Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese phosphorhaltiger anorganischer Verbindungen in ionischen Flüssigkeiten (engl. ionic liquids, ILs) und legt einen Schwerpunkt auf die Untersuchung der grundlegenden mechanistischen Abläufe, insbesondere auf die Aktivierung von elementarem Phosphor in ILs. Durch die Kombination spektroskopischer und theoretischer Methoden wurde ausführlich das chemische Verhalten von Phosphorhalogeniden in halogenidhaltigen ILs analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass nach der Auflösung von rotem Phosphor mit Iod ein Gleichgewicht in der Lösung vorliegt, welches zu der Bildung von Tetrachlorophosphat führt. Insgesamt weist der beobachtete, dynamische Koordinationsprozess der Liganden Ähnlichkeiten zu einer strukturellen Diffusion bzw. Grotthuss-Diffusion auf. Diese Mischungen könnten somit potenziell als kostengünstige Elektrolyte verwendet werden. In weiteren Untersuchungen gelang es, aus Cu und rotem Phosphor in halogenidhaltigen ILs reproduzierbar und in hoher Reinheit Cu3−xP (x = 0,05) zu synthetisieren. Die Optimierung der Reaktion ermöglichte dabei Ausbeuten von über 99 %. Während der Reaktion kommt es zu einer IL-induzierten nukleophilen Aktivierung des roten Phosphors, wodurch hochreaktive P4-Moleküle gebildet werden. Durch die direkte Verwendung von P4 in ILs konnte nachfolgend erstmals kupferarmes Cu3−xP (0,1 < x < 0,7) gezielt synthetisiert werden, ohne das phosphorreiche Nebenprodukte gebildet wurden. Die elektrochemische Charakterisierung unterschiedlicher Cu3−xP-Phasen als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Akkumulatoren zeigte, dass sich das chemische Verhalten gegen Li mit der Zusammensetzung des Materials ändert. Da sich kupferarmes Cu3−xP durch eine höhere Kapazität und kupferreiches Material durch eine bessere Zykelnstabilität auszeichnet, erlauben die Ergebnisse dieser Arbeit die weitere Optimierungen dieses Materials für den Einsatz in Akkumulatoren.:1. Motivation und Einleitung 1 1.1. Klassische Flussmittel in der Materialsynthese 2 1.2. Ionische Flüssigkeiten 4 1.2.1. Struktur und Eigenschaften 4 1.2.2. Anwendung in der Synthese von anorganischen Materialien 6 1.3. Reaktionen mit elementarem Phosphor in ionischen Flüssigkeiten 8 1.3.1. Struktur und Eigenschaften der Phosphormodifikationen 8 1.3.2. Synthetische Verwendung in ionischer Flüssigkeit 10 1.4. Zielstellung der Arbeit 11 2. Allgemeiner experimenteller Teil 12 2.1. Schutzgasatmosphäre 12 2.2. Verwendeten Chemikalien 12 2.2.1. Anorganische Ausgangsverbindungen 12 2.2.2. Ionische Flüssigkeiten 13 2.2.3. Lösungsmittel 14 2.2.4. Präparationsvorschriften 14 2.3. Charakterisierungsmethoden 15 2.3.1. Röntgenpulverdiffraktometrie 15 2.3.2. Einkristall-Röntgenstrukturanalyse 15 2.3.3. Rasterelektronenmikroskopie 15 2.3.4. Energiedispersive Röntgenspektroskopie 16 2.3.5. Elementaranalyse 16 2.3.6. Kernspinresonanzspektroskopie 17 2.3.7. Raman-Spektroskopie 17 2.3.8. Röntgenabsorptionsspektroskopie 18 2.3.9. Elektronenspinresonanz-Spektroskopie 18 2.3.10. Elektrische Transportmessungen 18 2.3.11. Elektrochemische Charakterisierung 19 2.3.12. Wärmekapazitätsmessungen 20 2.3.13. Quantenchemische Berechnungen 20 3. Untersuchungen zur Bildung von Phosphorhalogeniden aus rotem Phosphor 22 3.1. Einleitung 22 3.2. Experimenteller Teil 23 3.3. Reaktion von rotem Phosphor mit Iod in [BMIm]X (X = Cl, I) 24 3.4. Anionenaustausch von PX3 in [HMIm]X (X = Cl, Br, I) 25 3.4.1. Reaktion von rotem Phosphor mit Iod in [HMIm]X (X = Cl, Br, I) 25 3.4.2. Phosphortrihalogenid-Referenzsystem 26 3.5. Das molekulare Verhalten von PCl3 in [HMIm]Cl 30 3.6. Quantenchemische Rechnungen 33 3.6.1. Molekulardynamische Simulationen 33 3.6.2. Statische DFT-Rechnungen 38 3.6.3. Mechanismus des Halogenaustausches 40 3.7. Zusammenfassung 41 4. Die Synthese von Cu3−xP – ein Modellsystem zur Reaktionsanalyse 43 4.1. Einleitung 43 4.2. Darstellungsmethoden – eine Literaturübersicht 45 4.3. Synthese von Cu3−xP (x = 0,05) in ionischen Flüssigkeiten 47 4.3.1. Synthesevorschrift 47 4.3.2. Produktcharakterisierung 47 4.3.3. Die Stabilität der ionischen Flüssigkeiten unter Synthesebedingungen 49 4.3.4. Analyse des Cu3−xP-Homogenitätsbereiches 50 