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Fluoride abstraction from different types of transition metal fluoride complexes [L\(_n\)MF] (M=Ti, Ni, Cu) by the Lewis acid tris(pentafluoroethyl)difluorophosphorane (C\(_2\)F\(_5\))\(_3\)PF\(_2\) to yield cationic transition metal complexes with the tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphate counterion (FAP anion, [(C\(_2\)F\(_5\))\(_3\)PF\(_3\)]\(^-\)) is reported. (C\(_2\)F\(_5\))\(_3\)PF\(_2\) reacted with trans-[Ni(iPr\(_2\)Im)\(_2\)(Ar\(^F\))F] (iPr2Im=1,3-diisopropylimidazolin-2-ylidene; Ar\(^F\)=C\(_6\)F\(_5\), 1 a; 4-CF\(_3\)-C\(_6\)F\(_4\), 1 b; 4-C\(_6\)F\(_5\)-C\(_6\)F\(_4\), 1 c) through fluoride transfer to form the complex salts trans-[Ni(iPr\(_2\)Im)\(_2\)(solv)(Ar\(^F\))]FAP (2 a-c[solv]; solv=Et\(_2\)O, CH\(_2\)Cl\(_2\), THF) depending on the reaction medium. In the presence of stronger Lewis bases such as carbenes or PPh\(_3\), solvent coordination was suppressed and the complexes trans-[Ni(iPr\(_2\)Im)\(_2\)(PPh\(_3\))(C\(_6\)F\(_5\))]FAP (trans-2 a[PPh\(_3\)]) and cis-[Ni(iPr\(_2\)Im)\(_2\)(Dipp\(_2\)Im)(C\(_6\)F\(_5\))]FAP (cis-2 a[Dipp\(_2\)Im]) (Dipp\(_2\)Im=1,3-bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazolin-2-ylidene) were isolated. Fluoride abstraction from [(Dipp\(_2\)Im)CuF] (3) in CH\(_2\)Cl\(_2\) or 1,2-difluorobenzene led to the isolation of [{(Dipp\(_2\)Im)Cu}\(_2\)]\(^2\)\(^+\)2 FAP\(^-\) (4). Subsequent reaction of 4 with PPh\(_3\) and different carbenes resulted in the complexes [(Dipp\(_2\)Im)Cu(LB)]FAP (5 a–e, LB=Lewis base). In the presence of C6Me6, fluoride transfer afforded [(Dipp\(_2\)Im)Cu(C\(_6\)Me\(_6\))]FAP (5 f), which serves as a source of [(Dipp\(_2\)Im)Cu)]\(^+\). Fluoride abstraction of [Cp\(_2\)TiF\(_2\)] (7) resulted in the formation of dinuclear [FCp\(_2\)Ti(μ-F)TiCp\(_2\)F]FAP (8) (Cp=η\(^5\)-C\(_5\)H\(_5\)) with one terminal fluoride ligand at each titanium atom and an additional bridging fluoride ligand.
Fluorinated groups are essential for drug design, agrochemicals, and materials science. The bis(trifluoromethyl)amino group is an example of a stable group that has a high potential. While the number of molecules containing perfluoroalkyl, perfluoroalkoxy, and other fluorinated groups is steadily increasing, examples with the N(CF\(_{3}\))\(_{2}\) group are rare. One reason is that transfer reagents are scarce and metal-based storable reagents are unknown. Herein, a set of Cu\(^{I}\) and Ag\(^{I}\) bis(trifluoromethyl)amido complexes stabilized by N- and P-donor ligands with unprecedented stability are presented. The complexes are stable solids that can even be manipulated in air for a short time. They are bis(trifluoromethyl)amination reagents as shown by nucleophilic substitution and Sandmeyer reactions. In addition to a series of benzylbis(trifluoromethyl)amines, 2-bis(trifluoromethyl)amino acetate was obtained, which, upon hydrolysis, gives the fluorinated amino acid N,N-bis(trifluoromethyl)glycine.
Cyclic (amino)(aryl)carbenes (cAArCs) based on the isoindoline core were successfully generated in situ by α‐elimination of 3‐alkoxyisoindolines at high temperatures or by deprotonation of isoindol‐2‐ium chlorides with sodium or copper(I) acetates at low temperatures. 3‐Alkoxy‐isoindolines 2 a,b‐OR (R=Me, Et, iPr) have been prepared in high yields by the addition of a solution of 2‐aryl‐1,1‐diphenylisoindol‐2‐ium triflate (1 a,b‐OTf; a: aryl=Dipp=2,6‐diisopropylphenyl; b: Mesityl‐, Mes=2,4,6‐trimethylphenyl) to the corresponding alcohol (ROH) with NEt3 at room temperature. Furthermore, the reaction of 2 a,b‐OMe in diethyl ether with a tenfold excess of hydrochloric acid led to the isolation of the isoindol‐2‐ium chlorides 1 a,b‐Cl in high yields. The thermally generated cAArC reacts with sulfur to form the thioamide 3 a. Without any additional trapping reagent, in situ generation of 1,1‐diphenylisoidolin‐3‐ylidenes does not lead to the isolation of these compounds, but to the reaction products of the insertion of the carbene carbon atom into an ortho C−H bond of a phenyl substituent, followed by ring‐expansion reaction; namely, anthracene derivatives 9‐N(H)aryl‐10‐Ph‐C14H8 4 a,b (a: Dipp; b: Mes). These compounds are conveniently synthesized by deprotonation of the isoindol‐2‐ium chlorides with sodium acetate in high yields. Deprotonation of 1 a‐Cl with copper(I) acetate at low temperatures afforded a mixture of 4 a and the corresponding cAArC copper(I) chloride 5 a, and allowed the isolation and structural characterization of the first example of a cAArC copper complex of general formula [(cAArC)CuCl].
Cyclic (amino)(aryl)carbenes (cAArCs) based on the isoindoline core were successfully generated in situ by α‐elimination of 3‐alkoxyisoindolines at high temperatures or by deprotonation of isoindol‐2‐ium chlorides with sodium or copper(I) acetates at low temperatures. 3‐Alkoxy‐isoindolines 2 a ,b‐OR (R=Me, Et, i Pr) have been prepared in high yields by the addition of a solution of 2‐aryl‐1,1‐diphenylisoindol‐2‐ium triflate (1 a ,b‐OTf ; a : aryl=Dipp=2,6‐diisopropylphenyl; b : Mesityl‐, Mes=2,4,6‐trimethylphenyl) to the corresponding alcohol (ROH) with NEt3 at room temperature. Furthermore, the reaction of 2 a ,b‐OMe in diethyl ether with a tenfold excess of hydrochloric acid led to the isolation of the isoindol‐2‐ium chlorides 1 a ,b‐Cl in high yields. The thermally generated cAArC reacts with sulfur to form the thioamide 3 a . Without any additional trapping reagent, in situ generation of 1,1‐diphenylisoidolin‐3‐ylidenes does not lead to the isolation of these compounds, but to the reaction products of the insertion of the carbene carbon atom into an ortho C−H bond of a phenyl substituent, followed by ring‐expansion reaction; namely, anthracene derivatives 9‐N(H)aryl‐10‐Ph‐C14H8 4 a ,b (a : Dipp; b : Mes). These compounds are conveniently synthesized by deprotonation of the isoindol‐2‐ium chlorides with sodium acetate in high yields. Deprotonation of 1 a‐Cl with copper(I) acetate at low temperatures afforded a mixture of 4 a and the corresponding cAArC copper(I) chloride 5 a , and allowed the isolation and structural characterization of the first example of a cAArC copper complex of general formula [(cAArC)CuCl].
