Quantum chemical calculations at the gradient-corrected (BP86) density-functional calculations with various basis sets (SVP, TZVPP) have been carried out for Mo(CO)4 complexes of Nheterocyclic carbene and analogues-NHEMe (called tetrylenes) with E = C, Si, Ge, Sn, Pb. The equilibrium structures of complexes [Mo(CO)4-NHEMe] (Mo4-NHEMe) exhibit an interesting trend which the lightest adduct Mo4-NHCMe has a trigonal bipyramidal coordination mode where the ligand NHCMe occupies an equatorial position. In contrast, the heavier species from Mo4-NHSiMe to Mo4-NHPbMe possess a square pyramidal structure where the ligands from NHSiMe to NHPbMe occupy a basal position. The slighter complexes Mo4-NHEMe possess end-on-bonded NHEMe ligands when E = C, Si, Ge with the bending angles, α, are 180° whereas the heavier adducts Mo4-NHSnMe and Mo4-NHPbMe exhibit strongly side-on-bonded ligands which the bending angle, α become more acute. The trend of the bond dissociations energies-De [kcal/mol] (BDEs) for the Mo-E bonds is Mo4-NHCMe > Mo4-NHSiMe > Mo4-NHGeMe > Mo4-NHSnMe > Mo4-NHPbMe. Bonding analysis shows that the Mo-E bonds have a significant contribution from (CO)4Mo ← NHEMe π-donation. This is because the energy levels of the π-type donor orbitals of Mo4-NHCMe − Mo4-NHPbMe are higher lying than the σ-type donor orbitals. The NHEMe ligands in Mo4- NHEMe are strong electron donors. This review intends to provide a comprehensive data for plant biology research in the future. / Tính toán hóa lượng tử sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ kết hợp điều chỉnh gradient (BP86) từ các bộ hàm cơ sở khác nhau (SVP, TZVPP) được thực hiện cho việc tính toán lý thuyết của phức giữa Mo(CO)4 và phối tử N-heterocyclic carbene và các phức tương tự NHEMe (gọi là tetrylenes) với E = C, Si, Ge, Sn, Pb. Cấu trúc của phức [Mo(CO)4-NHEMe] (Mo4-NHEMe) thể hiện sự khác biệt khá thú vị từ Mo4-NHCMe đến Mo4-NHPbMe, phức Mo4-NHCMe có cấu trúc phối trí lưỡng tháp tam giác trong đó phối tử NHCMe chiếm ở vị trí xích đạo. Ngược lại, những phức có phân tử khối lớn hơn từ Mo4-NHSiMe đến Mo4-NHPbMe lại có cấu trúc tháp vuông và các phối tử từ NHSiMe đến NHPbMe chiếm vị trí cạnh (basal – cạnh hướng về bốn đỉnh của đáy vuông). Các cấu trúc của phức Mo4-NHEMe cho thấy các phối tử NHEMe với E = C-Ge tạo với phân tử Mo(CO)4 một góc thẳng α =180.0°, ngược lại, các phức nặng hơn Mo4-NHEMe thì phối tử NHEMe với E = Sn, Pb liên kết với phân tử Mo(CO)4 tạo góc cong và góc cong, α, càng trở nên nhọn hơn khi nguyên tử khối của E càng lớn. Năng lượng phân ly liên kết của liên kết Mo- E giảm dần: Mo4-NHCMe > Mo4-NHSiMe > Mo4-NHGeMe > Mo4-NHSnMe > Mo4-NHPbMe. Phân tích liên kết Mo-E cho thấy có sự đóng góp đáng kể của sự cho liên kết π (CO)4Mo ← NHEMe. Điều này có thể do mức năng lượng của orbital π-cho của Mo4-NHCMe − Mo4-NHPbMe nằm cao hơn orbital σ-cho. Từ kết quả tính toán có thể kết luận rằng phối tử NHEMe trong phức Mo4- NHEMe là chất cho điện tử mạnh. Kết quả nghiên cứu lý thuyết về hệ phức Mo4-NHEMe lần đầu tiên cung cấp một cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh cho các nghiên cứu về sinh học thực vật trong tương lai.