4.4. Synthese von Cu3−xP (0,1 < x < 0,7) in ionischen Flüssigkeiten 52 4.4.1. Synthesevorschrift 52 4.4.2. Produktcharakterisierung 53 4.4.3. Analyse des Cu3−xP-Homogenitätsbereiches 55 4.5. Mechanistische Untersuchungen zur Cu3−xP-Bildung in [P66614]Cl 57 4.5.1. Experimenteller Teil 57 4.5.2. Diffusionsexperimente mit rotem Phosphor 58 4.5.3. Aktivierung von rotem Phosphor in [P66614]Cl 59 4.5.4. Mechanistische Diskussion der Cu3−xP-Phasenbildung 61 4.6. Untersuchungen zur Optimierung der Phosphoraktivierung 63 4.6.1. Donor- und Akzeptoreigenschaften ionischer Flüssigkeiten 64 4.6.2. Experimenteller Teil 66 4.6.3. Ergebnisse und Diskussion 66 4.7. Anioneneinfluss auf die Cu3−xP-Phasenbildung 69 4.7.1. Experimenteller Teil 69 4.7.2. Ergebnisse und Diskussion 70 4.8. Temperaturabhängige Kristallstrukturanalyse von Cu3−xP 72 4.8.1. Kristallzüchtung 72 4.8.2. Ergebnisse und Diskussion 73 4.9. Physikalische Charakterisierung unterschiedlicher Cu3−xP-Phasen 77 4.9.1. Elektronische Transporteigenschaften 77 4.9.2. Elektrochemische Charakterisierung 79 4.10. Zusammenfassung 82 5. Hochschmelzende ionische Flüssigkeiten in der Synthese von CuP2 84 5.1. Einleitung 84 5.2. Synthesevorschrift 85 5.3. Ergebnisse und Diskussion 85 5.4. Zusammenfassung 88 6. Fazit und Ausblick 89 A. Anhang 91 A.1. Röntgenpulverdiffraktometrie 91 A.2. Einkristall-Röntgenstrukturbestimmung 95 A.3. Rasterelektronenmikroskopie 99 A.4. Energiedispersive Röntgenspektroskopie 101 A.5. Elementaranalyse 107 A.6. Kernspinresonanzspektroskopie 108 A.6.1. Untersuchungen zur Bildung von Phosphorhalogeniden 108 A.6.2. Untersuchungen zur Bildung von Kupferphosphid 114 A.7. Raman-Spektroskopie 119 A.8. Röntgenabsorptionsspektroskopie 121 A.9. Elektronenspinresonanz-Spektroskopie 122 A.10. Elektrische Transportmessungen 123 A.11. Elektrochemische Charakterisierung 124 A.12. Wärmekapazitätsmessungen 125 A.13. Strukturbilder 126 A.14. Fotografien und Skizzen 128 A.14.1. Reaktionsapparaturen 128 A.14.2. Auflösungsversuche von elementarem Phosphor 129 B. Literaturverzeichnis 131 C. Danksagung 145 D. Liste der Publikationen 147 E. Liste der Kooperationen 149 F. Versicherung und Erklärung 151

The exact exchange-correlation kernel is a functional derivative of the exact time-dependent exchange-correlation (XC) potential with respect to the time-dependent density, evaluated at the ground-state density. As the XC potential is not known, the exact kernel is also unavailable. Therefore, it must be modeled either using many-body perturbation theory or by satisfying the exact constraints for various prototype systems such as the paradigm uniform electron gas (UEG). The random phase approximation (RPA) neglects the kernel, therefore, fails to provide the accurate ground- and excited-state properties for various systems from a simple uniform electron gas to more complex periodic ones. There are numerous corrections to RPA available, including kernel-corrected RPA, often called the beyond-RPA (bRPA) methods. In this work, we employed various bRPA methods for a diverse set of systems together with RPA. At first, we applied RPA based methods to study the phase stability of the cesium halides. Cesium halides phase stability is one of the stringent tests for a density functional approximation to assess its accuracy for dispersion interaction. Experimentally, CsF prefers the rocksalt (B1) phase, while the other halides CsCl, CsBr, and CsI prefer the cesium chloride (B2) phase. Without dispersion interaction, PBE and PBE0 predict all halides to prefer the B1 phase. However, all RPA based methods predict the experimental observations. The bRPA methods usually improve the quantitative prediction over RPA for the ground-state equilibrium properties of cesium halides. Next, we explored binary intermetallic alloys, where we showed that RPA successfully predicts the accurate formation energies of weakly bonded alloys. However, a kernel corrected RPA is needed when dealing with strongly bonded alloys with partially filled d-band metals. We utilized the renormalized ALDA (rALDA) and rAPBE kernel as bRPA methods. Exact constraints and appropriate norms such as the uniform electron gas are very useful to construct various