546 Anorganische Chemie
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Sonstige beteiligte Institutionen
- Fakultät für Chemie und chemische Biologie, Technische Universität Dortmund (1)
- Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) (1)
- Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (1)
- Institut Ruđer Bošković, Zagreb, Croatia (1)
- Institut für Organische Chemie, RWTH Aachen (1)
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (1)
- Institute of Transformative Bio-Molecules, Nagoya University, Nagoya, Japan (1)
- Leibniz-Institut für Katalyse Rostock (1)
- Paul Scherrer Institut (1)
- The Chinese University of Hong Kong (1)
ResearcherID
- D-3057-2014 (1)
Im Rahmen dieser Arbeit konnten Seltenerdmetallcyanoborate mit unterschiedlich funktionalisierten Anionen, beispielsweise Hydrido-, Fluoro- oder Perfluoralkylcyanoborat-Anionen, synthetisiert und vollständig charakterisiert werden. Lösungen der wasserfreien Komplexe Ln[BH2(CN)2]3 (Ln = La, Eu, Ho) in der korrespondierenden ionischen Flüssigkeit [EMIm][BH2(CN)2] konnten hinsichtlich Dichte Viskosität und Leitfähigkeit in Abhängigkeit der Konzentration des gelösten Komplexes untersucht werden. Alle Europiumkomplexe wurden hinsichtlich ihrer photochemischen Eigenschaften untersucht.
Weiterhin konnte im Rahmen dieser Arbeit die erste selektive Synthese des Hydroxytricyanoborat-Anions [B(OH)(CN)3]- vorgestellt werden. Ausgehend von der Brønstedsäure dieses Anions konnte die Synthese einer ganzen Reihe von Salzen und Komplexverbindungen, sowie von ionischen Flüssigkeiten mit diesem Anion realisiert werden.
Synthese und Reaktivität von Übergangsmetall-stabilisierten und Lewis-basenstabilisierten Borylenen
(2022)
Die vorliegende Arbeit befasst sich im ersten Teil mit der Reaktivität von Gruppe 8 Borylenkomplexen.
Zunächst wurde der Eisenborylenkomplex 71 mit verschiedenen Carbodiimiden umgesetzt. Die entstandenen Produkte in Form von Spiroverbindungen, [2+2]-Cycloadditionsprodukten sowie Diazadiboretidinen konnten strukturell und spektroskopisch untersucht werden. Außerdem wurde 71 mit Aziden umgesetzt, was NMR-spektroskopisch zur Bildung von Tetrazaborolen führt.
Der Eisenbis(borylen)komplex 72 wurde ebenfalls mit Carbodiimiden umgesetzt und die entstandenen Verbindungen, unter anderem Diazadiboretidine, strukturell und spektroskopisch untersucht. Eine Umsetzung von 72 mit Stickstoffbasen wie Azobenzol, 2,2'-Bipyridin oder Pyridazin führte bei letzterem zur Bildung eines Koordinationsprodukts.
Während die Umsetzungen des Eisentetrakis(borylen)komplexes 73 mit Methylisocyanid, Magnesium und Trimethylphosphan zu Zersetzung führten, konnten mit Bis(piperidyl)acetylen und Diisopropylcarbodiimid keine Umsetzungen festgestellt werden.
Nach Aufnahme eines UV/Vis- und CV-Spektrums des Eisentetraborkomplexes 74 wurde versucht, diesen mit diversen Erd- und Erdalkalimetallverbindungen zu reduzieren. Hierbei konnte entweder keine Reaktion oder Zersetzung festgestellt werden. Weitere Umsetzungen von 74 erfolgten mit unterschiedlichen Lewis-Basen, Stickstoffbasen, Säuren, Gasen, Chalkogenen, DIC und einer Platin(0)-verbindung. Diese Umsetzungen führten zu keinen identifizierbaren Produkten.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde die Synthese und Reaktivität des basenstabilisierten Borylens 89 untersucht.
Nach Verbesserung der Synthesebedingungen konnte ein photolytisch induzierter Ligandenaustausch des CO-Liganden mit verschiedenen Substraten durchgeführt werden.
Hierbei führten die Umsetzungen mit Carbenen oder Phosphanen in Abhängigkeit derer sterischer Eigenschaften zu den entsprechenden Adduktverbindungen. Außerdem konnte eine Adduktverbindung mit Schwefel dargestellt werden, während eine Umsetzung mit Selen nur zur Zersetzung führte.
Die Umsetzung mit DMAP lieferte im Gegensatz zur den vorherigen Adduktverbindungen ein biradikalisches Produkt, welches durch ESR-Messung charakterisiert werden konnte.