Die vorliegende Dissertation präsentiert eine detaillierte quantenchemische Untersuchung der H-Abstraktion von Methan durch MgO und Li dotiertes MgO. Motiviert wurde die durch das UniCat-Excellenz-Cluster, welches sich zum Ziel gesetzt hat, die oxidative Kupplung von Methan (OCM) im Detail zu verstehen. Basierend auf der Hypothese, dass Li+O•– Spezies für den H-Abstraktion Schritt verantwortlich sind, wurden kleine kationische MgO- und Li dotierte MgO-Cluster (die O•– Sites modellieren) untersucht. Zur Erstellung von möglichst realen Gasphasen-Modell-Systemen, wurde die globalen Minima der Gasphasencluster mittels eines genetischen Algorithmus bestimmt. Zum Vergleich wurden auch die Strukturen von neutralen MgO-Cluster bestimmt, um eventuelle strukturelle Unterschiede zu erkennen. Anschließend wurden die optimierten Cluster in Bezug auf ihre Eignung zur C-H-Bindungsaktivierung von Methan untersucht. Die Verwendung von kleinen Cluster-Größen ermöglicht es, die Reaktion im Detail zu studieren und verschiedene Methoden der Berechnung zu vergleichen. Die Ergebnisse für die kleinen Cluster wurden anschließend mit realistischeren Modellen verglichen, die eine genauere Beschreibung der Li dotierten Oberflächen ermöglichen, wie zum Beispiel non-embedded und embedded-Cluster und slab Modelle. Unerwartete Ergebnisse für die Betrachtung der Li+O•– Spezies haben zur Untersuchung von zusätzliche Arten von Defekten in MgO (wie niedrig koordinierten O2-Seiten, O-Leerstellen mit unterschiedlicher Ladung und Verunreinigungen) geführt, die als aktive Zentren in OCM fungieren können. Insbesondere wurden morphologische Defekte und verschiedene Arten von F Zentren untersucht. Die Aktivierung von Methan an defekten MgO-Oberflächen wurde innerhalb eines Cluster-Ansatzes untersucht und durch periodische Berechnungen mittels periodic slab models verifiziert. Die Ergebnisse wurden mit vorhandenen experimentellen Daten verglichen. / This work presents a detailed quantum chemical (mostly DFT) study of H abstraction from methane by MgO and Li doped MgO. It is motivated by the UniCat effort to understand the oxidative coupling of methane (OCM). Based on the hypothesis that an Li+O•– species is responsible for the H abstraction step in OCM small cationic MgO and Li doped MgO clusters (which model O•– sites) were investigated. Because we were interested in real gas phase model systems the global minimum structures of (MgO)n+ and LiO(MgO)n-1 clusters were first determined (by means of genetic algorithm) and then used in subsequent reactivity studies. To check if there are any structural differences between neutral and cationic MgO clusters the neutral species were studied as well. After structure determination, the activation of methane by the O•– radical sites was investigated. The small cluster sizes enabled to study the reaction in detail and to compare different methods of calculations. The results were verified by comparison with more realistic models that mimic Li doped MgO surface, like non-embedded and embedded clusters and slab models. However, unexpected results for the Li+O•– sites led to the consideration of additional types of sites in MgO that may be active for OCM – such as low-coordinated O2- sites, O vacancies with different charge and impurity defects. In particular morphological defects and different types of F centers were investigated. Methane activation by defective MgO surface was studied by a cluster approach and then followed by periodic calculations on periodic slab models. The results were compared to existing experimental data.

Metal acetylacetonates of the general formula [M(acac)3] (MIII=Cr, Mn, Fe, Co) are among the best investigated coordination compounds. Many of these first-row transition metal complexes are known to have unique electronic properties. Independently, photophysical research with different β-diketonate ligands pointed towards the possibility of a special effect of the 2,4,6-trimethylphenyl substituted acetylacetonate (mesacac) on the electron distribution between ligand and metal (MLCT). We therefore synthesized and fully characterized the previously unknown octahedral title complex. Its solid-state structure shows a Jahn-Teller elongation with two Mn−O bonds of 2.12/2.15 Å and four Mn−O bonds of 1.93 Å. Thermogravimetric data show a thermal stability up to 270 °C. High-resolution mass spectroscopy helped to identify the decomposition pathways. The electronic state and spin configuration of manganese were characterized with a focus on its magnetic properties by measurement of the magnetic susceptibility and triple-zeta density functional theory (DFT) calculations. The high-spin state of manganese was confirmed by the determination of an effective magnetic moment of 4.85 μB for the manganese center.