approximations for the exchange-correlation potentials in the ground-state, and the exchange-correlation kernel in the linear-response theory within the TDDFT. These mathematical formulations not only guide us to formulate more robust nonempirical methods, but they also have more predictive power. We showed the importance of these constraints by calculating plasmon dispersion of the uniform electron gas using the non-local, energy-optimized (NEO) kernel using only a few constraints. More predictive power comes with more constraint satisfaction. As a result, we developed a new wavevector- and frequency-dependent exchange-correlation kernel that satisfies all the constraints that it should satisfy with a real frequency. It gives accurate ground-state correlation energy and describes the charge density wave in low-density UEG. It also predicts an accurate plasmon dispersion with a finite lifetime at wavevectors less than the critical one, where the plasmon dispersion meets the electron-hole continuum. / Physics

Mixed-metal supramolecular complexes containing one or two RuII light absorbing subunits coupled through polyazine bridging ligands to a RhIII reactive metal center were prepared for use as photocatalysts for the production of solar H2 fuel from H2O. The electrochemical, photophysical, and photochemical properties upon variation of the monodentate, labile ligands coordinated to the Rh reactive metal center were investigated. Bimetallic complexes [(Ph2phen)2Ru(dpp)RhX2(Ph2phen)]3+ (Ph2phen = 4,10-diphenyl-1,10-phenanthroline; dpp = 2,3-bis(2-pyridyl)pyrazine; X = Br- or Cl-) were prepared using a building block approach, allowing for selective component choice. The identity of the halide coordinated to Rh did not impact the light absorbing or excited state properties of the structural motif. However, the o-donating ability of the halides modulated the Rh-based cathodic electrochemistry and required the use of multiple pathways to explain the reduction of Rh by two electrons. Regardless of halide identity, the bimetallic complex possessed a Ru-based HOMO (highest occupied molecular orbital) and Rh-based LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) important for photoinitiated electron collection at Rh. As a photocatalyst for H2 evolution, the X = Br- complex produced nearly 30% more H2 than the X = Cl- analogue. H2 production experiments with added halide suggested that ion pairing with halides played a major role in catalyst deactivation, which provided evidence for the importance of component selection for photocatalyst design. New trimetallic complex [{(bpy)2Ru(dpp)}2Ru(OH)2](PF6)5 (bpy = 2,2'-bipyridine) was prepared for comparison to halide analogues [{(bpy)2Ru(dpp)}2RhX2](PF6)5 (X = Br- or Cl-). The synthesis of a halide-free supramolecule containing OH- ligands afforded an ideal system to further examine the impact of the ligands at the reactive metal center on H2 photocatalysis. Electrochemistry results revealed that while the identity of the ligands at Rh did modulate the Rh-based reduction potential, all three complexes possessed a Ru-based HOMO and Rh-based LUMO. The light absorbing properties were not impacted by the identity of the monodentate ligands at Rh; however, the excited state properties did vary upon changing the ligands at Rh. The hydroxo trimetallic complex functioned as a photocatalyst for H2 production in organic solvent, producing nearly double the amount of H2 as the highest performing Br-' trimetallic complex in DMF solvent. Interestingly, H2 production studies in high dielectric aqueous solvent revealed no discrepancies in H2 evolution upon variation of the ligands at Rh, which further supported the ion pairing phenomenon realized for the bimetallic motif. Variation of the labile ligands coordinated to the Rh reactive metal center in RuIIRhIII multimetallic supramolecules provided important insight about the large impact of small structural variation on H2 photocatalysis. Electrochemical, photophysical, and photochemical studies of new RuIIRhIII complexes afforded a deeper understanding of the molecular processes important for the design of new complexes applicable to solar fuel production schemes. / Ph. D.

Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'activation de liaisons sp² et sp³ C-H catalysée par le palladium pour la préparation d'(hétéro)aryl-aryles et de biaryles. Cette méthode est considérée comme attractive pour l'environnement par rapport aux méthodes classiques, tels que Suzuki, Heck, ou Negishi. Tout d'abord, nous avons décrit que la C2-arylation directe de benzothiophènes peut être effectuée par un catalyseur du palladium en l'absence de ligand phosphine avec une grande sélectivité. Nous avons également démontré qu'il est possible d'activer les positions C2 et C5 de pyrroles pour accéder en une seule étape a des 2,5-diarylpyrroles. Des 2,5-diarylpyrroles non-symétriques ont été formés par arylation séquentielle en C2 suivie par une arylation en C5. Nous avons également étudié la réactivité de polychlorobenzenes pour l'activation de liaisons C-H catalysé au palladium. Nous avons finalement étudié l'activation sp² et sp³ sélective catalysé au palladium de liaisons C-H du guaiazulene. La sélectivité de la réaction dépend du solvant et de la base : C2-arylation (KOAc en éthylbenzène), C3-arylation (KOAc dans le DMAc) et C4-Me arylation (CsOAc/K₂CO₃ dans le DMAc). Grâce à cette méthode, une liaison sp³ C-H peu réactive a été activée. / During this thesis, we were interested in the sp² and sp³ C-H bond activation catalyzed by palladium catalysts for the preparation of (hetero)aryl-aryls and biaryls. This method is considered as cost effective and environmentally attractive compared to the classical couplings such as Suzuki, Heck, or Negishi. First we described the palladium-catalyzed direct C2-arylation of benzothiophene in the absence of phosphine ligand with high selectivity. We also demonstrated that it is possible to active both C2 and C5 C-H bonds for access to 2,5-diarylated compounds in one step, and also to non-symmetrically substituted 2,5-diarylpyrroles via sequential C2 arylation followed by C5 arylation. We also studied the reactivity of polychlorobenzenes via palladium-catalyzed C-H activation. We finally examined the palladium-catalysed selective sp² and sp³ C-H bond activation of guaiazulene. The selectivity depends on the solvent and base: sp² C2-arylation (KOAc in ethylbenzene), sp² C3-arylation (KOAc in DMAc) and sp³ C4-Me arylation (CsOAc/K₂CO₃ in DMAc). Through this method, a challenging sp³ C-H bond was activated.

Chapter 1: Metal carbenoids in organic synthesis The chapter describes the phenomena of metal carbenoid insertion reactions in two parts: Part A, and Part B. The study of N-tosylhydrazones as diazo precursor was commenced by Jose Barluenga in 2007,1 which demonstrated an in-situ generation of diazo species and trapping of that with low valent palladium catalyst (Scheme 1). Later, this palladium-carbenoid assumption was supported by few reports. Some of these discoveries were by D. F. Taber in 1986 followed by van Vranken in 1999 & 2001.2 These studies of palladium carbenes were supplemented by several groups in subsequent years. The consequent developments with N-tosylhydrazones as diazo source were very fruitful and produced exceptional chemical transformations in recent years. Though the precursor is also vastly customary for other metals such as Cu, Ni, Rh and Co, the primary focus has been given to Pd catalysis due to its wide utility and applicability. 1) Barluenga, J.; Moriel, P.; Valdes, C.; Aznar, F. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 5587. 2) (a) Taber, D. F.; Amedio, J. C., Jr.; Sherrill, R. G. J. Org. Chem. 1986, 51, 3382. (b) Hoye, T. R.; Dinsmore, C. J.; Johnson, D. S.; Korkowski, P. F. J. Org. Chem. 1990, 55, 4518. (c) Greenman, K. L.; Carter, D. S.; Van Vranken, D. L Tetrahedron 2001, 57, 5219. 3) Palladium catalysed coupling of tosylhydrazones with aryl and heteroaryl halides in the absence of external ligands: synthesis of substituted olefins, Ojha, D. P.; Prabhu, K. R. J. Org. Chem., 2013, 78, 12136. Modes of reactivity of a metal-carbene Scheme 1 Cascade carbene migratory insertion process Part A: Ligand-free coupling of tosylhydrazones with aryl & heteroaryl halides In this part, Palladium catalysed cross-coupling reaction of hydrazones with aryl halides in absence of an external ligand is reported. The versatility of this coupling reaction has been demonstrated by showcasing the selectivity of coupling reaction in presence of hydroxyl and amine functional groups. This method allows synthesizing a variety of heterocyclic compounds, which are otherwise difficult to access from traditional methods. Application of the present methodology