Eine lösungmittelabhängige Reaktion findet mit Trifluorophosphan statt, mit welchem die entsprechende instabile Borylenverbindung NMR-spektroskopisch untersucht werden konnte.
Die Borazidspezien 169 und 170 sowie das Aminoboran 171 konnten durch Umsetzung von 89 mit Mesityl- und Phenylazid generiert und vollständig charakterisiert werden.
In Anlehnung an die Synthese von Fischercarbenkomplexen wurde 89 mit Organometallverbindungen umgesetzt, um die Reaktivität des CO-Liganden zu erforschen. Nach Umsetzungen mit Phenyllithium, Methyllithium oder Benzylkalium erfolgte die Methylierung in situ mittels Methyltriflat oder dem Meerwein-Salz [Me3O][BF4]. Die entstandenen Fischercaben-analogen Verbindungen konnten strukturell und spektroskopisch charakterisiert werden.
Im Rahmen der Arbeit werden neue Alkinyl-substituierte Diaryldiborane(4) dargestellt und auf deren Eignung zur Oligomerisierung untersucht. Des Weiteren werden neue 1,2-Dialkinyldiborane(4) synthetisiert und deren Reaktivität beleuchtet. Außerdem werden neue 1,2-Diaryl-1,2-diheteroaryldiborane(4) dargestellt und ebenfalls auf deren Reaktivität hin untersucht.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte eine Reihe symmetrischer und asymmetrischer Tetrahalogendiboran(4)-Addukte realisiert werden. Die symmetrischen Brom-substituierten Vertreter 19 und 102–107 waren durch quantitativen Ligandenaustausch der schwach gebundenen Lewis-Base SMe2 von 101 zugänglich. Im Falle der IDip-stabilisierten Addukte 108 bzw. 109a/b gelang die Darstellung in sehr guten Ausbeuten durch direkte Umsetzung von freiem Carben mit den Tetrahalogendiboran(4)-Vorstufen 1 (X = Cl) bzw. 2 (X = I). Die asymme¬trischen Vertreter 113a–116b konnten durch sukzessive Adduktbildung ausgehend von 1 bzw. 6 mit cAAC und dem jeweiligen NHC bei tiefen Temperaturen (−78 °C) in moderaten bis guten Ausbeuten dargestellt werden.
Nachfolgende Reduktionsversuche der asymmetrischen Addukte 113a/b und 114b–116b waren von mäßigem Erfolg geprägt. Als Reduktionsmittel wurden Alkali- bzw. Erdalkalimetalle, Interkallationsverbindungen und Übergangsmetallkomplexe eingesetzt. Zwar war in allen Fällen eine deutliche Farbänderung beobachtbar, die, zusammen mit den beobachteten Resonanzen in den 11B-NMR-Spektren, die Synthese von asymmetrischen Diborenen nahelegten, jedoch gelang die Isolierung der Diborene nicht. Hierbei gestaltete sich die Abtrennung der gebildeten Nebenprodukte als problematisch.
Deutlich selektiver verliefen hingegen die Reduktionen der symmetrischen Tetrahalogen-diboran(4)-Bis(Addukte) mit NaNaph bei tiefen Temperaturen (−78 °C). Hierbei gelang es, das Portfolio der bereits bekannten Vertreter dieser Substanzklasse zu erweitern. So konnten die Brom-substituierten Diborene 126–128 erstmals vollständig charakterisiert werden. Der Einfluss der Halogenatome auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Diborene wurde ferner an zwei Beispielen der IDip-stabilisierten Diborene 129 und 130 untersucht.
Bei identischem NHC, aber unterschiedlichen Halogenen, konnten die Eigenschaften der Diborene 21, 129 und 130 näher untersucht und miteinander verglichen werden. Besonders deutlich werden die Redoxeigenschaften der Diborene von der Art des gebundenen Halogens beeinflusst, wie cyclovoltammetrische Untersuchungen belegen. Alle NHC-stabilisierten 1,2 Dihal¬ogen¬diborene konnten ferner anhand ihrer physikalischen Eigenschaften eingeordnet und miteinander verglichen werden.
Neben der Synthese und Charakterisierung neuartiger Diborene wurden auch verschiedene Reaktivitätsstudien durchgeführt. So konnten die Diborene 21, 123, 126 und 129 mit CO2 unter milden Bedingungen umgesetzt werden, wobei verschiedene Reaktionsprodukte nachgewiesen wurden. Der initiale Schritt umfasste in allen Fällen eine [2+2]-Cycloaddition die zu den Dibora-β-Lactonen 131a–134a führte, von denen 131a und 132a vollständig charakterisiert werden konnten. Im weiteren Reaktionsverlauf wurden jedoch Isomerisierungsreaktionen von 132a–134a bei Raum¬temperatur beobachtet, wobei die 2,4 Diboraoxetan 3 one 132b–134b isoliert wurden.
