In dieser Arbeit wurde eine verbesserte Synthesestrategie für [Ti(η5-C5H5)(η7-C7H7)] entwickelt. Daraufhin wurde [Ti(η5-C5H5)(η7-C7H7)] in Anlehnung an eine bekannte Literaturvorschrift in [Ti(η5-C5H4Li)(η7 C7H6Li)]∙pmdta überführt, welches mit verschiedenen Elementdihalogeniden zu [Ti(η5-C5H4)(η7-C7H6)E2R4] (E2R4 = B2(NMe2)2, Si2Me4, Sn2tBu4) bzw. [Ti(η5-C5H4SiMe2)(η7-C7H6SiMe2)CH2)] umgesetzt wurde. Die Röntgenstrukturanalysen der Troticenophane stehen in vollem Einklang mit den NMR-spektroskopischen Daten in Lösung und belegen die Verringerung der Molekülspannung mit zunehmender Anzahl und wachsendem Kovalenzradius der Brückenatome. UV-Vis-spektroskopische Studien bestätigen die wohldokumentierte Blauverschiebung der langwelligsten Absorptionsbande mit zunehmender Moleküldeformation, lediglich [Ti(η5-C5H4SiMe2)(η7-C7H6SiMe2)CH2] zeigt eine deutliche Abweichung von diesem Trend. Die Umsetzung von [Ti(η5-C5H4)(η7-C7H6)B2(NMe2)2] mit [Pt(PEt3)3] führte zur oxidativen Addition der B-B-Bindung an das niedervalente Platinzentrum, verbunden mit einer signifikanten Abnahme der Ringspannung. Zur Darstellung von Trovacenophanen wurde zunächst die Dimetallierung von [V(η5-C5H5)(η7-C7H7)] optimiert, wobei [V(η5-C5H4Li)(η7-C7H6Li)]∙pmdta in nahezu quantitativer Ausbeute erhalten werden konnte. Die Umsetzung von [V(η5-C5H4Li)(η7-C7H6Li)]∙pmdta mit verschiedenen Elementdihalogeniden ermöglichte die Synthese von [n]Trovacenophanen (n = 1, 2). Erwartungsgemäß bestätigen die Kristallstrukturen von [V(η5-C5H4)(η7-C7H6)SiMeiPr] und [V(η5-C5H4)(η7-C7H6)GeMe2] den gespannten Charakter der ansa-Komplexe. Im Unterschied hierzu wirkt sich die Verknüpfung der Ringliganden in [V(η5-C5H4)(η7-C7H6)Sn2tBu4] kaum auf die Geometrie des Sandwichgerüsts aus. ESR-spektroskopische Untersuchungen untermauern frühere Befunde, wonach die isotrope Hyperfeinkopplungskonstante mit zunehmendem Kippwinkel α abnimmt. Die Übergangsmetall-vermittelte Polymerisation von [V(η5-C5H4)(η7-C7H6)SiMe2] und [V(η5-C5H4)(η7-C7H6)SiMeiPr] konnte mit Hilfe von Karstedt’s Katalysator bei erhöhten Temperaturen verwirklicht werden. Die durchschnittlichen Molekulargewichte der erhaltenen Polymere wurden durch GPC- und DLS-Studien zu mindestens Mn = 10000 g mol-1 bzw. Mn = 5600 g mol-1 mit moderaten Polydispersitäten (Mw/Mn = 2.31 bzw. Mw/Mn = 1.64) bestimmt. Durch Umsetzung von [Ti(η5-C5H5)(η8-C8H8)] mit BuLi in Gegenwart von pmdta konnte erstmals ein Sandwichkomplex mit einem Cot-Liganden selektiv in 1,1ʹ-Position dilithiiert werden. Während alle Versuche zur Synthese gespannter [1]Titanoarenophane scheiterten, ermöglichte die Umsetzung von [Ti(η5-C5H4Li)(η8-C8H7Li)]∙pmdta mit geeigneten Elementdichloriden die Isolierung von [n]Titanoarenophanen (n = 2, 3). Die paramagnetischen ansa-Komplexe wurden hierbei eindeutig durch Massenspektrometrie, Elementaranalyse und Röntgendiffraktometrie charakterisiert. Demnach erweist sich lediglich [Ti(η5-C5H4)(η8-C8H7)Si2Me4] als moderat gespanntes System, wohingegen [Ti(η5-C5H4)(η8-C8H7)Sn2tBu4] und [Ti(η5-C5H4SiMe2)(η8-C8H7SiMe2)CH2] eine coplanare