborene 48a also shows a rich reactivity towards small molecules. After replacing the inert gas atmosphere with N2O or CO2, the oxidative decomposition of 48a to the literature-known boroxine derivative 114 was detected.
The reaction of 48a with CO was completely different, whereby an interesting, eight-membered heterocycle 115 was formed, which formally consists of two cleaved CO molecules and two diborenes. Based on the solid-state structure of 115 and DFT calculations, the exact description of the bonding situation within the BC(P)B unit can be compared with literature-known α-borylated phosphorus ylides. It is highly probable that a mixed form of the mesomeric structures 115-A, 115-B and 115-C is present since experimental evidence can be found for all three proposed structures.
The diborene 48a reacted with H2 without the need for a catalyst, with heating, high pressure and long reaction times leading to different products. Initial reactions led to the product 118a, which could not be reproduced in subsequent hydrogenations. Instead, the selective formation of the monoboranes 119a/b was observed. One reaction mechanism was computationally determined for each of the reactivities. The key intermediate in each case is the highly reactive intermediate Int3, which is presumably responsible for a large number of the reactivity patterns of 48a.
The last chapter is devoted to different cycloadditions of 48a with different unsaturated substrates. The reactivity towards azides could not be fully elucidated. However, it was possible to detect a PMe3 stabilised phosphazene 122 as a byproduct, which could be independently synthesised via a Staudinger reaction.
The diborene 48a reacted with carbodiimides under photolytic conditions to give the 1,2,3 azadiboretidines 123a–c, whereby the reaction rate was strongly dependent on the steric demand of the carbodiimide. The solid-state structure of azadiboretidine 123a was determined and represents a rare example of such a heterocycle. The thermal reaction of 48a with carbodiimides, on the other hand, yielded a product that has not yet been fully elucidated. Based on the spectroscopic data, the preparation of a NHC with a diborane(4) backbone of the type B2Mes2(NiPr)2C: (124a) is suspected. Quantum-chemical investigations predicted similar bonding parameters for 124a as for a literature known π-acidic NHC.
The reaction of 48a with terminal alkynes led to PMe3-stabilised 1,3-dihydro-1,3-diboretes 126a–d. For 126c/d the respective constitutional isomers 127c/d with proportions of less than 10% could additionally be observed via solution NMR spectroscopy. In the solid state, on the other hand, not the diborete 126d but exclusively the constitutional isomer 127d was observed. The Lewis formulas of the diboretes suggest that an electron-deficient, tricoordinate carbon atom is present in the BCB unit, which is confirmed by its 13C{1H} NMR spectrum, which contains corresponding signals. The electronic delocalisation is supported by the experimentally derived B‒C atomic distances within the BCsp2B units of 126a–c and 127d. The P‒Csp2 bond in 127d is short, suggesting a high degree of π-character. The unique description of the C‒H activation product 131 in the solid state suggests an initial [2+2] cycloaddition between the B=B double bond and the terminal alkyne, which leads to the formation of the 1,3-diboretes via a 1,3 rearrangement.
Using the identical reaction conditions as the reaction between 48a and 1,4-diethylbenzene, the preparation of the mono- and bis(1,3-dihydro-1,3-diboretes) 128 and 129 was achieved, whereby 129 could only be structurally authenticated. The reaction of 48a with 1,3,5-triethynylbenzene gave a mixture of products of the type (B2Mes2(PMe3)HCC)n(C6H3)(CCH)3-n (130-n; n = 1, 2, 3), which provided evidence for the two- and threefold diborete formation, respectively. DFT calculations predict some degree of communication between the two heterocycles via the central benzene ring in the bisdiborete 129, which could be the cause of the observed fluorescence. 
The diborene 48a also reacted with diazabutadienes under thermal conditions in inverse Diels-Alder reactions to give 1,2,3,4-tetraaryl-1,4-diaza-2,3-diborinines 132a–e. This represents a new approach to this substance class. Thereby, a direct correlation between the reaction time and the steric demand of the diazabutadienes was observed. The successful work-up of the 1,4-diaza-2,3-diborinines is essentially dependent on the crystallisation behaviour of the products due to their high solubility in common solvents. The analogous conversion under photochemical conditions indicated that this reaction follows the mechanism of an inverse electron demand [4+2] cycloaddition. The high stability of the diborane(4) 132b/c against air and water is remarkable, which is probably due to the kinetic stabilisation by the ortho-methyl groups of the nitrogen-bound aryl groups.
In contrast, the reaction between 48a and the diazabutadiene (MesN)2C2Mes2 gave the 1,2,3,4-tetramesityl-5,6-dimethyl-1,4-diaza-2,3-diborinine 132e, but only in small amounts. Instead, compound 133 was formed under the chosen conditions. However, the systematic, experimental investigation of this reactivity was not carried out within the scope of this work. The key intermadiate of the reaction mechanism for the formation of 133 is most probably again the intermediate Int3. After a 1,2-migration of a mesityl substituent, the monophosphine-stabilised zwitterion Int13a is formed, which can be described as a borylene in its mesomeric structure Int13b. A subsequent intramolecular C‒H activation results in the diborane(5) 133.
This work provides new insights into the chemistry of phosphine-stabilised diborenes. The labile phosphine groups provide a unique reactivity to the diborenes that is not found in the NHC-bound derivatives. In the future, new concepts could be developed to further exploit this reaction behaviour. Along these lines, it would be desirable to link diborenes with each other to create chains.