Bedingt durch die verhältnismäßig langsame Umsetzung von 21 zu 132a konnte die [2+2] Cyclo¬addition mittels 1H-VT-NMR-Spektroskopie verfolgt werden, wobei die Rückgrat¬protonen der NHCs als selektive Sonde dienten. Eine bemerkenswert hohe Stabilität konnte für 131a bei Raumtemperatur beobachtet werden, bei der keine Anzeichen einer Umlagerung nachweisbar waren. Die angefertigten quantenchemischen Untersuchungen zum Reaktions¬mechanismus legen eine höhere Energiebarriere des Schlüsselschrittes der Umlagerungs¬reaktion für 131a als für 132a nahe, womit die Stabilität von 131a erklärbar ist. Ferner konnten beim Erhitzen von 131a für 16 Stunden auf 60 °C kurzlebige Intermediate in Form eines Oxoborans und Borylens, die im Laufe der Isomerisierungsreaktion der Dibora-β-Lactonen zu den 2,4 Diboraoxetan 3 onen auftreten, 11B NMR-spektroskopisch nachgewiesen werden. Hierdurch wurde ein weiteres Indiz gewonnen, dass die Richtigkeit des postulierten Reaktionsmechanimus verdeutlicht.
Die reduzierende Wirkung der Diborene konnte mit der Darstellung von Radikalkationen demonstriert werden. Hierbei erfolgte die Umsetzung der Diborene 21, 123–126 und 128 mit [C7H7][BArF4] zu 138–143 in guten bis sehr guten Ausbeuten. Die gebildeten Radikale konnten vollständig charakterisiert werden und sind wegen ihrer Eigen¬schaften gut mit bereits literaturbekannten Vertretern dieser Substanzklasse vergleichbar.
Versuche die Radikalkationen durch Umsetzung der Diborene mit [C7H7][BF4] darzustellen scheiterten an der Zersetzung während der Aufarbeitung, wodurch die Wichtigkeit des schwach koordinierenden Anions verdeutlich wird. Entgegen der Erwartungen wurden beim Vergleich der ESR-Spektren der dargestellten Radikalkationen mit bekannten Analoga deutlich unterschiedliche giso-Werte ermittelt, die auf den starken Einfluss der Bromatome zurückzuführen sind. Des Weiteren war es möglich, eine Korrelation zwischen den Strukturparametern in der Festphase und den UV/Vis-Absorptionsmaxima in Lösung nachzuweisen, wonach für diejenigen Radikale die stärkste Blauverschiebung beobachtet wurde, die den größten Diederwinkel α, zwischen den B2Br2-Ebenen und den CN2C2-Carben-ebenen, aufwiesen.
In weiteren Studien wurden die Redoxeigenschaften der Diborene durch Umsetzung von
21 und 123–125 mit elementaren Chalkogenen unter milden Reaktionsbedingungen untersucht. So konnten durch Umsetzung der Diborene mit elementarem Schwefel die Diborathiirane
144–147 in moderaten bis guten Ausbeuten erhalten werden. Trotz eines großen Überschusses an Schwefel wurde aber keine vollständige BB-Bindungsspaltung beobachtet. Auf analoge Weise wurden die Diboraselenirane 148, 150 und 151 durch Umsetzung mit rotem Selen in moderaten bis guten Ausbeuten synthetisiert. Deutliche Unterschiede zeigten sich aber beim IDep-stabilisierten Diboren 123, das ein radikalisches Seleniran ausbildete. Überschüs¬siges Selen begünstigt vermutlich eine Folgeoxidation des in situ gebildeten Diboraselenirans, die jedoch für die anderen Verbindungen dieser Substanzklasse nicht beobachtbar war. Interessanterweise wurde bei allen Dipp-substituierten Verbindungen (Diborathiirane 144 und 146 sowie Dibora¬selenirane 148 und 151) das Fehlen einer Dipp-Gruppe der stabilisierten NHC-Basen im 1H NMR-Spektrum nachgewiesen. Dieser Umstand konnte durch eine eingeschränkte Rotation um die BC-Bindungsachse mittels 1H-VT-NMR-Spektrum aufgeklärt werden, wobei die Rotationsbarriere exemplarisch für 144 13.9 ± 1 kcal/mol beträgt.