Anordnung der Ringliganden aufweisen. Durch Einelektronen-Oxidation mit [Fe(η5-C5H5)2][X] (X = BArf4, PF6) konnten die ansa-Komplexe nachfolgend selektiv in die entsprechenden Kationen überführt werden. Mit der Darstellung von [Cr(η5-C5H4Li)(η6-C6H5Li)]∙pmdta gelang erstmals die Dimetallierung eines paramagnetischen Sandwichkomplexes der Zusammensetzung [M(η5-C5H5)(η6-C6H6)]. Nachfolgende Umsetzung mit Gruppe 14-Elementdichloriden lieferte die [n]Chromoarenophane [Cr(η5-C5H4)(η6-C6H5)ER2] (ER2 = SiMe2, SiMeiPr, SiiPr2, GeMe2, SntBu2), [Cr(η5-C5H4)(η6-C6H5)E2R4] (E2R4 = Si2Me4, Sn2tBu4) und [Cr(η5-C5H4SiMe2)(η6-C6H5SiMe2)CH2], welche zweifelsfrei durch Elementaranalysen und Massenspektrometrie identifiziert werden konnten. UV-Vis-spektroskopische Untersuchungen an den ansa-Komplexen offenbaren keinen Zusammenhang zwischen geometrischen und spektroskopischen Parametern, weshalb eine Abschätzung der Ringspannung für diese Systeme ohne Röntgenstrukturanalysen nicht möglich war. Erwartungsgemäß ist die Insertion einer {Pt(PEt3)2}-Einheit in die Sn-Cipso-Bindung zum Sechsring von [Cr(η5-C5H4)(η6-C6H5)SntBu2] mit einer deutlichen Verringerung der Moleküldeformation verbunden. Durch die Synthese von [Mn(η5-C5H4)(η6-C6H5)ER2] (ER2 = BNCy2, Si(CH2)3, GeMe2, SntBu2) wurde die Reihe an bekannten [1]Manganoarenophanen systematisch erweitert. Während die 1H NMR-Spektren der ansa-Komplexe keine eindeutigen Aussagen über das Ausmaß der Ringspannung in diesen Verbindungen erlauben, lassen die Hochfeldverschiebungen der Cipso-Atome in den 13C-NMR-Spektrem eine ausgeprägte Verzerrung erwarten. Im Unterschied dazu sprechen die NMR-Daten von [Mn(η5-C5H4)(η6-C6H5)Sn2tBu4] für eine eher ungespannte Natur der Sandwicheinheit. / In this work an improved experimental approach toward [Ti(η5-C5H5)(η7-C7H7)] was developed. Subsequently, [Ti(η5-C5H5)(η7-C7H7)] was converted to the established dilithiated species [Ti(η5-C5H4Li)(η7-C7H6Li)]∙pmdta, which facilitated access to [Ti(η5-C5H4)(η7-C7H6)E2R4] (E2R4 = B2(NMe2)2, Si2Me4, Sn2tBu4) and [Ti(η5-C5H4SiMe2)(η7-C7H6SiMe2)CH2)], respectively, upon reaction with suitable element dihalides. The results of X-ray diffraction studies on the troticenophanes are consistent with the NMR spectroscopic data in solution and thus confirm the anticipated trend that molecular strain increases with decreasing number and smaller covalent radii of the bridging elements. Only [Ti(η5-C5H4SiMe2)(η7-C7H6SiMe2)CH2] deviates considerably from this trend. Reaction of [Ti(η5-C5H4)(η7-C7H6)B2(NMe2)2] with [Pt(PEt3)3] resulted in the oxidative addition of the B-B-bond to the low-valent platinum center accompanied by a notable reduction of ring strain. In addition, the selective dimetalation of [V(η5-C5H5)(η7-C7H7)] was successfully optimized, yielding [V(η5-C5H4Li)(η7-C7H6Li)]∙pmdta almost quantitatively. Subsequent reaction of [V(η5-C5H4Li)(η7-C7H6Li)]∙pmdta with various element dihalides afforded [n]trovacenophanes (n = 1, 2). As anticipated, the molecular structures of [V(η5-C5H4)(η7-C7H6)SiMeiPr] and [V(η5-C5H4)(η7-C7H6)GeMe2] confirm