Quantum chemical calculations at the gradient-corrected (BP86) density-functional calculations with various basis sets (SVP, TZVPP) have been carried out for Mo(CO)4 complexes of Nheterocyclic carbene and analogues-NHEMe (called tetrylenes) with E = C, Si, Ge, Sn, Pb. The equilibrium structures of complexes [Mo(CO)4-NHEMe] (Mo4-NHEMe) exhibit an interesting trend which the lightest adduct Mo4-NHCMe has a trigonal bipyramidal coordination mode where the ligand NHCMe occupies an equatorial position. In contrast, the heavier species from Mo4-NHSiMe to Mo4-NHPbMe possess a square pyramidal structure where the ligands from NHSiMe to NHPbMe occupy a basal position. The slighter complexes Mo4-NHEMe possess end-on-bonded NHEMe ligands when E = C, Si, Ge with the bending angles, α, are 180° whereas the heavier adducts Mo4-NHSnMe and Mo4-NHPbMe exhibit strongly side-on-bonded ligands which the bending angle, α become more acute. The trend of the bond dissociations energies-De [kcal/mol] (BDEs) for the Mo-E bonds is Mo4-NHCMe > Mo4-NHSiMe > Mo4-NHGeMe > Mo4-NHSnMe > Mo4-NHPbMe. Bonding analysis shows that the Mo-E bonds have a significant contribution from (CO)4Mo ← NHEMe π-donation. This is because the energy levels of the π-type donor orbitals of Mo4-NHCMe − Mo4-NHPbMe are higher lying than the σ-type donor orbitals. The NHEMe ligands in Mo4- NHEMe are strong electron donors. This review intends to provide a comprehensive data for plant biology research in the future. / Tính toán hóa lượng tử sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ kết hợp điều chỉnh gradient (BP86) từ các bộ hàm cơ sở khác nhau (SVP, TZVPP) được thực hiện cho việc tính toán lý thuyết của phức giữa Mo(CO)4 và phối tử N-heterocyclic carbene và các phức tương tự NHEMe (gọi là tetrylenes) với E = C, Si, Ge, Sn, Pb. Cấu trúc của phức [Mo(CO)4-NHEMe] (Mo4-NHEMe) thể hiện sự khác biệt khá thú vị từ Mo4-NHCMe đến Mo4-NHPbMe, phức Mo4-NHCMe có cấu trúc phối trí lưỡng tháp tam giác trong đó phối tử NHCMe chiếm ở vị trí xích đạo. Ngược lại, những phức có phân tử khối lớn hơn từ Mo4-NHSiMe đến Mo4-NHPbMe lại có cấu trúc tháp vuông và các phối tử từ NHSiMe đến NHPbMe chiếm vị trí cạnh (basal – cạnh hướng về bốn đỉnh của đáy vuông). Các cấu trúc của phức Mo4-NHEMe cho thấy các phối tử NHEMe với E = C-Ge tạo với phân tử Mo(CO)4 một góc thẳng α =180.0°, ngược lại, các phức nặng hơn Mo4-NHEMe thì phối tử NHEMe với E = Sn, Pb liên kết với phân tử Mo(CO)4 tạo góc cong và góc cong, α, càng trở nên nhọn hơn khi nguyên tử khối của E càng lớn. Năng lượng phân ly liên kết của liên kết Mo- E giảm dần: Mo4-NHCMe > Mo4-NHSiMe > Mo4-NHGeMe > Mo4-NHSnMe > Mo4-NHPbMe. Phân tích liên kết Mo-E cho thấy có sự đóng góp đáng kể của sự cho liên kết π (CO)4Mo ← NHEMe. Điều này có thể do mức năng lượng của orbital π-cho của Mo4-NHCMe − Mo4-NHPbMe nằm cao hơn orbital σ-cho. Từ kết quả tính toán có thể kết luận rằng phối tử NHEMe trong phức Mo4- NHEMe là chất cho điện tử mạnh. Kết quả nghiên cứu lý thuyết về hệ phức Mo4-NHEMe lần đầu tiên cung cấp một cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh cho các nghiên cứu về sinh học thực vật trong tương lai.