Eine bemerkenswerte Reaktivität der 1,2-Dibromdiborene 21 und 123–126 wurde gegenüber hetero¬aroma¬tischer Stickstoffbasen beobachtet. Mit einem großen Überschuss an Pyridin konnte ein Bromidanion aus den Diborenen verdrängt werden, wodurch die Diborenkationen 154–158 in moderaten bis guten Ausbeuten erhalten wurden. Die Abtrennung der dabei unvermeidlich gebildeten NHC-Salze gestaltete sich als schwierig, allerdings gelang es, nach einer in situ Deprotonierung mit NaHMDS die freien NHCs zu entfernen. Versuche der Deri-vatisierung mit anderen aromatischen Basen wie 2- bzw. 4-Picolin, Chinolin oder 2,2’-und 4,4’-Bipyridin scheiterten. Erfolgreich konnte DMAP eingesetzt werden, wodurch es möglich war, die Diborenkationen 160–162 in guten bis sehr guten Ausbeuten zu erhalten. Interessanterweise zeigen 154–158 teils deutliche solvatochrome Absorptions¬eigenschaften in den UV/Vis-Spektren. Im Laufe der Umsetzung von 125 mit Pyridin konnte durch angepasste Reaktions¬bedingungen das Dikation 159 in moderaten Ausbeuten isoliert werden. Dessen bemerkenswerte Stabilität zeigte sich durch eine ausgeprägte Widerstands¬fähigkeit gegenüber Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit über mehrere Wochen. Weiterführende Unter¬suchungen der Festkörperstruktur von 159 zeigen Bindungsparameter, die trotz der ionischen Natur der Verbindung, nur geringfügig von denen des neutralen Diborens 125 abweichen. Mittels Raman-Spektroskopie konnten des Weiteren die BB-Bindungsstärke in 159 näher bestimmt werden, die mit einer Kraftkonstante von 470 N/m nahezu identisch zu der des neutralen Dibores (465 N/m) ist, was Rückschlüsse auf die Lokalisierung der positiven Ladungen auf den Pyridinringen zulässt. Aus diesem Grund kann Verbindung 159 als bis dato einziges Beispiel eines luft- und feuchtigkeitsstabilen Diborens bezeichnet werden.
A series of methylene-bridged bis(triarylboranes) has been synthesized via two complementary routes using metal-free catalytic Si/B exchange condensation under mild conditions. The title compounds comprise two borane moieties that show effective internal π-conjugation involving the respective boron centers and the adjacent hetaryl groups. Conjugation between both borane units, however, is disrupted by the aliphatic linker. Cyclic voltammetry revealed minimal electronic communication between the boron centers, as evidenced by two closely spaced reduction processes. The UV-vis spectra showed bathochromic shifted absorption bands compared to related monoboranes, which is attributed to the methylene bridge. A further red-shift results upon introduction of methyl or SiMe\(_3\) groups at the terminal thiophene rings.
A General Synthetic Route to NHC‐Phosphinidenes: NHC‐mediated Dehydrogenation of Primary Phosphines
(2021)
The dehydrocoupling of primary phosphines with N-heterocyclic carbenes (NHCs) to yield NHC-phosphinidenes is reported. The reaction of two equivalents of the NHCs Me\(_2\)Im (1,3-dimethylimidazolin-2-ylidene), Me\(_4\)Im (1,3,4,5-tetramethylimidazolin-2-ylidene), iPr\(_2\)Im (1,3-di-iso-propylimidazolin-2-ylidene) and Mes\(_2\)Im (2,4,6-trimethylphenylimidazolin-2-ylidene) with PhPH\(_2\) and MesPH\(_2\) led to the NHC stabilized phosphinidenes (NHC)PAr: (iPr\(_2\)Im)PPh (1), (Mes\(_2\)Im)PPh (2), (Me\(_4\)Im)PPh (3), (Mes\(_2\)Im)PMes (4), (Me\(_2\)Im)PMes (5), (Me\(_4\)Im)PMes (6) and (iPr\(_2\)Im)PMes (7). The reaction of tBuPH\(_2\) with two equivalents of the NHCs afforded the corresponding NHC stabilized parent phosphinidenes (NHC)PH: (iPr\(_2\)Im)PH (8), (Mes\(_2\)Im)PH (9) and (Me\(_4\)Im)PH (10). Reaction of 1 with oxygen and sulfur led to isolation of iPr\(_2\)Im-P(O)\(_2\)Ph (11) and iPr\(_2\)Im-P(S)\(_2\)Ph (12), whereas the reaction with elemental selenium and tellurium gave (NHC)PPh cleavage with formation of (iPr\(_2\)Im)Se (13), iPr\(_2\)ImTe (14) and different cyclo-oligophosphines. Furthermore, the complexes [{(iPr\(_2\)Im)PPh}W(CO)\(_5\)] (15), [Co(CO)\(_2\)(NO){(iPr\(_2\)Im)PPh}] (16) and [(η\(^5\)-C\(_5\)Me\(_2\))Co(η\(^2\)-C\(_2\)H\(_4\)){(iPr\(_2\)Im)PPh}] (17) have been prepared starting from 1 and a suitable transition metal complex precursor. The complexes 16 and 17 decompose in solution upon heating to ca. 80 °C to yield the NHC complexes [Co(iPr\(_2\)Im)(CO)\(_2\)(NO)] and [(η\(^5\)-C\(_5\)Me\(_5\))Co(iPr\(_2\)Im)(η\(^2\)-C\(_2\)H\(_4\))] with formation of cyclo-oligophosphines. The reaction of 1 with [Ni(COD)\(_2\)] afforded the diphosphene complex [Ni(iPr\(_2\)Im)\(_2\)(trans-PhP=PPh)] 18.
