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Geringe HOMO-LUMO-Abstände und eine hohe Ladungsträgermobilität prädestinieren die höheren Acene für Anwendungen im Bereich der Organoelektronik. Die Leistungsfähigkeit derartiger Verbindungen steigt hierbei dramatisch mit der Anzahl anellierter Benzolringe. Größere Acenmengen sind synthetisch bisher jedoch nur für Acene bis Heptacen verlässlich zugänglich. Theoretischen Studien zufolge besitzen (Oligo)acene offenschalige Singulettbiradikal- und (Poly)acene polyradikalische Grundzustände. Eindeutige experimentelle Belege für diese Vorhersagen sind hingegen äußerst selten. Durch den Einbau von zwei Boratomen in das Anthracengrundgerüst konnten wir den HOMO-LUMO-Abstand von Acenen dramatisch verringern und zwar ohne die Notwendigkeit einer Ausweitung des konjugierten π-Systems. Stabilisierung der Borzentren durch cyclische (Alkyl)(amino)carbene lieferte hierbei neutrale 9,10-Diboraanthracene mit disjunkten, offenschaligen Singulettbiradikal-Grundzuständen.
Die \(\pi\)-Koordination von Aren- und anionischen Heteroarenliganden ist ein allgegenwärtiges Strukturmotiv in der metallorganischen Chemie der d- und f-Block-Elemente. Im Gegensatz dazu sind vergleichbare \(\pi\)-Wechselwirkungen neutraler Heteroarene, darunter auch solche neutraler, aromatischer Borheterocyclen, für den f-Block weit weniger verbreitet, was z. T. mit einer geringeren Effektivität der Metall-zu-Ligand-Rückbindung in Zusammenhang gebracht werden kann. Für die Actinoide sind π-Komplexe mit neutralen Heteroarenliganden sogar gänzlich unbekannt. Durch Ausnutzung der außergewöhnlichen \(\pi\)-Donorstärke eines 1,4-Diborabenzols ist es uns nun gelungen, eine Reihe stabiler π-Halbsandwichkomplexe des Thoriums(IV) und des Urans(IV) über einen erstaunlich einfachen Zugang zu generieren: Umsetzung eines 1,4-Diborabenzols mit ThCl\(_{4}\)(dme)\(_{2}\) bzw. UCl\(_{4}\) in Gegenwart einer Lewis-Base. Hierdurch konnten die ersten Beispiele für Actinoidkomplexe mit einem neutralen Borheterocyclus als Sandwich-artigem Liganden erhalten werden. Laut experimentellen und theoretischen Studien ist die starke Actinoid-Heteroaren-Wechselwirkung in diesen Molekülen im Wesentlichen von elektrostatischer Natur. Der kovalente Hauptbeitrag wird hingegen von der Ligand-zu-Metall-\(\pi\)-Wechselwirkung geleistet, während \(\pi\)/δ-Rückbindungsanteile kaum eine Rolle spielen.
cAAC‐Stabilized 9,10‐diboraanthracenes—Acenes with Open‐Shell Singlet Biradical Ground States
(2020)
Narrow HOMO–LUMO gaps and high charge‐carrier mobilities make larger acenes potentially high‐efficient materials for organic electronic applications. The performance of such molecules was shown to significantly increase with increasing number of fused benzene rings. Bulk quantities, however, can only be obtained reliably for acenes up to heptacene. Theoretically, (oligo)acenes and (poly)acenes are predicted to have open‐shell singlet biradical and polyradical ground states, respectively, for which experimental evidence is still scarce. We have now been able to dramatically lower the HOMO–LUMO gap of acenes without the necessity of unfavorable elongation of their conjugated π system, by incorporating two boron atoms into the anthracene skeleton. Stabilizing the boron centers with cyclic (alkyl)(amino)carbenes gives neutral 9,10‐diboraanthracenes, which are shown to feature disjointed, open‐shell singlet biradical ground states.