is validated in tandem reaction of ketones to the corresponding substituted olefins in a single pot experiment. Few examples are illustrated below in Scheme 2.3 Scheme 2: Scope of aryl halide coupling with tosylhydrazones Part B: Pd-catalysed Synthesis of Highly Branched Dienes The regioselective formation of highly branched dienes is a challenging task. Design and exploration of alternative working models to achieve such a regioselectivity to accomplish highly branched dienes is considered to be a historical advancement of Heck reaction to construct branched dienes. On the basis of the utility of carbene transfer reactions, in the reaction of hydrazones with Pd(II) under oxidative conditions, we envisioned obtaining a Pd-bis-carbene complex with α-hydrogens, which can lead to branched dienes. Herein, we report a novel Pd catalyzed selective coupling reaction of hydrazones in presence of tert-BuOLi and benzoquinone oxidant to form corresponding branched dienes (Scheme 3).4 The utility of the Pd catalyst for cross-coupling reactions for synthesizing branched conjugated dienes are rare. The reaction is very versatile and compatible with a variety of functional groups and is useful in synthesizing heterocyclic molecules. We anticipate that this Pd-catalyzed cross-coupling reaction will open new avenues for synthesizing useful compounds. 4) Pd-catalyzed cross-coupling reactions of hydrazones: regioselective synthesis of highly branched dienes, Ojha, D. P.; Prabhu, K. R. J. Org. Chem., 2012, 77, 11027. 5) Furrow, M. E.; Myers, A. G. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 5436. 6) Taber, D. F.; Guo, P.; Guo, N. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 11179. Scheme 3: diene synthesis via bis-carbene insertion process Chapter 2: Tosylhydrazones: Role in modern day organic synthesis In recent days, hydrazone based reactions are focused on the donor-acceptor ability of the hydrazones or the in-situ generated diazo species (Scheme 4). This commenced with the Myers’s report in 2004,5 which simplifies the Barton vinyl halide preparation with a remarkable revision on synthesis of alkyl-silyl-hydrazones and its applications. Improved methods of using tosylhydrazones were demonstrated by Aggarwal in successive years. Cycloadditions were implemented by Douglass F. Taber. 6 This study was enriched in a quite fascinating way by several groups such as Jose Barluenga, with many reductive coupling reactions and 1, 3-dipolar reactions. Thomson, in a very interesting report shows the traceless petasis reaction with hydrazones and also worked in many other prospects such as three component reactions and the acid catalysed [3+3] sigmatropic reactions of hydrazones. 7 Wang has also impressed with very attractive transformations in the past decade. 8 7) Thomson, R. J. et al. Nat. Chem. 2009, 1, 494. 8) Xiao, Q.; Zhang, Y.; Wang, J. Acc. Chem. Res. 2012, 46, 236. 9) Regioselective Synthesis of vinyl halides, vinyl sulfones, and alkynes: A tandem intermolecular nucleophilic and electrophilic vinylation of tosylhydrazones, Ojha, D. P.; Prabhu, K. R. Org. Lett. 2015, 17, 18. Scheme 4: Trapping diazo species in intermolecular fashion Part A: Synthesis of vinyl halides Trapping diazo species in an intermolecular fashion by attack of two independent ions (a cation followed by an anion) in tandem at the carbene center is unprecedented. As part of our efforts on the utility of tosylhydrazones, herein we report a novel approach of using ambiphilic diazo species to perform a tandem attack of a nucleophile followed by an electrophile in an intermolecular fashion for synthesizing various types of vinyl halides. A few representative examples are shown in Scheme 5.9 Scheme5: Synthesis if vinyl halides Part B: Synthesis of vinyl sulfones Vinyl sulfones are potential synthetic targets due to their presence in biologically and pharmaceutically important molecules ranging from small natural metabolites to proteins, and have found widespread applications in biological research as covalent protease inhibitors. Vinyl sulfones represent one of the important sulfur containing functional groups in organic chemistry, which are generally synthesized through elimination reactions, oxidation of vinyl sulfides or witting reactions using multistep sequence. Following this technique, we were able to synthesize a variety of vinyl sulfones with rich mechanistic features in a single step. A few such examples are documented in Scheme 6.9 Scheme 6: synthesis of vinyl sulfones Part C: Synthesis of alkynes The functional group conversion to achieve alkyne