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Iron- and Copper-catalyzed Borylation of Alkyl and Aryl Halides and B–B Bond Activation and NHC Ring-expansion Reactions of the Diboron(4) Compound Bis(ethylene glycolato)diboron (B\(_2\)eg\(_2\))

Eisen- und kupferkatalysierte Borylierung von Alkyl- und Arylhalogeniden und B-B Bindungsaktivierung und NHC Ringerweiterungsreaktionen der Diboran(4) Verbindung Bis(ethylenglykol)diboran (B\(_2\)eg\(_2\))

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-149791
  • The purpose of the present work was, in the first part, to investigate the potential of iron-based metal complexes in catalytic borylation reactions with alkyl halides as substrates and B2pin2 as the borylation reagent. Moreover, extended studies of the recently reported, copper mediated borylation reactions of aryl halides were performed, including the screening of substrates and alkoxy bases as well as ligand-screening. Investigations were undertaken on the role of Cu-nanoparticles, which might be involved in this catalytic reaction.The purpose of the present work was, in the first part, to investigate the potential of iron-based metal complexes in catalytic borylation reactions with alkyl halides as substrates and B2pin2 as the borylation reagent. Moreover, extended studies of the recently reported, copper mediated borylation reactions of aryl halides were performed, including the screening of substrates and alkoxy bases as well as ligand-screening. Investigations were undertaken on the role of Cu-nanoparticles, which might be involved in this catalytic reaction. Furthermore, Cu-phosphine complexes were synthesized as precursors, but attempts to isolate Cu-boryl species which are intermediates in the proposed catalytic cycle were unsuccessful, although 11B NMR evidence for a Cu-boryl complex was obtained. In the second part of this work, the alternative, Lewis-acidic diboron(4) compound bis(ethylene glycolato)diboron (B2eg2) was synthesized to compare its reactivity with the reactivity of other diboron(4) compounds (e.g. B2neop2, B2cat2, B2pin2 and B2(NMe2)4). Therefore, reactions of B2eg2 with different Lewis-bases, such as NHCs and phosphines, were performed to investigate the possible formation of sp2-sp3 or sp3-sp3 adducts and ring-expansion reactions (RERs). The aim was to obtain a better general insight into the reactivity of diboron(4) compounds with Lewis-bases because they are both used as reactants in transition metal-catalyzed and metal-free borylation reactions. Understanding the B–B bond activation process promoted by Lewis-bases provides a new perspective on the reaction pathways available for various borylation reactions.show moreshow less
  • Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde das Potential eisenkatalysierter Borylierungsreaktionen von Alkylhalogeniden (Substrate) mit B2pin2 als Borylierungsreagenz untersucht. Weiterhin wurden detaillierte und intensive Untersuchungen zur literaturbekannten kupferkatalysierten Borylierung von Arylhalogeniden durchgeführt, einschließlich eines Screenings von unterschiedlich funktionalisierten Substraten und diversen Alkoxybasen. Es wurde ebenfalls ein sehr umfangreiches Ligandenscreening durchgeführt. Des Weiteren wurden die möglicheIm ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde das Potential eisenkatalysierter Borylierungsreaktionen von Alkylhalogeniden (Substrate) mit B2pin2 als Borylierungsreagenz untersucht. Weiterhin wurden detaillierte und intensive Untersuchungen zur literaturbekannten kupferkatalysierten Borylierung von Arylhalogeniden durchgeführt, einschließlich eines Screenings von unterschiedlich funktionalisierten Substraten und diversen Alkoxybasen. Es wurde ebenfalls ein sehr umfangreiches Ligandenscreening durchgeführt. Des Weiteren wurden die mögliche Entstehung und der mögliche Einfluss von Kupfernanopartikeln auf die Borylierungsreaktion untersucht. Um Intermediate der kupferkatalysierten Borylierung zu untersuchen wurden Kupferphosphankomplexe als Vorläufermoleküle für die Synthese von Kupferborylkomplexen hergestellt. Aufgrund der sehr hohen Reaktivität gelang es jedoch nicht, die entsprechenden Kupferborylkomplexe zu isolieren und zu charakterisieren. Es gelang allerdings in einem in situ 11B{1H}-NMR-Experiment, ein 11B{1H}-Signal zu detektieren, welches in dem zu erwartendem Bereich für einen Kupferborylkomplex lag und einen ersten Hinweis für die Bildung eines solchen Kupferborylkomplexes lieferte. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurde das alternative, lewissaure Diboran(4)-Derivat Bis(ethylenglykol)diboran (B2eg2) synthetisiert, um dessen Reaktivität mit der Reaktivität von anderen Diboran(4)-Verbindungen (z.B. B2neop2, B2cat2, B2pin2 und B2(NMe2)4) zu vergleichen. Hierfür wurden Reaktionen von B2eg2 mit unterschiedlichen Lewisbasen wie NHCs und Phosphanliganden durchgeführt und die mögliche Bildung von sp2-sp3 oder sp3-sp3 hybridisierten mono- bzw. bis-Addukten sowie mögliche NHC-Ringerweiterungsreaktionen untersucht. Im Allgemeinen wurde im zweiten Teil der Arbeit versucht ein besseres Verständnis über die Reaktivität von Diboran(4)-Verbindungen mit Lewisbasen zu erlangen, da beide als Reaktanten in übergangsmetallkatalysierten und metallfreien Borylierungsreaktionen verwendet werden. Dies macht es zwingend erforderlich die B–B-Bindungsaktivierung durch Lewisbasen zu verstehen, da hierdurch eine komplett neue Perspektive auf mögliche Reaktionspfade vieler Borylierungsreaktionen eröffnet wird.show moreshow less

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Metadaten
Author: Martin Eck
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-149791
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Fakultät für Chemie und Pharmazie
Faculties:Fakultät für Chemie und Pharmazie / Institut für Anorganische Chemie
Referee:Prof. Dr. Todd B. Marder, Prof. Dr. Udo Radius, Prof. Dr. Matthias Lehmann
Date of final exam:2017/06/02
Language:English
Year of Completion:2018
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 54 Chemie / 546 Anorganische Chemie
Tag:Boron; Catalysis; Chemistry
Release Date:2018/06/04
Licence (German):License LogoCC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitung