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Tetraiododiborane(4) (B\(_2\)I\(_4\)) is a Polymer based on sp\(^3\) Boron in the Solid State
(2020)
Herein we present the first solid‐state structures of tetraiododiborane(4) (B\(_2\)I\(_4\)), which was long believed to exist in all phases as discrete molecules with planar, tricoordinate boron atoms, like the lighter tetrahalodiboranes(4) B\(_2\)F\(_4\), B\(_2\)Cl\(_4\), and B\(_2\)Br\(_4\). Single‐crystal X‐ray diffraction, solid‐state NMR, and IR measurements indicate that B\(_2\)I\(_4\) in fact exists as two different polymeric forms in the solid state, both of which feature boron atoms in tetrahedral environments. DFT calculations are used to simulate the IR spectra of the solution and solid‐state structures, and these are compared with the experimental spectra.
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.
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.
A cyclic (alkyl)(amino)carbene (CAAC) has been shown to react with a covalent azide similar to the Staudinger reaction. The reaction of \(^{Me}\)CAAC with trimethylsilyl azide afforded the N‐silylated 2‐iminopyrrolidine (\(^{Me}\)CAAC=NSiMe\(_{3}\)), which was fully characterized. This compound undergoes hydrolysis to afford the 2‐iminopyrrolidine and trimethylsiloxane which co‐crystallize as a hydrogen‐bonded adduct. The N‐silylated 2‐iminopyrrolidine was used to transfer the novel pyrrolidine‐2‐iminato ligand onto both main‐group and transition‐metal centers. The reaction of the tetrabromodiborane bis(dimethyl sulfide) adduct with two equivalents of \(^{Me}\)CAAC=NSiMe\(_{3}\) afforded the disubstituted diborane. The reaction of \(^{Me}\)CAAC=NSiMe\(_{3}\) with TiCl\(_{4}\) and CpTiCl\(_{3}\) afforded \(^{Me}\)CAAC=NTiCl\(_{3}\) and \(^{Me}\)CAAC=NTiCl\(_{2}\)Cp, respectively.
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.
Die Reaktion zwischen Aryl‐ und Amino(dihydro)boranen und Dibora[2]ferrocenophan 1 führt zur Bildung von 1,3‐trans‐Dihydrotriboranen durch formale Hydrierung und Insertion eines Borylens in die B=B Doppelbindung. Die Aryltriboran‐Derivate unterliegen einer reversiblen Photoisomerisierung zugunsten eines cis‐1,2‐μ‐H‐3‐Hydrotriborans, während eine Hydridabstraktion zu kationischen Triboranen führt, welche die ersten doppelt basenstabilisierten B\(_3\)H\(_4\)\(^+\)‐Analoga darstellen.
The reaction of aryl‐ and amino(dihydro)boranes with dibora[2]ferrocenophane 1 leads to the formation 1,3‐trans ‐dihydrotriboranes by formal hydrogenation and insertion of a borylene unit into the B=B bond. The aryltriborane derivatives undergo reversible photoisomerization to the cis ‐1,2‐μ‐H‐3‐hydrotriboranes, while hydride abstraction affords cationic triboranes, which represent the first doubly base‐stabilized B3H4\(^+\) analogues.
The reductive coupling of an N-heterocyclic carbene (NHC) stabilized (dibromo)vinylborane yields a 1,2-divinyl- diborene, which, although isoelectronic to a 1,3,5-triene, displays no extended p conjugation because of twisting of the C\(_2\)B\(_2\)C\(_2\) chain. While this divinyldiborene coordinates to copper(I) and platinum(0) in an η\(^2\)-B\(_2\) and η\(^4\)-C\(_2\)B\(_2\) fashion, respectively, it undergoes a complex rearrangement to an η\(^4\)-1,3-diborete upon complexation with nickel(0).
Using a new divergent approach, conjugated triarylborane dendrimers were synthesized up to the 2nd generation. The synthetic strategy consists of three steps: 1) functionalization, via iridium catalyzed C−H borylation; 2) activation, via fluorination of the generated boronate ester with K[HF\(_{2}\)] or [N(nBu\(_{4}\))][HF\(_{2}\)]; and 3) expansion, via reaction of the trifluoroborate salts with aryl Grignard reagents. The concept was also shown to be viable for a convergent approach. All but one of the conjugated borane dendrimers exhibit multiple, distinct and reversible reduction potentials, making them potentially interesting materials for applications in molecular accumulators. Based on their photophysical properties, the 1st generation dendrimers exhibit good conjugation over the whole system. However, the conjugation does not increase further upon expansion to the 2nd generation, but the molar extinction coefficients increase linearly with the number of triarylborane subunits, suggesting a potential application as photonic antennas.
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.