the strained character of these species. By contrast, the linkage of the ring ligands in [V(η5-C5H4)(η7-C7H6)Sn2tBu4] only marginally affects the geometry of the sandwich backbone. ESR-spectroscopic studies further highlight the previously observed trend that the hyperfine coupling constant is reduced with increasing tilt-angles α. Transition-metal mediated polymerization of [V(η5-C5H4)(η7-C7H6)SiMe2] and [V(η5-C5H4)(η7-C7H6)SiMeiPr] was accomplished by employing Karstedt’s catalyst at elevated temperatures. The averaged molecular weights of the resulting polymers were determined by GPC- and DLS-studies to at least Mn = 10000 g mol-1 and Mn = 5600 g mol-1, respectively, with moderate polydispersities (Mw/Mn = 2.31 and Mw/Mn = 1.64). Addition of BuLi in the presence of pmdta to [Ti(η5-C5H5)(η8-C8H8)] enabled unprecedented dilithiation of a sandwich complex featuring the Cot-ligand. While all efforts to generate [1]titanoarenophanes remained unsuccessful, several derivatives with di- and triatomic ansa-bridges were obtained by reaction of [Ti(η5-C5H4Li)(η8-C8H7Li)]∙pmdta with suitable element dichlorides. The paramagnetic complexes were reasonable characterized by mass spectrometry, micro analysis and X-ray diffraction. Accordingly, only [Ti(η5-C5H4)(η8-C8H7)Si2Me4] can be considered as a moderately strained ansa-complex, while [Ti(η5-C5H4)(η8-C8H7)Sn2tBu4] and [Ti(η5-C5H4SiMe2)(η8-C8H7SiMe2)CH2] reveal an coplanar arrangement of the ring ligands. Subsequent one-electron oxidation with [Fe(η5-C5H5)2][X] (X = BArf4, PF6] led to the selective formation of the corresponding cations. The successful synthesis of [Cr(η5-C5H4Li)(η6-C6H5Li)]∙pmdta provided the first example for the dilithiation of a paramagnetic sandwich complex of the type [M(η5-C5H5)(η6-C6H6)]. Subsequent reaction with group 14 element dichlorides enabled the isolation of the [n]chromoarenophanes [Cr(η5-C5H4)(η6-C6H5)ER2] (ER2 = SiMe2, SiMeiPr, SiiPr2, GeMe2, SntBu2), [Cr(η5-C5H4)(η6-C6H5)E2R4] (E2R4 = Si2Me4, Sn2tBu4), and [Cr(η5-C5H4SiMe2)(η6-C6H5SiMe2)CH2], which were identified by elemental analysis and mass spectrometry. No correlation between geometric and spectroscopic parameters could be deduced on the basis of UV-Vis-spectroscopic studies on these ansa-complexes. Consequently, the degree of ring strain present in these ansa-species could not be evaluated without crystallographic studies. As expected, the insertion of a {Pt(PEt3)2}-fragment into the Sn-Cipso-bond to the six-membered ring of [Cr(η5-C5H4)(η6-C6H5)SntBu2] results in a substantial decrease of molecular distortion. With the preparation of [Mn(η5-C5H4)(η6-C6H5)ER2] (ER2 = BNCy2, Si(CH2)3, GeMe2, SntBu2), the range of [1]manganoarenophanes has been expanded systematically. While the 1H NMR spectra do not reveal a distinct trend regarding the molecules distortion, the high field shift of the Cipso atoms in the 13C NMR spectra clearly suggest a strained nature of these species. By contrast, the NMR spectroscopic data of [Mn(η5-C5H4)(η6-C6H5)Sn2tBu4] imply an unstrained character of the sandwich backbone.

