Ludwig Zapf

• N-heterocyclic carbenes (NHC) are utilized for the stabilization of reactive compounds, for the activation of strong bonds, and as ligands in transition metal chemistry. In contrast to neutral NHCs, few examples of anionic or even dianionic NHCs are known. One approach for the synthesis of anionic carbenes is the deprotonation of neutral or anionic precursors, bearing Lewis acids instead of alkyl or aryl substituents. Following this strategy, novel anionic and dianionic NHCs, featuring weakly coordinating fluorinated borane and phosphoraneN-heterocyclic carbenes (NHC) are utilized for the stabilization of reactive compounds, for the activation of strong bonds, and as ligands in transition metal chemistry. In contrast to neutral NHCs, few examples of anionic or even dianionic NHCs are known. One approach for the synthesis of anionic carbenes is the deprotonation of neutral or anionic precursors, bearing Lewis acids instead of alkyl or aryl substituents. Following this strategy, novel anionic and dianionic NHCs, featuring weakly coordinating fluorinated borane and phosphorane substituents or coordinating tricyanoborane substituents were synthesized within the scope of this thesis. These carbenes possess unprecedented stabilities compared to related species. Furthermore, their electronic and steric properties can be directly adjusted by the type of Lewis acid attached. Their potential as ligands with highly shielding weakly coordinating substituents next to the carbene coordination center was demonstrated by the syntheses of the respective NHC selenium adducts and NHC gold(I) complexes. In contrast anionic NHCs with coordinating tricyanoborane moieties have an outstanding potential as ditopic ligands with coordination being possible at the carbene center and via the cyano groups. Their beneficial ligand properties were demonstrated by the syntheses of the respective NHC selenium adducts and NHC nickeltricarbonyl complexes. The combination of electronic properties, the large buried volume, the negative charge, the possibility to act as ditopic or ligands with weakly coordinating groups, and the ease of accessibility render borane- and phosphorane functionalized NHCs unique novel ligands. A further project of this PhD thesis deals with the steric properties of Lewis acids. Therefore, an easy-to-apply model was designed to quantify the steric demand of Lewis acids. Using the results of this evaluation, a second model was developed which judges the steric repulsion in Lewis acid/base adduct formation for arbitrary sets of acids and bases.…
• N-heterozyklische Carbene (NHC) werden für die Stabilisierung reaktiver Verbindungen, für die Aktivierung starker Bindungen sowie als Liganden in der Übergangsmetallchemie eingesetzt. Im Gegensatz zu neutralen NHCs sind nur sehr wenige Vertreter anionischer oder gar dianionischer NHCs bekannt. Eine gute Strategie für deren Synthese stellt die Deprotonierung neutraler oder anionischer Vorstufen dar, welche Lewis-Säuren an Stelle von Alkyl- oder Arylsubstituenten tragen. Dieser Route folgend, wurden im Rahmen dieser Arbeit neue anionische undN-heterozyklische Carbene (NHC) werden für die Stabilisierung reaktiver Verbindungen, für die Aktivierung starker Bindungen sowie als Liganden in der Übergangsmetallchemie eingesetzt. Im Gegensatz zu neutralen NHCs sind nur sehr wenige Vertreter anionischer oder gar dianionischer NHCs bekannt. Eine gute Strategie für deren Synthese stellt die Deprotonierung neutraler oder anionischer Vorstufen dar, welche Lewis-Säuren an Stelle von Alkyl- oder Arylsubstituenten tragen. Dieser Route folgend, wurden im Rahmen dieser Arbeit neue anionische und dianionische NHCs dargestellt, welche mit schwach koordinierenden, fluorierten Boran- und Phosphoransubstituenten oder mit koordinierenden Tricyanoboraneinheiten funktionalisiert sind. Diese Carbene besitzen beispiellose Stabilitäten, verglichen mit verwandten Verbindungen. Darüber hinaus können deren elektronischen und sterischen Eigenschaften direkt über die Wahl der Lewis-Säure gesteuert werden. Das Potential der Liganden mit stark abschirmenden schwach koordinierenden Substituenten in Nachbarschaft zum Carbenzentrum wurde durch die Synthese von NHC-Selen-Verbindungen sowie NHC-Gold(I)komplexen gezeigt. Im Gegensatz hierzu besitzen anionische NHCs mit koordinierenden Tricyanoboraneinheiten ein herausragendes Potential als ditope Liganden, da eine Koordination sowohl über das Carbenzentrum als auch über die Cyanogruppen möglich ist. Diese Vorteilhaften Ligandeneigenschaften wurden durch die Synthese entsprechender NHC-Selen-Addukte und NHC-Nickeltricarbonylkomplexe gezeigt. Somit macht die Kombination der elektronischen Eigenschaften, des großen verdeckten Volumens, der negativen Ladung, der Möglichkeit als ditoper Ligand oder als Ligand mit schwach koordinierenden Gruppen zu fungieren sowie die einfache Zugänglichkeit Boran- und Phosphoran-funktionalisierte NHCs zu einzigartigen neuartigen Liganden. Ein weiterer Teil dieser Arbeit setzt sich mit dem sterischen Anspruch von Lewis-Säuren auseinander. Hierfür wurde ein einfach anwendbares Modell entworfen, welches diesen quantifiziert. Ausgehend von diesen Ergebnissen wurde ein zweites Modell entwickelt, welches die sterische Abstoßung zwischen Lewis-Säure/Base-Addukten für beliebige Säure/Base-Kombinationen beurteilt.…