Innerhalb der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, durch das Einführen von Cymantrenylresten neue Diborene darzustellen, welche Halbsandwich-Substituenten tragen und somit das Substitutionsmuster von basenstabilisierten Diborenen um eine weitere Verbindungsklasse zu erweitern. Neben Cymantrenylresten gelang es auch, Ferrocenylreste als weitere Substituenten in entsprechende Diborensysteme einzuführen. Über die Darstellung neuer Diborensysteme hinaus, waren Reaktivitätsstudien am Diboraferrocenophan 29 ebenso ein wesentlicher Bestandteil der vorliegenden Arbeit. Es konnte gezeigt werden, dass 29 mit kleinen Lewis-Basen, Element-Wasserstoff-Verbindungen und Hydrierungsreagenzien zur Reaktion gebracht werden kann.
Antimicrobial resistance is a growing global concern in human and veterinary medicine, with an ever-increasing void in the arsenal of clinicians. Novel classes of compounds including carbon monoxoide-releasing molecules (CORMs), for example the light-activated metal complex [Mn(CO)\(_3\)(tpa-\(\kappa^{3}N\))]Br, could be used as alternatives/to supplement traditional antibacterials. Avian pathogenic \(Escherichia\) \(coli\) (APEC) represent a large reservoir of antibiotic resistance and can cause serious clinical disease in poultry, with potential as zoonotic pathogens, due to shared serotypes and virulence factors with human pathogenic \(E.\) \(coli\). The \(in\) \(vitro\) activity of [Mn(CO)\(_3\)(tpa-\(\kappa^{3}N\))]Br against multidrug-resistant APECs was assessed via broth microtitre dilution assays and synergy testing with colistin performed using checkerboard and time-kill assays. \(In\) \(vivo\) antibacterial activity of [Mn(CO)\(_3\)(tpa-\(\kappa^{3}N\))]Br alone and in combination with colistin was determined using the \(Galleria\) \(mellonella\) wax moth larvae model. Animals were monitored for life/death, melanisation and bacterial numbers enumerated from larval haemolymph. \(In\) \(vitro\) testing produced relatively high [Mn(CO)\(_3\)(tpa-\(\kappa^{3}N\))]Br minimum inhibitory concentrations (MICs) of 1024 mg/L. However, its activity was significantly increased with the addition of colistin, bringing MICs down to \(\geq\)32 mg/L. This synergy was confirmed in time-kill assays. \(In\) \(vivo\) assays showed that the combination of [Mn(CO)\(_3\)(tpa-\(\kappa^{3}N\))]Br with colistin produced superior bacterial killing and significantly increased larval survival. In both \(in\) \(vitro\) and \(in\) \(vivo\) assays light activation was not required for antibacterial activity. This data supports further evaluation of [Mn(CO)\(_3\)(tpa-\(\kappa^{3}N\))]Br as a potential agent for treatment of systemic infections in humans and animals, when used with permeabilising agents such as colistin.
Um Kompetenzen von angehenden Lehrkräften zu fördern, werden Praxisphasen in das Lehramtsstudium integriert. Damit diese Phasen möglichst effektiv sein können, müssen sie Studierenden die Möglichkeit bieten, Unterrichtsinhalte zu reflektieren. Dabei könnten Lehr-Lern-Labor-Seminare eine Möglichkeit sein, durch Praxisnähe und der komplexitätsreduzierten Lehr-Lern-Umgebung, die systematische Reflexion konkreter unterrichtlicher Inhalte zu fördern. In der vorliegenden Arbeit wird deshalb dargestellt, inwiefern solche Seminare zur Vermittlung eines Reflexionsschemas eingesetzt werden können. Mit Hilfe einer strukturierenden Inhaltsanalyse wird untersucht, welche Komponenten der didaktischen Rekonstruktion von den Studierenden wahrgenommen werden und inwiefern sie in der Lage sind, ein Reflexionsschema in diesen Bereichen einzusetzen. Da das Handeln im Unterricht stark durch Persönlichkeitsmerkmale beeinflusst wird, wird ebenfalls überprüft, ob Überzeugungen, Kognitionsbedürfnis und Praxiserfahrung die Anwendung eines Reflexionsschemas beeinflussen. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit war es möglich, ein Reflexionsschema zu validieren, dass es Studierenden ermöglicht, selbstständig und fachunabhängig Unterrichtsinhalte zu reflektieren.