Die Darstellung von gespannten ansa-Komplexen verschiedener Übergangsmetall-Sandwichverbindungen gelingt durch Umsetzung von dimetallierten Metallocenvorstufen mit den entsprechenden Elementdiahlogeniden. Die Ringspannung in diesen Systemen kann für eine ausgeprägte Folgereaktivität (Ringöffnungsreaktionen, ROP, Diborierung, Bis(silylierung), etc.) ausgenutzt werden. Kristallstrukturanalysen verschiedener Borol-Derivate belegen die hohe Lewis-Azidität des Borzentrums sowie den antiaromatischen Charakter dieser Verbindungsklasse. / The synthesis of strained [n]metalloarenophanes of several transition-metal sandwich complexes has been achieved by salt elimination reactions of dimetalated metallocene precursors with the appropriate element dihalides. The molecular ring strain in these sytems is accompanied by an enhanced reactivity (ring-opening reactions, ROP, diboration, bis(silylation), etc.). X-ray diffraction studies of several borole derivatives have proven the extraordinarily high Lewis acidity of the boron center, as well as the antiaromatic character of these heterocycles.

In der vorliegenden Arbeit wird die Darstellung neuartiger Brückenkopf-Azirine dokumentiert. Diese können photochemisch oder thermisch aus den entsprechenden, zum Teil ebenfalls unbekannten carbocyclischen Vinylaziden erzeugt werden. Dabei ist für die direkte Beobachtung der hochgespannten und instabilen Azirine die Photolyse in Lösung bei tiefer Temperatur (bis –80°C) nötig. Besonders kurzlebige Azirine werden über Folge- oder Abfangreaktionen nachgewiesen. Als thermische Folgeprodukte lassen sich Dihydropyrazine bzw. Pyrazine durch Dimerisierung erhalten. Es wird gezeigt, dass eine Methylgruppe als Substituent in der Brückenkopfposition eine Stabilisierung der Azirine bewirkt. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung des Reaktionsverhaltens der Brückenkopf-Azirine. Aufgrund ihrer hohen Ringspannung weisen diese eine sehr große Reaktivität auf. So ist eine Diels-Alder-Reaktion mit Cyclopentadien und die Addition von Blausäure möglich. Ferner reagieren die hochgespannten Azirine bei –50°C sofort mit Diazomethan, sodass erstmals die durch 1,3-dipolare Cycloaddition entstehenden Dihydrotriazol-Derivate als Zwischenstufe mittels Tieftemperatur-NMR-Messung beobachtet werden können. Des Weiteren führen auch die Umsetzungen der Brückenkopf-Azirine mit Diphenylketen, Benzoylisocyanat und Nitriloxid zu neuen Verbindungen.