Die Wandmaterialien innerhalb des Plasmagefäßes zukünftiger Fusionsreaktoren sind teilweise extremen thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Der thermisch höchstbelastete Bereich der Wand des Torusgefäßes ist der Divertor. Hier werden die anfallende Fusionsasche (Helium) und erodierte Wandpartikel aus dem Plasma entfernt, wodurch aufgrund erhöhter Teilchen-Wand-Interaktion Wärmeflüsse von bis zu 15 MW/m² erreicht werden. Wolfram gilt momentan als ideales Wandmaterial mit direktem Plasmakontakt (Plasma-Facing-Material, PFM) für diese Beanspruchungen. Unterhalb des PFM muss die Wärme möglichst effizient in das Kühlmedium übertragen werden. Im zukünftigen Experimentalreaktor ITER wird dafür eine Kupferlegierung (CuCrZr) verwendet, welche eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt und für Temperaturen von bis zu 350°C unter fusionsrelevanten Bedingungen einsetzbar ist. In dieser Konfiguration kann ITER mit einer Kühlmitteltemperatur von 150°C betrieben werden. Zur kommerziellen Energiegewinnung ist dies unzureichend, da die thermische Effizienz durch eine deutliche Anhebung der Kühlmitteltemperatur verbessert werden muss. Wird der konventionelle Ansatz einer Wasserkühlung zu Grunde gelegt, ist das Ziel die Kühlmitteltemperatur auf mindestens 300°C anzuheben. In der Folge ist CuCrZr als Wärmesenkenmaterial nicht mehr einsetzbar, da verstärkte Alterung und Festigkeitsverlust im Material auftritt. Zusätzlich vergrößern sich die thermisch induzierten Spannungen in der Komponente mit höheren Temperaturen, durch unterschiedlich große thermische Ausdehnungskoeffizienten der beteiligten Materialien. Für höhere Temperaturen stellt faserverstärktes Kupfer eine mögliche Alternative dar. Die Kombination der hohen Wärmeleitfähigkeit der Kupfermatrix mit der hohen Steifigkeit und Festigkeit von Siliziumcarbidfasern soll die nötigen thermischen und mechanischen Eigenschaften des Wärmesenkenmaterials auch für Temperaturen über 350°C gewährleisten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei unterschiedlich hergestellte SiC-Verstärkungsfasertypen hinsichtlich ihrer Eignung für die Herstellung eines Kupfer-Matrix-Komposits (CuMMC) untersucht. Die Zielstellung für das CuMMC beinhaltet eine Festigkeit von 300 MPa bei 300°C sowie eine möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit von über 200 W m-1 K-1. Beide Parameter werden stark von der Faserfestigkeit und der Anbindung zwischen Faser und Matrix beeinflusst. Die Wärmeleitfähigkeit durch das CuMMC wird von der Kupfermatrix dominiert, wodurch geringere Faservolumenanteile von Vorteil sind. Höhere Faserfestigkeit erfordert geringere Faseranteile zum Erreichen mechanischer Vorgaben, womit die erzielbare Wärmeleitfähigkeit des CuMMCs steigt. Die Faserfestigkeit wird durch Einzel-Faser- Zugversuche validiert. Darüber hinaus ist die Anbindung zwischen Faser und Matrix essentiell, um die optimale Verstärkungswirkung durch die Fasern im CuMMC zu erzielen. Zur Faser-Matrix-Anbindung werden für jeden Fasertyp unterschiedliche Zwischenschichtsysteme verwendet, die anschließend durch Einzelfaser-Push-Out-Versuche validiert werden. Sind die Voraussetzungen von Faserfestigkeit und Anbindung für einen Fasertyp erfüllt, wird dieser für die Herstellung eines unidirektional verstärkten CuMMCs verwendet, welches bezüglich seiner mechanischen und thermischen Eigenschaften charakterisiert wird. Die mechanische Charakterisierung des CuMMCs erfolgt durch Zugversuche und dehnungsgeregelte, zyklische Versuche, wobei der Fokus neben der Festigkeit auf der Plastifizierung, Verfestigung und Schädigung innerhalb des CuMMCs liegt. Die thermische Charakterisierung erfolgt anhand der Wärmeleitfähigkeitsbestimmung sowohl parallel, als auch transversal zur Faserrichtung. Die mechanischen und thermischen Eigenschaften werden in Abhängigkeit von Faservolumenanteil und Temperatur untersucht. Um den Einfluss von längeren Betriebsphasen unter hoher thermischer Belastung analysieren zu können, wird das CuMMC bei 550°C für 400 h ausgelagert und anschließend wiederum mittels Vergleich seiner mechanischen und thermischen Eigenschaften auf mögliche Schädigungen untersucht. Zur Begutachtung von Schliff- und Bruchflächen zur Schadensanalyse stehen als bildgebende Untersuchungsmethoden neben Lichtmikroskopen ebenso Rasterelektronenmikroskope (REM) zur Verfügung.