frameworks are generally a difficult transformation. There are very few limited and tedious processes are available in literature, mainly containing multi-step procedures. Additionally these reactions are require harsh conditions. Considering all these factors, there is a need for developing methods to synthesize alkynes from common functional groups under mild reactions conditions. In a similar way, to introduce different halogens at the same carbon, we expected the eliminations of the leaving groups in tandem formed alkynes. After extensive screening studies, it was pleasing to find that the reaction of tosylhydrazones with NCS−BTEAC, NBS−TBAB, or NIS−TBAI combination in presence of K2CO3 in dioxane as solvent at 110 °C can furnish corresponding acetylene derivatives in good yields. Few examples are shown in Scheme 7.9 Scheme 7: Trapping diazo species in intermolecular fashion Chapter 3: Pd catalysed hydroboration This chapter shows a hydroboration study of terminal alkynes in a highly regioselective manner (Scheme 8). Organoboron derivatives have become essential intermediates in organic and medicinal chemistry. Pioneering contributions are made by Brown and Akira Suzuki, who both instigated the development of new synthetic tools for the introduction of boron atoms onto organic molecules. 10 10) (a) Barbeyron, R.; Benedetti, E.; Cossy, J.; Vasseur, J.-J.; Arseniyadis, S.; Smietana, M. Tetrahedron 2014, 70, 8431. (b) Miyaura, N.; Suzuki, A. Chem. Rev. 1995, 95, 2457. 11) Pd-Catalysed regioselective borylation of alkynes: A ligand controlled synthesis of α- and β vinyl boronates (manuscript submitted). Scheme 8: possibility of site selectivity in hydroboration Part A: Pd-catalysed regioselective borylation of alkynes: A ligand controlled synthesis of α and β – vinyl boronates The metal catalyzed borylations of alkynes proceeds in a two-step process. Initially M-Bpin species undergo an addition onto the alkynes to generate organometallic species followed by quenching of the organometallic species with electrophiles. The addition M-Bpin species is regioselective governed by the steric and electronics factors of both metal complex as well as alkyne substituents. In this direction, a palladium catalysed α-selective borylation was achieved for terminal alkynes. A broad range of substrates were successfully borylated under optimized reaction conditions with very high selectivity. Interestingly, the selectivity was reversed to terminal site by using a NHC ligand. A few examples are shown in Scheme 9.11 Scheme 9: α & β-vinyl boronates Chapter 4: Pd/borane unit: Behavior towards isomerization vs reduction of alkenes This study presents a unique behaviour of palladium-boronate unit responsible for olefin chain walking and olefin reduction reactions (Scheme 10). The catalytic system stands efficient against both functionalized and unfunctionalized olefin isomerization as well as reductions. This study has been presented in two parts. Scheme 10: isomerization vs reduction Part A: Pd/ boronates or borane unit as efficient catalytic systems for olefin chain walk This study presents the behaviour of palladium-boronate unit responsible for olefin chain walking. The catalytic system is efficient for both functionalized and unfunctionalized olefin isomerizations (Scheme 11). Cycloisomerization of transient conjugated alkenes to synthesize heterocycles are prominent applications of this technique. The system describes a concept of olefin activation by coordination with Pd-borane complex, this complex assists in a facile [1,3]-hydride shift. This technique allows us to facilitate an isomerization in functionalized as well as unfunctionalized olefinic systems. Considering the substrates scope, the catalytic cycle tolerates various sensitive functional groups and shows good selectivity. In the following Scheme 11 few examples are depicted.12 12) Palladium/boron catalytic unit for olefin chain-walk (manuscript under preparation). Scheme 11: chain-walking of olefins. Part B: Palladium catalysed boronate promoted alkene reduction in water In this work, water has been employed as a source of hydrogen. The reduction of alkenes was achieved using Pd catalyst in presence of bis(pinacolato)diboron and H2O. In this aspect, the utility of water as hydrogen equivalent is the pertinent as well as beneficial with many advantages. Few representative examples are shown in Scheme 12.13 13) Pd-Catalysed homogeneous hydrogenation of olefins by using water as hydrogen source (manuscript under preparation). Scheme 12: synthesis of alkenes reduced products.