In der vorliegenden Arbeit wird die Darstellung einer Vielzahl neuer, hochreaktiver Brückenkopf-Azirine dokumentiert. Diese können ausschließlich photochemisch aus den entsprechenden, zum Teil ebenfalls unbekannten carbocyclischen Vinylaziden erzeugt werden. Für eine direkte Beobachtung der hochgespannten und instabilen Azirine ist die Photolyse in Lösung bei tiefer Temperatur (bevorzugt –50°C) nötig. Besonders kurzlebige Azirine werden über Folge- oder Abfangreaktionen nachgewiesen. Dabei handelt es sich um die Diels-Alder-Reaktion mit Cyclopentadien oder die Addition von Blausäure – beides Umsetzungen, welche nur Aufgrund der erhöhten Reaktivität durch die gesteigerte Ringspannung in den Brückenkopf-Azirinen ablaufen. Erstmals werden gezielt Verbindungen synthetisiert, bei denen der das Azirin überbrückende Ring nicht alicyclisch, sondern hetero- und/oder polycyclisch, aber auch ungesättigt ist, bzw. aromatische Struktureinheiten enthält. Einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit bildet die Untersuchung des Einflusses von Seitenketten auf die Stabilität der Azirine. So kann gezeigt werden, dass ein voluminöser Substituent in der Brückenkopfposition eine deutliche Stabilisierung der Azirine bewirkt.

In der vorliegenden Arbeit wird die Darstellung einer Vielzahl neuer, hochreaktiver Brückenkopf-Azirine dokumentiert. Diese können ausschließlich photochemisch aus den entsprechenden, zum Teil ebenfalls unbekannten carbocyclischen Vinylaziden erzeugt werden. Für eine direkte Beobachtung der hochgespannten und instabilen Azirine ist die Photolyse in Lösung bei tiefer Temperatur (bevorzugt –50°C) nötig. Besonders kurzlebige Azirine werden über Folge- oder Abfangreaktionen nachgewiesen. Dabei handelt es sich um die Diels-Alder-Reaktion mit Cyclopentadien oder die Addition von Blausäure – beides Umsetzungen, welche nur Aufgrund der erhöhten Reaktivität durch die gesteigerte Ringspannung in den Brückenkopf-Azirinen ablaufen. Erstmals werden gezielt Verbindungen synthetisiert, bei denen der das Azirin überbrückende Ring nicht alicyclisch, sondern hetero- und/oder polycyclisch, aber auch ungesättigt ist, bzw. aromatische Struktureinheiten enthält. Einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit bildet die Untersuchung des Einflusses von Seitenketten auf die Stabilität der Azirine. So kann gezeigt werden, dass ein voluminöser Substituent in der Brückenkopfposition eine deutliche Stabilisierung der Azirine bewirkt.

For the first time, successful synthesis of an unknown class of compounds, 3-azido-2H-azirines, which are implicated as highly reactive intermediates in the thermolysis of the corresponding 1,1-diazidoethenes, has been performed. These elusive heterocycles have been detected and characterised by low-temperature NMR and in situ IR spectroscopy. Even the parent compound, 3-azido-2H-azirine, has been observed via low-temperature photolysis of 1,1-diazidoethene, as a highly reactive species with a half-life period of only 12 min at −40 °C. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Die Dissertation beschreibt die Herstellung von ringförmigen Verbindungen (Naphthalenophanen) mit Hilfe der Dehydro-Diels-Alder-Reaktion, wobei immer Enantiomerenpaare auftreten. Es wird der diastereoselektive Aufbau von Naphthalenophanen und der enantiomeren reine Aufbau von Biarylen untersucht. Desweiteren werden die physikalischen Eigenschaften der erhaltenen Verbindungen, wie die Phosphoreszenz, Trennbarkeit der entstehenden Enantiomere und die Ringspannung beschrieben. / The dissertation describes the synthesis of cyclic compounds (Naphthalenophanes) using the Dehydro-Diels-Alder reaction. The diastereoselective assembling of Naphthalenophanes and the development of pure enantiomeres were researched. All synthesised products are pairs of enantiomeres. Furthermore the physical properties like the phosphorescence, separability of the enantiomeres and the ring strain energy were specified.