The diorgano(bismuth)alcoholate [Bi((C\(_{6}\)H\(_{4}\)CH\(_{2}\))\(_{2}\)S)OPh] (1-OPh) has been synthesized and fully characterized. Stoichiometric reactions, UV/Vis spectroscopy, and (TD-)DFT calculations suggest its susceptibility to homolytic and heterolytic Bi−O bond cleavage under given reaction conditions. Using the dehydrocoupling of silanes with either TEMPO or phenol as model reactions, the catalytic competency of 1-OPh has been investigated (TEMPO=(tetramethyl-piperidin-1-yl)-oxyl). Different reaction pathways can deliberately be addressed by applying photochemical or thermal reaction conditions and by choosing radical or closed-shell substrates (TEMPO vs. phenol). Applied analytical techniques include NMR, UV/Vis, and EPR spectroscopy, mass spectrometry, single-crystal X-ray diffraction analysis, and (TD)-DFT calculations.
A systematic study on Lewis-acid/base adducts of N-heterocyclic carbenes (NHCs) and the cyclic (alkyl)(amino)carbene cAAC\(^{Me}\) (1-(2,6-di-iso-propylphenyl)-3,3,5,5-tetramethyl-pyrrolidin-2-ylidene) with antimony(III) chlorides of the general formula SbCl\(_{2}\)R (R=Cl, Ph, Mes) is presented. The reaction of the NHCs Me\(_{2}\)Im\(^{Me}\) (1,3,4,5-tetra-methyl-imidazolin-2-ylidene), iPr\(_{2}\)Im\(^{Me}\) (1,3-di-isopropyl-4,5-dimethyl-imidazolin-2-ylidene), Mes\(_{2}\)Im, Dipp\(_{2}\)Im (R\(_{2}\)Im=1,3-di-organyl-imidazolin-2-ylidene; Mes=2,4,6-trimethylphenyl, Dipp=2,6-di-isopropylphenyl) and cAAC\(^{Me}\) with antimony(III) compounds SbCl\(_{2}\)R (R=Cl (1), Ph (2) and Mes (3)) yields the adducts NHC ⋅ SbCl\(_{2}\)R (R=Cl (4), Ph (5) and Mes (6); NHC=Me\(_{2}\)Im\(^{Me}\) (a), iPr\(_{2}\)Im\(^{Me}\) (b), Dipp\(_{2}\)Im (c) and Mes\(_{2}\)Im (d)) and cAAC\(^{Me}\) ⋅ SbCl\(_{2}\)R (R=Cl (4 e) and Ph (5 e)). Thermal treatment of (Dipp\(_{2}\)Im) ⋅ SbCl\(_{2}\)Ar (Ar=Ph (5 c) and Mes (6 c)) in benzene leads to isomerization to the backbone coordinated \(^{a}\)NHC-adduct \(^{a}\)Dipp\(_{2}\)Im ⋅ SbCl\(_{2}\)Ar (Ar=Mes (7) and Ph (8)) (\(^{"a"}\) denotes “abnormal” coordination mode of the NHC) in high yields. One of the chloride substituents at antimony of 7 can be abstracted by GaCl3 or Ag[BF\(_{4}\)] to obtain the imidazolium salts [\(^{a}\)Dipp\(_{2}\)Im ⋅ SbClMes][BF\(_{4}\)] (9) and [\(^{a}\)Dipp\(_{2}\)Im ⋅ SbClMes][GaCl\(_{4}\)] (10).
The reactions of carbodiimides with the iron arylborylene complex [Fe=BDur(CO)\(_{3}\)(PMe\(_{3}\))] (Dur=2,3,5,6-Me\(_{4}\)C\(_{6}\)H) and the iron bis(borylene) complex [Fe{=BDur}{=BN(SiMe\(_{3}\))\(_{2}\)}(CO)\(_{3}\)] yield a wide variety of temperature-dependent products, including known FeBNC and novel FeBNB metallacycles, complexes of N-heterocyclic boracarbene and spiro-boracarbene ligands and a unique 1,3,2,4-diazadiborolyl pianostool complex, characterized by NMR spectroscopy and X-ray crystallography. The product distributions can be rationalized by considering sequences of cycloaddition, metathesis, insertion, and C−H activation pathways mainly governed by sterics.