Systematic synthetic investigations of the quaternary systems Ag - Bi - Q - X (Q = S, Se; X = Cl, Br) led to a variety of quaternary phases that exhibit considerable structural diversity with increasing complexity. These include Ag1.2Bi17.6S23Cl8, AgBi4Se5Br3 and numerous members of the homologous double series Agx(N+1)Bi2+(1-x)(N+1)Q2+(2-2x)(N+1)X2+(2x-1)(N+1) denoted (N, x)P. N represents the order number of a given homologue and x is the degree of substitution of Bi by Ag with 1/2 &amp;lt;= x &amp;lt;= 1. Their structures are built up from two alternating types of modules denoted A and B that are stacked parallel to (001). In module A, rows of edge-sharing [MZ6] octahedra (Z = X and/or Q); M = Ag and/or Bi) running parallel to [010] alternate along [100] with parallel chains of paired monocapped trigonal prisms around Bi atoms. The module type denoted B represents NaCl-type fragments of varying thickness. It is defined by the number N of octahedra within the chain of edge-sharing octahedra running diagonally across it in the (010) plane of the structure. The thickness of module B for current members of the series extends from N = 0 to N = 7. All structures exhibit Ag/Bi disorder in octahedrally coordinated metal positions and Q/X (Q = S, Se; X = Cl, Br) mixed occupation of some anion positions. Some of these compounds are narrow gap semiconductors.

In dieser Arbeit wurde die Möglichkeit untersucht, Bortrihalogenide mit Wasserstoff unter milden Bedingungen (T < 100 °C, p(H2) < 50 bar) zu hydrieren. Um eine Triebkraft für die thermodynamisch ungünstige Reaktion zu erhalten, wurden Amine als Hilfsbasen zugesetzt, welche den bei der Reaktion entstehenden Halogenwasserstoff als Ammoniumsalz binden und damit das Reaktionsgleichgewicht in Richtung der Produkte verschieben. Es wurden dafür verschiedene Amin-Boran bzw. Amin-HCl Addukte synthetisiert und mittels IR, NMR und DSC charakterisiert. Bei den anschließenden Hydrierungsversuchen wurden verschiedene Katalysatoren auf ihre Eignung getestet und weiterentwickelt. Unterstützt wurden die experimentellen Arbeiten durch Berechnungen mit Gaussian 03. IR- und NMR-Spektren vieler Addukte wurden berechnet und freie Reaktionsenthalpien der Hydrierung in Abhängigkeit des verwendeten Amins und Borhalogenids bestimmt. Mögliche Übergangszustände wurden diskutiert und ihre Aktivierungsenergien ermittelt.

Ce travail est une contribution ab initio à la caractérisation d'halogénures diatomiques de métaux de transition. Nous avons choisi de caractériser la structure électronique des chlorures de métaux de transition du groupe Vb (NbCl et TaCl) et du fluorure de nickel car une série de spectres les concernant ont été enregistrés mais aucune donnée théorique fiable n'était disponible dans la littérature.<p><p>Pour étudier ces molécules, nous avons appliqué une procédure de calcul à deux étapes qui permet de tenir compte des effets de corrélation électronique et des effets relativistes. Dans la première étape, nous avons réalisé des calculs CASSCF/ICMRCI+Q de grande taille qui tiennent compte de l'énergie de corrélation et introduisent des effets relativistes scalaires. Dans la deuxième étape, le couplage spin-orbite est traité par la "state interacting method" implémentée dans le logiciel MOLPRO. Nous avons développé des stratégies de calcul basées sur ces méthodes de calcul et adaptées aux différentes molécules ciblées. Ainsi, pour les molécules NbCl et TaCl, nous avons utilisé des pseudopotentiels relativistes scalaires et spin-orbite, tandis que pour la molécule NiF, nous avons réalisé des calculs tous électrons.<p><p>Nous avons d'abord testé la stratégie de calcul sur les cations Nb+ et Ta+. Ensuite, nous avons calculé pour la première fois les structures électroniques relativiste scalaire et spin-orbite des molécules NbCl (de 0 à 17000 cm-1) et TaCl (de 0 à 23000 cm-1). A l'aide de ces données théoriques, nous avons interprété les spectres expérimentaux en collaboration avec Bernath et al. Nous avons proposé plusieurs attributions de transitions électroniques en accord avec l'expérience mais nos résultats théoriques ne nous ont pas permis de les attribuer toutes. Néanmoins, nous avons mis en évidence une série d'autres transitions électroniques probables qui pourraient, à l'avenir, servir à l'interprétation de nouveaux spectres mieux résolus. <p><p>Outre son intérêt expérimental, cette étude a permis de comparer les structures électroniques des molécules isovalencielles VCl, NbCl et TaCl, mettant en évidence des différences importantes.