In der vorliegenden Arbeit wird die Darstellung neuartiger Brückenkopf-Azirine dokumentiert. Diese können photochemisch oder thermisch aus den entsprechenden, zum Teil ebenfalls unbekannten carbocyclischen Vinylaziden erzeugt werden. Dabei ist für die direkte Beobachtung der hochgespannten und instabilen Azirine die Photolyse in Lösung bei tiefer Temperatur (bis –80°C) nötig. Besonders kurzlebige Azirine werden über Folge- oder Abfangreaktionen nachgewiesen. Als thermische Folgeprodukte lassen sich Dihydropyrazine bzw. Pyrazine durch Dimerisierung erhalten. Es wird gezeigt, dass eine Methylgruppe als Substituent in der Brückenkopfposition eine Stabilisierung der Azirine bewirkt. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung des Reaktionsverhaltens der Brückenkopf-Azirine. Aufgrund ihrer hohen Ringspannung weisen diese eine sehr große Reaktivität auf. So ist eine Diels-Alder-Reaktion mit Cyclopentadien und die Addition von Blausäure möglich. Ferner reagieren die hochgespannten Azirine bei –50°C sofort mit Diazomethan, sodass erstmals die durch 1,3-dipolare Cycloaddition entstehenden Dihydrotriazol-Derivate als Zwischenstufe mittels Tieftemperatur-NMR-Messung beobachtet werden können. Des Weiteren führen auch die Umsetzungen der Brückenkopf-Azirine mit Diphenylketen, Benzoylisocyanat und Nitriloxid zu neuen Verbindungen.

For the first time, successful synthesis of an unknown class of compounds, 3-azido-2H-azirines, which are implicated as highly reactive intermediates in the thermolysis of the corresponding 1,1-diazidoethenes, has been performed. These elusive heterocycles have been detected and characterised by low-temperature NMR and in situ IR spectroscopy. Even the parent compound, 3-azido-2H-azirine, has been observed via low-temperature photolysis of 1,1-diazidoethene, as a highly reactive species with a half-life period of only 12 min at −40 °C. / Dieser Beitrag ist aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

In der vorliegenden Arbeit wird über 1,3-dipolare Cycloadditionen mit Lachgas (N2O) unter milden Reaktionstemperaturen (≈ RT) berichtet. N2O ist ein sehr unreaktives 1,3-dipolares Reagenz. Bisher in der Literatur durchgeführte 1,3-dipolare Cycloadditionen mit N2O benötigten immer sehr drastische und gefährliche Reaktionsbedingungen (bis zu 300°C und 500 atm.). Dabei entstanden nach einer (postulierten) einleitenden 1,3-dipolaren Cycloaddition von N2O an Olefine oder Alkine immer nur stickstofffreie Reaktionsprodukte. Durch den Einsatz von hochreaktiven Cycloalkinen als 1,3-Dipolarophile konnten erstmals 1,3-dipolare Cycloadditionen mit N2O bei deutlich milderen Bedingungen (–25°C bis +60°C) als den bisher bekannten durchgeführt werden. Dabei war es mit Cyclooctin und Cycloocten-5-in erstmals möglich, stabile und vollständig charakterisierbare Reaktionsprodukte zu erhalten, die alle drei Atome des addierten N2O-Moleküls enthalten. Mit 4,5-Didehydro-2,3,6,7-tetrahydro-3,3,6,6-tetramethylthiepin konnte sogar erstmals ein alpha-Diazoketon durch 1,3-dipolare Cycloaddition von N2O erhalten und dieses bei –25°C NMR-spektroskopisch untersucht werden. Diese alpha-Diazoketone entstehen aus der elektrocyclischen Ringöffnung der entsprechenden 1,2,3-Oxadiazole welche aus der Cycloaddition von N2O und dem eingesetzten Cycloalkin stammen. Mit alpha-substituierten Cyclooctinen konnten auch 1,3-dipolare Cycloadditionen mit N2O bei milden Temperaturen durchgeführt werden, um stickstofffreie Reaktionsprodukte zu erhalten.