The synthesis and characterization of Lewis acid/base adducts between tris(pentafluoroethyl)difluorophosphorane PF\(_{2}\)(C\(_{2}\)F\(_{5}\))\(_{3}\) and selected N-heterocyclic carbenes (NHCs) R\(_{2}\)Im (1,3-di-organyl-imidazolin-2-ylidene) and phosphines are reported. For NHCs with small alkyl substituents at nitrogen (R=Me, nPr, iPr) the adducts NHC ⋅ PF\(_{2}\)(C\(_{2}\)F\(_{5}\))\(_{3}\) (2 a–h) were isolated. The reaction with the sterically more demanding NHCs Dipp\(_{2}\)Im (1,3-bis-(2,6-di-iso-propylphenyl)-imidazolin-2-ylidene) (1 i) and tBu\(_{2}\)Im (1,3-di-tert-butyl-imidazolin-2-ylidene) (1 j) afforded the aNHC adducts 3 i and 3 j (a denotes “abnormal” NHC coordination via a backbone carbon atom). The use of tBuMeIm (1-tert-butyl-3-methyl-imidazolin-2-ylidene) (1 m) led to partial decomposition of the NHC and formation of the salt [tBuMeIm−H][MeIm ⋅ PF\(_{2}\)(C\(_{2}\)F\(_{5}\))\(_{3}\)] (4 m). The phosphorane PF\(_{2}\)(C\(_{2}\)F\(_{5}\))\(_{3}\) forms adducts with PMe\(_{3}\) but does not react with PPh\(_{3}\) or PCy\(_{3}\). The mer-cis isomer of literature-known Me\(_{3}\)P ⋅ PF\(_{2}\)(C\(_{2}\)F\(_{5}\))\(_{3}\) (5 a) was structurally characterized. Mixtures of the phosphorane PF\(_{2}\)(C\(_{2}\)F\(_{5}\))\(_{3}\) and the sterically encumbered NHCs tBu\(_{2}\)Im, Dipp\(_{2}\)Im, and Dipp\(_{2}\)Im\(^{H2}\) (1,3-bis-(2,6-di-iso-propylphenyl)-imidazolidin-2-ylidene) (1 k) showed properties of FLPs (Frustrated Lewis Pairs) as these mixtures were able to open the ring of THF (tetrahydrofuran) to yield NHC−(CH\(_{2}\))\(_{4}\)O−PF\(_{2}\)(C\(_{2}\)F\(_{5}\))\(_{3}\) 6 i–k. Furthermore, the deprotonation of the weak C−H acids CH\(_{3}\)CN, acetone, and ethyl acetate was achieved, which led to the formation of the corresponding imidazolium salts and the phosphates [PF\(_{2}\)(C\(_{2}\)F\(_{5}\))\(_{3}\)(CH\(_{2}\)CN)]\(^{-}\) (7), [PF\(_{2}\)(C\(_{2}\)F\(_{5}\))\(_{3}\)(OC(=CH\(_{2}\))CH\(_{3}\))]\(^{-}\) (8) and [PF\(_{2}\)(C\(_{2}\)F\(_{5}\))\(_{3}\)(CH\(_{2}\)CO\(_{2}\)Et)]\(^{-}\) (9).
Persistent room temperature phosphorescent (RTP) luminophores have gained remarkable interest recently for a number of applications in security printing, OLEDs, optical storage, time-gated biological imaging and oxygen sensors. We report the first persistent RTP with lifetimes up to 0.5 s from simple triarylboranes which have no lone pairs. We also have prepared 3 isomeric (o, m, p-bromophenyl)-bis(2,6-dimethylphenyl)boranes. Among the 3 isomers (o-, m- and p-BrTAB) synthesized, the ortho-one is the only one which shows dual phosphorescence, with a short lifetime of 0.8 ms and a long lifetime of 234 ms in the crystalline state at room temperature. At last, we checked the RTP properties from the boric acid. We found that the pure boric acid does not show RTP in the solid state.
A practical and direct method was developed for the production of versatile alkyl boronate esters via transition metal-free borylation of primary and secondary alkyl sulfones. The key to the success of the strategy is the use of bis(neopentyl glycolato) diboron (B\(_{2}\)neop\(_{2}\)), with a stoichiometric amount of base as a promoter. The practicality and industrial potential of this protocol are highlighted by its wide functional group tolerance, the late-stage modification of complex compounds, no need for further transesterification, and operational simplicity. Radical clock, radical trap experiments, and EPR studies were conducted which show that the borylation process involves radical intermediates.