Planar Cyclopenten‐4‐yl Cations: Highly Delocalized π Aromatics Stabilized by Hyperconjugation
(2020)
Theoretical studies predicted the planar cyclopenten‐4‐yl cation to be a classical carbocation, and the highest‐energy isomer of C\(_{5}\)H\(_{7}\)\(^{+}\). Hence, its existence has not been verified experimentally so far. We were now able to isolate two stable derivatives of the cyclopenten‐4‐yl cation by reaction of bulky alanes Cp\(^{R}\)AlBr\(_{2}\) with AlBr3. Elucidation of their (electronic) structures by X‐ray diffraction and quantum chemistry studies revealed planar geometries and strong hyperconjugation interactions primarily from the C−Al σ bonds to the empty p orbital of the cationic sp\(^{2}\) carbon center. A close inspection of the molecular orbitals (MOs) and of the anisotropy of current (induced) density (ACID), as well as the evaluation of various aromaticity descriptors indicated distinct aromaticity for these cyclopenten‐4‐yl derivatives, which strongly contrasts the classical description of this system. Here, strong delocalization of π electrons spanning the whole carbocycle has been verified, thus providing rare examples of π aromaticity involving saturated sp\(^{3}\) carbon atoms.
Stabilisierung planarer Cyclopenten‐4‐yl‐Kationen durch Hyperkonjugation und π‐Delokalisierung
(2020)
Theoretischen Untersuchungen zufolge stellt das planare Cyclopenten-4-yl-Kation das energetisch ungünstigste C\(_{5}\)H\(_{7}\)\(^{+}\)-Isomer dar und ist am ehesten als klassisches Carbokation zu beschreiben, wobei dessen Existenz experimentell bislang noch nicht nachgewiesen werden konnte. Durch Umsetzung sterisch überfrachteter Alane vom Typ Cp\(^{R}\)AlBr\(_{2}\) mit AlBr3 ist uns nun die Isolierung zweier stabiler Derivate des Cyclopenten-4-yl-Kations gelungen. Untersuchungen zu deren (elektronischer) Struktur (XRD, QM) offenbarten planare Geometrien und starke Hyperkonjugationswechselwirkungen zwischen den C-Al-σ-Bindungen und dem unbesetzten p-Orbital der kationischen sp\(^{2}\)-Kohlenstoffzentren. Die Analyse der Molekülorbitale (MOs), der Anisotropie der induzierten Stromdichte (ACID) sowie verschiedener Aromatizitätsdeskriptoren deuten hierbei auf ein hohes Maß an Delokalisierung und π-Aromatizität in diesen Systemen hin, was einer klassischen Beschreibung grundlegend widerspricht. Unsere Cyclopenten-4-yl-Kationen gehören somit zu den wenigen Beispielen aromatischer Carbocyclen, in denen eine Delokalisierung der π-Elektronen über gesättigte sp\(^{3}\)-Kohlenstoffatome hinweg beobachtet wird.
Several bis(dimethylamino)‐substituted 1,4‐diaza‐2,3‐diborinines (DADBs) were synthesized with variable substituents at the backbone nitrogen atoms. By reaction with HCl or BX\(_{3}\) (X=Br, I), these species were successfully converted into their synthetically more useful halide congeners. The high versatility of the generated B−X bonds in further functionalization reactions at the boron centers was demonstrated by means of salt elimination (MeLi) and commutation (NMe\(_{2}\) DADBs) reactions, thus making the DADB system a general structural motif in diborane(4) chemistry. A total of 18 DADB derivatives were characterized in the solid state by X‐ray diffraction, revealing a strong dependence of the heterocyclic bonding parameters from the exocyclic substitution pattern at boron. According to our experiments towards the realization of a Dipp‐substituted, sterically encumbered DADB, the mechanism of DADB formation proceeds via a transient four‐membered azadiboretidine intermediate that subsequently undergoes ring expansion to afford the six‐membered DADB heterocycle.
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.