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Oxygenierung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen durch Übergansmetalle und katalytischer Oxidation von Olefinen und Aliphaten. Sie ist in die folgenden drei Teile gegliedert: 1. Matrixisolationsstudien zum System MnO3Cl/Allen: Das System Permanganylchlorid/Allen wurde in einer Argonmatrix durch Photolyse (546 nm) zu Reaktion gebracht. Die entstandenen Komplexe (O=)2MnCl(O=CCH2CH2) 37R und (O=)2MnCl(H2COCCH2) 38R wurden mit Hilfe der IR-Spektroskopie, Isotopenmarkierungs-Experimenten (18O, D) und DFT-Rechnungen (B3LYP/LANL2DZ) zweifelsfrei identifiziert und der Reaktionsmechanismus Hilfe von mit weiteren DFT-Rechnungen (B3LYP/6-311Gd) aufgeklärt. 2. Synthese eines neuen dinuklearen Vanadium-Silsesquioxan-Komplexes Silika geträgerte Vanadium-Komplexe sind vor allem als Katalysatoren für die Oxidation von Kohelnwasserstoffen interessant. Man geht davon aus, dass vor allem die tetraedrisch koordinierten VO4-Spezies für die katalytische Aktivität bzw. Selektivität verantwortlich sind. Da nur eine Vanada-Silsesquioxan-Modellverbindung bekannt war, wurden Versuche unternommen weitere zu synthetisieren. Es konnte eine neue Verbindung erhalten werden, die vollständig charakterisiert wurde und auf ihre katalytische Aktivität getestet wurde. 3. Quantenmechanische Rechnungen zur Lösung ausgewählter Fragestellungen des Systems Mo/Bi Mit Hilfe von DFT-Rechnungen wurden verschiedene Mo-Bi-Verbindungen, die im Rahmen der mechanistischen Aufklärung des SOHIO-Verfahrens durch Synthese von Modellverbindungen erhalten wurden, auf ihre besondere Bindungssituation hin untersucht. Dazu wurden unter anderem die Bader sowie die NBO-Analyse verwendet. / Submitted thesis deals with the oxygenation of unsaturated hydrocarbons by transition metals and catalytic oxidations of olefins and aliphats. It is divided into the following three parts: 1. Matrixisolationstudies of the system MnO3Cl/allene: The light-induced (546 nm) reaction of MnO3Cl with allene has been investigated in low-temperature argon matrices at 11 K. IR spectroscopic studies in combination with isotopic enrichment experiments (18O, D) and DFT calculations (B3LYP/LANL2DZ) allowed the identification of (O=)2MnCl(O=CCH2CH2), 37R, and (O=)2MnCl(H2COCCH2), 38R as products. First of all, possible ways for their formation are discussed qualitatively in the context of the literature available, and then quantitatively with the background of DFT data (B3LYP/6-311G(d)) obtained for starting materials, products, transition states and intermediates. Based on the results a reaction mechanism was proposed. 2. Synthesis of a novel dinuclear vanadium-silsesquioxane-complex Silica-supported vanadium complexes have attracted the interest as catalyst for the oxidation of hydrocarbons. Especially tetrahedrally coordinated VO4-Spezies are supposed as active/selective sites. To investigate the chemical behaviour and –properties of such species, Feher et al. synthesized a vanadium-silsesquioxane-complex in 1991 since silsesquioxanes are known to be excellent structural models for the silica surface. The synthesis and catalytic activity of a new complex, that was successfully synthesised, is reported here. 3. Quantum mechanical calculations for solving selected problems at Mo/Bi-systems. During the investigation of the reaction mechanism of the SOHIO-process some very unusual Mo-Bi-complexes could be isolated in the workgroup of Prof. Dr. Ch. Limberg. The bonding situation of four special complexes was analysed by means of calculations based of density functional theory (DFT) in combination with natural bond orbital analysis (NBO) respectively Bader-theory. 1