A number of novel alkynyl-functionalized diarylbis(dimethylamino)diboranes(4) are prepared by salt metathesis, and the appended alkynyl groups are subjected to hydroboration. Their reactions with monohydroboranes lead to discrete boryl-appended diborane(4) species, while dihydroboranes induce their catenation to oligomeric species, the first known examples of well-characterized macromolecular species with B−B bonds. The oligomeric species were found to comprise up to ten repeat units and are soluble in common organic solvents. Some of the oligomeric species have good air stability and all were characterized by NMR and vibrational spectroscopy and size-exclusion chromatography techniques.
The parent borylene (CAAC)(Me\(_{3}\)P)BH, 1 (CAAC=cyclic alkyl(amino)carbene), acts both as a Lewis base and one-electron reducing agent towards group 13 trichlorides (ECl\(_{3}\), E=B, Al, Ga, In), yielding the adducts 1-ECl\(_{3}\) and increasing proportions of the radical cation [1]\(^{•+}\) for the heavier group 13 analogues. With boron trihalides (BX\(_{3}\), X=F, Cl, Br, I) 1 undergoes sequential adduct formation and halide abstraction reactions to yield borylboronium cations and shows an increasing tendency towards redox processes for the heavier halides. Calculations confirm that 1 acts as a strong Lewis base towards EX3 and show a marked increase in the B−E bond dissociation energies down both group 13 and the halide group.
A case study on the effect of the employment of two different NHC ligands in complexes [Ni(NHC)\(_{2}\)] (NHC=\(^{i}\)Pr\(_{2}\)Im\(^{Me}\) 1\(^{Me}\), Mes\(_{2}\)Im 2) and their behavior towards alkynes is reported. The reaction of a mixture of [Ni\(_{2}\)(\(^{i}\)Pr\(_{2}\)Im\(^{Me}\))\(_{4}\)(μ-(η\(^{2}\) : η\(^{2}\))-COD)] B/ [Ni(\(^{i}\)Pr\(_{2}\)Im\(^{Me}\))\(_{2}\)(η\(^{4}\)-COD)] B’ or [Ni(Mes\(_{2}\)Im)\(_{2}\)] 2, respectively, with alkynes afforded complexes [Ni(NHC)\(_{2}\)(η\(^{2}\)-alkyne)] (NHC=\(^{i}\)Pr\(_{2}\)Im\(^{Me}\): alkyne=MeC≡CMe 3, H\(_{7}\)C\(_{3}\)C≡CC\(_{3}\)H\(_{7}\) 4, PhC≡CPh 5, MeOOCC≡CCOOMe 6, Me\(_{3}\)SiC≡CSiMe\(_{3}\) 7, PhC≡CMe 8, HC≡CC\(_{3}\)H\(_{7}\) 9, HC≡CPh 10, HC≡C(p-Tol) 11, HC≡C(4-\(^{t}\)Bu-C\(_{6}\)H\(_{4}\)) 12, HC≡CCOOMe 13; NHC=Mes\(_{2}\)Im: alkyne=MeC≡CMe 14, MeOOCC≡CCOOMe 15, PhC≡CMe 16, HC≡C(4-\(^{t}\)Bu-C\(_{6}\)H\(_{4}\)) 17, HC≡CCOOMe 18). Unusual rearrangement products 11 a and 12 a were identified for the complexes of the terminal alkynes HC≡C(p-Tol) and HC≡C(4-\(^{t}\)Bu-C\(_{6}\)H\(_{4}\)), 11 and 12, which were formed by addition of a C−H bond of one of the NHC N-\(^{i}\)Pr methyl groups to the C≡C triple bond of the coordinated alkyne. Complex 2 catalyzes the cyclotrimerization of 2-butyne, 4-octyne, diphenylacetylene, dimethyl acetylendicarboxylate, 1-pentyne, phenylacetylene and methyl propiolate at ambient conditions, whereas 1\(^{Me}\) is not a good catalyst. The reaction of 2 with 2-butyne was monitored in some detail, which led to a mechanistic proposal for the cyclotrimerization at [Ni(NHC)\(_{2}\)]. DFT calculations reveal that the differences between 1\(^{Me}\) and 2 for alkyne cyclotrimerization lie in the energy profile of the initiation steps, which is very shallow for 2, and each step is associated with only a moderate energy change. The higher stability of 3 compared to 14 is attributed to a better electron transfer from the NHC to the metal to the alkyne ligand for the N-alkyl substituted NHC, to enhanced Ni-alkyne backbonding due to a smaller C\(_{NHC}\)−Ni−C\(_{NHC}\) bite angle, and to less steric repulsion of the smaller NHC \(^{i}\)Pr\(_{2}\)Im\(^{Me}\).