KW  - Bor
KW  - Synthese
KW  - Doppelbindung
KW  - Phosphin
KW  - Reaktivität
KW  - Diboren
KW  - Phosphan-stabilisiert
KW  - Diborene
KW  - Phosphine-stabilised
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-241365
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hagspiel, Stephan Alexander
T1  - Synthesis and Reactivity of Pseudohalide-substituted Boranes and Borylenes
T1  - Synthese und Reaktivität Pseudohalogenid-substituierter Borane und Borylene
N2  - This work involves the synthesis and reactivity of pseudohalide-substituted boranes and borylenes. A series of compounds of the type (CAAC)BR2Y (CAAC = cyclic alkyl(amino)carbene; R = H, Br; Y = CN, NCS, PCO) were prepared first. The two-electron reduction of (CAAC)BBr2Y (Y = CN, NCS) in the presence of a second Lewis base L (L = N-heterocyclic carbene) resulted in the formation of the corresponding doubly Lewis base-stabilized pseudohaloborylenes (CAAC)(L)BY. These borylenes show versatile reactivity patterns, including their oxidation to the corresponding radical cations, coordination via the respective pseudohalide substituent to group 6 metal carbonyl complexes, as well as a boron-centered protonation with Brønsted acids to boronium cations. Reduction of (CAAC)BBr2(NCS) in the absence of a second donor ligand, led to the formation of boron-doped thiazolothiazoles via reductive dimerization of two isothiocyanatoborylenes. These B,N,S-heterocycles possess a low degree of aromaticity as well as interesting photophysical properties and can furthermore be protonated as well as hydroborated. Additionally, CAAC adducts of the parent boraphosphaketene (CAAC)BH2(PCO) could be prepared, which readily reacted with boroles [Ph4BR'] (R' = aryl) via decarbonylation in a ring expansion reaction. The obtained 1,2-phosphaborinines represent B,P-isosteres of benzene and consequently could be coordinated to metal carbonyl complexes of the chromium triade via η6-coordination, resulting in new half-sandwich complexes thereof.
N2  - Diese Arbeit beinhaltet die Synthese und Reaktivität von Pseudohalogenid-substituierten Boranen und Borylenen. Dabei wurde zunächst eine Reihe an Verbindungen des Typs (CAAC)BR2Y (CAAC = cyclisches Alkyl(amino)carben; R = H, Br; Y = CN, NCS, PCO) dargestellt. Die Zweielektronenreduktion von (CAAC)BBr2Y (Y = CN, NCS) in der Gegenwart einer weiteren Lewis-Base L (L = N-heterocyclisches Carben) resultierte in der Bildung der entsprechenden zweifach Lewis-Basen-stabilisierten Pseudohalogenborylene (CAAC)(L)BY. Diese Borylene zeigen eine vielseitige Folgechemie, wobei sie zu den korrespondierenden Radikalkationen oxidiert, über den jeweiligen Pseudohalogenidsubstituenten an Metallcarbonylkomplexe der Gruppe 6 koordiniert sowie mit Brønsted-Säuren Bor-zentriert zu Boroniumkationen protoniert werden können. Die Reduktion von (CAAC)BBr2(NCS) in Abwesenheit eines weiteren Donorliganden führte über die reduktive Dimerisierung zweier Isothiocyanatoborylene zur Bildung Bor-dotierter Thiazolothiazole. Diese B,N,S-Heterocyclen verfügen über ein geringes Ausmaß an Aromatizität sowie interessante photophysikalische Eigenschaften, und können darüber hinaus protoniert wie auch hydroboriert werden. Des Weiteren konnten CAAC-Addukte des Stammboraphosphaketens (CAAC)BH2(PCO) dargestellt werden, die bereitwillig unter Decarbonylierung in einer Ringerweiterungsreaktion mit Borolen [Ph4BR‘] (R‘ = Aryl) reagieren. Die erhaltenen 1,2-Phosphaborinine stellen B,P-Isostere des Benzols dar und konnten folglich über eine η6-Koordination an Metallcarbonylkomplexe der Chromtriade koordiniert werden, woraus neue Halbsandwichkomplexe dieser resultierten.
KW  - Borylene
KW  - Pseudohalogenide
KW  - Heteroaromaten
KW  - boron
KW  - pseudohalides
KW  - heterocycles
KW  - aromaticity
KW  - DFT
KW  - Bor
KW  - Pseudohalogenide
KW  - Heterocyclen
KW  - Aromatizität
KW  - DFT
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-249459
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rempel, Anna
T1  - Synthese und Reaktivität von Boryldiazenidokomplexen
T1  - Synthesis and Reactivity of Boryldiazenido Complexes
N2  - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese, Charakterisierung und Reaktivität von Boryldiazenidokomplexen. Im ersten Abschnitt wird die Synthese von neuartigen Boryldiazenidokomplexen behandelt. Im zweiten Teil werden Studien zu den Reaktivitäten dieser Verbindungen gegenüber Elektrophilen, Lewis-Basen sowie Reaktionen an den Element-Halogen-Bindungen vorgestellt.
N2  - The present work deals with the synthesis, characterization and reactivity of boryldiazenido complexes. In the first section, the synthesis of novel boryldiazenido complexes is discussed. In the second part, studies on the reactivities of these compounds toward electrophiles, Lewis bases, and reactions at the element-halogen bonds are presented.
KW  - Übergangsmetallkomplexe
KW  - Diazenidokomplexe
KW  - Bor
KW  - Distickstoffkomplexe
KW  - Boryldiazenidokomplexe
KW  - Boryldiazenido Complexes
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247415
ER  -