<p>L'élaboration d'une nouvelle stratégie de calcul pour décrire les systèmes contenant l'atome de nickel représentait un véritable défi en raison de la complexité des effets de corrélation électronique. Notre stratégie de calcul a consisté à introduire ces effets en veillant à réduire au maximum la taille des calculs qui devenait considérable.<p>Nous l'avons testée sur l'atome Ni et appliquée ensuite au calcul des structures électroniques relativiste scalaire et spin-orbite de la molécule NiF entre 0 à 2500 cm-1. Nous avons obtenus des résultats qui corroborent l'expérience. <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

In dieser Arbeit wurde die Möglichkeit untersucht, Bortrihalogenide mit Wasserstoff unter milden Bedingungen (T < 100 °C, p(H2) < 50 bar) zu hydrieren. Um eine Triebkraft für die thermodynamisch ungünstige Reaktion zu erhalten, wurden Amine als Hilfsbasen zugesetzt, welche den bei der Reaktion entstehenden Halogenwasserstoff als Ammoniumsalz binden und damit das Reaktionsgleichgewicht in Richtung der Produkte verschieben. Es wurden dafür verschiedene Amin-Boran bzw. Amin-HCl Addukte synthetisiert und mittels IR, NMR und DSC charakterisiert. Bei den anschließenden Hydrierungsversuchen wurden verschiedene Katalysatoren auf ihre Eignung getestet und weiterentwickelt. Unterstützt wurden die experimentellen Arbeiten durch Berechnungen mit Gaussian 03. IR- und NMR-Spektren vieler Addukte wurden berechnet und freie Reaktionsenthalpien der Hydrierung in Abhängigkeit des verwendeten Amins und Borhalogenids bestimmt. Mögliche Übergangszustände wurden diskutiert und ihre Aktivierungsenergien ermittelt.:1. Einleitung und Problemstellung 2. Stand der Wissenschaft 2.1. Allgemeines 2.2. Die Amin-Boran-Addukte 2.3. Hydrierung mit Wasserstoff 2.3.1. Allgemeine Konzepte 2.3.2. Katalytische Hydrierung 2.3.3. Thermodynamische und kinetische Betrachtungen 2.4. Hydrierung mit Hydrosilanen 2.5. Quantenchemische Berechnungen 2.5.1. Grundlagen 2.5.2. Die Dichtefunktionaltheorie 2.5.3. Basissätze 2.5.4. Die Optimierungsverfahren 2.5.5. Übergangszustandsrechnungen 2.5.6. Weitere verwendete Methoden 2.6. 11B-NMR 3. Geräteteil 4. Durchgeführte Synthesen 4.1. Synthese von N-Ethyldiphenylamin 4.2. Synthese von N-Ethylbis(p-tolyl)amin 4.3. Synthese der BN-Addukte 4.4. Synthese der HCl-Addukte 4.5. Synthese von P-1 Nickel 5. Ergebnisse 5.1. Berechnungen mit Gaussian 5.1.1. Das Reaktionssystem auf Grundlage des Bortrichlorids 5.1.2. Die Hydrierung von Bortribromid und Bortriiodid mit Wasserstoff 5.1.3. Hydrierung mit Triethylsilan 5.1.4. Zusammenfassende Betrachtung der berechneten Ergebnisse 5.2. Die Addukte 5.2.1. Die "Amingrundtypen" 5.2.2. Die Addukte modifizierter Amine 5.2.3. Zusammenfassung 5.3. Hydrierung mit Triethylsilan 5.3.1. Allgemeines 5.3.2. Vergleich der Hydrierung der Bortrichlorid-Addukte von Triethylamin und N,N-Diethylanilin 5.3.3. Hydrierung bei verschiedenen Temperaturen 5.3.4. Zusammenfassung 5.4. Hydrierung mit Wasserstoff 5.4.1. Allgemeines 5.4.2. Hydrierversuche im Einkammerreaktor 5.4.3. Hydrierversuche im Zweikammerreaktor 5.4.4. Zusammenfassung 5.5. Weitere durchgeführte Experimente 5.5.1. Hydrierung von Disilanen 5.5.2. Zusatz von Chloridakzeptoren 6. Zusammenfassung und Ausblick 7. Anhang 7.1. Analytische Daten und Produktidentifizierung 7.1.1. NMR-Daten 7.1.2. IR-Daten 7.1.3. Einkristalldaten 7.2. Gaussian 03 Daten 7.2.1. Energien der Grundzustände 7.2.2. Energien der Übergangszustände 7.2.3. Berechnete IR-Spektren 7.2.4. Berechnete Reaktionsgrößen 7.2.5. Isotrope Abschirmungen 7.3. DSC-Daten 7.3.1. Boran-Amin-Addukte 7.3.2. HCl-Amin-Addukte 7.4. Die Hydrierungsansätze 8. Literaturverzeichnis 9. Formelverzeichnis