One of the most intricate issues of nuclear power is the long-term safety of repositories for radioactive waste. These repositories can have an impact on future generations for a period of time orders of magnitude longer than any known civilization. Several countries have considered copper as an outer corrosion barrier for canisters containing spent nuclear fuel. Among the many processes that must be considered in the safety assessments, radiation induced processes constitute a key-component. Here we show that copper metal immersed in water uptakes considerable amounts of hydrogen when exposed to γ-radiation. Additionally we show that the amount of hydrogen absorbed by copper depends on the total dose of radiation. At a dose of 69 kGy the uptake of hydrogen by metallic copper is 7 orders of magnitude higher than when the absorption is driven by H\(_{2}\)(g) at a pressure of 1 atm in a non-irradiated dry system. Moreover, irradiation of copper in water causes corrosion of the metal and the formation of a variety of surface cavities, nanoparticle deposits, and islands of needle-shaped crystals. Hence, radiation enhanced uptake of hydrogen by spent nuclear fuel encapsulating materials should be taken into account in the safety assessments of nuclear waste repositories.
Elektrochemisch gestützte Abscheidung kupfer- und zinkdotierter Magnesiumphosphatschichten auf Titan
(2020)
Zur Entwicklung von Implantaten, welche eine komplikationsärmere Einheilung aufweisen, wurde eine dünne, homogene Beschichtung von Titanprobenkörpern mit Struvit mithilfe elektrochemischer Abscheidung generiert. Hierbei wurden dem Basiselektrolyt in den Versuchsreihen unterschiedliche Konzentrationen an Kupfer-(II)-nitrat-3-hydrat- und/oder Zinknitrat-6-hydratlösung hinzugefügt. Die experimentelle Freisetzung erfolgte in drei unterschiedlichen physiologischen Nährmedien: simulated body fluid (SBF), fetal calf serum (FCS) und Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM). Es konnte gezeigt werden, dass eine antibakteriell wirkende Menge an Kupfer- und Zinkionen freigesetzt wurde. Zusammenfassend stellt die elektrochemische Abscheidung von mit Kupfer- und Zink-dotierten Struvit auf Titanoberflächen einen vielversprechenden Ansatz in der Implantologie hinsichtlich der Einheilzeit im Knochen sowie der Risikominimierung des Verlustes dar.
Herein, the copper-catalyzed borylation of readily available acyl chlorides with bis(pinacolato)diboron, (B\(_{2}\)pin\(_{2}\)) or bis(neopentane glycolato)diboron (B\(_{2}\)neop\(_{2}\)) is reported, which provides stable potassium acyltrifluoroborates (KATs) in good yields from the acylboronate esters. A variety of functional groups are tolerated under the mild reaction conditions (room temperature) and substrates containing different carbon-skeletons, such as aryl, heteroaryl and primary, secondary, tertiary alkyl are applicable. Acyl N-methyliminodiacetic acid (MIDA) boronates can also been accessed by modification of the workup procedures. This process is scalable and also amenable to the late-stage conversion of carboxylic acid-containing drugs into their acylboron analogues, which have been challenging to prepare previously. A catalytic mechanism is proposed based on in situ monitoring of the reaction between p-toluoyl chloride and an NHC-copper(I) boryl complex as well as the isolation of an unusual lithium acylBpinOBpin compound as a key intermediate.