University, Diss., 2005--Würzburg.

A. Eisenfragment-substituierte Heterosiloxane von Aluminium, Gallium und Indium Die Umsetzung der Ferrio-silanole 5a-c mit Trimethylaluminium, Triisobutylaluminium, Trimethylgallium bzw. Trimethylindium liefert unter Alkaneliminierung die Ferrio-siloxyalane, -gallane bzw. -indane 7a-d, 8a,b und 9a,b in Form von dimeren Aggregaten, welche im Fall von 7b,8b,9a sowie 9b auch röntgenstrukturanalytisch charakterisiert sind. Durch Reaktion der chiralen Ferrio-silanole Cp(OC)2Fe-Si(Me)(R)OH bzw. Cp(OC)(Ph3P)Fe-Si(Me)(R)OH mit AlMe3, GaMe3 bzw. InMe3 erhält man die diastereomeren Ferrio-siloxyalane, -gallane bzw. -indane 8c,9c,11a,b und 12a-c in Form von Dimeren, bei denen man die Aggregation auch NMR-spektroskopisch nachweisen kann. Die Reaktion der Ferrio-silandiole Cp(OC)2Fe-SiR(OH)2 (13a-c) mit einem bzw. zwei Äquivalenten Trimethylgallium (6c) bzw. Trimethylindium (6e) liefert unter Methaneliminierung die dimeren Eisen-substituierten Gallium- bzw. Indiumsiloxanole 14a-e in einem Diastereomerenverhältnis von 50 : 50. 14a-e, die über eine freie Silanolfunktion verfügen, zersetzen sich in Lösung infolge Übertragung des Wasserstoffs vom Sauerstoff auf das Eisenatom. Als Zersetzungsprodukte werden die Eisenhydrid-Verbindung Cp(OC)2Fe-H und Polyheterosiloxane des Typs [RSi(OEMe2)O]n erhalten. Bei der Umsetzung von Cp(OC)2Fe-Si(OH)3 (17) mit Trimethylgallium (6c) bzw. Trimethylindium (6e) erhält man unter Methanabspaltung das Eisen-substituierte Gallium- bzw. Indiumsiloxandiol (18a,b). Setzt man das Ferrio-silantriol 17 mit zwei Äquivalenten Trimethylgallium (6c) in siedendem n-Hexan in Anwesenheit von vier Äquivalenten Tetrahydrofuran um, so resultiert das auch röntgenstrukturanalytisch gesicherte Käfigheterosiloxan 19. Die Umsetzung des Ferriomethyl-silanols Cp(OC)2Fe-CH2-SiMe2OH (20) mit den Trialkylverbindungen der Gruppe 13 (6b-e) liefert unter Alkaneliminierung glatt die Ferriomethyl-substituierten Heterosiloxane 21a-d. Die Aggregation zu Dimeren ist für 21b-d sowohl durch Röntgenstrukturanalyse als auch durch Molgewichtsbestimmung gesichert. B. Phosphan-substituierte Ferrio-silanole und -silantriole: Synthese und Kondensation mit Dimethylchlorsilan Die zweifach Phosphan-substituierten Ferrio-silanole 4a,b können über die Hydrolyse der Ferrio-chlorsilane 2a,b in Anwesenheit von Al2O3 und Triethylamin dargestellt werden. Als alternativer Zugang findet sich der Co2(CO)8-katalysierte H/OH-Austausch an den Ferrio-silanen 3a,b in Gegenwart von Wasser. Der als Zwischenstufe postulierte, zweikernige Komplex Cp(Me3P)2Fe- Si(Me)(p-Tol)Co(CO)4 (5) kann durch Reaktion des Ferrio-silans 3b mit Co2(CO)8 erhalten werden. Das Triphenylphosphan-substituierte Ferrio-trichlorsilan Cp(OC)(Ph3P)Fe-SiCl3 (9) kann im Zweiphasensystem THF/H2O zum Phosphan-substituierten Ferrio-silantriol 10 hydrolysiert werden. Die entsprechende Hydrolyse des kinetisch deaktiverten Cp(Me3P)2Fe-SiCl3 (8b) muß durch Al2O3-Zusatz aktiviert werden. Die Umsetzung der Ferrio-silantriole 10, 11 mit drei Äquivalenten Dimethylchlorsilan und Triethylamin als Hilfsbase führt glatt zu den entsprechenden Ferrio-tetrasiloxanen 12a,b. C. Polychlorierte Metallo-siloxane: Synthese und Austausch- reaktionen mit Methanol und Wasser Die Synthese der polychlorierten Metallo-siloxane 3-5 gelingt durch Umsetzung der Metallate Na[Fe(CO)2Cp] (1a) bzw. Li[W(CO)2(PMe3)Cp] (1b) mit Hexachloro-disiloxan (2a) bzw. Octachlorotetrasiloxan (2b). Das Ferrio-disiloxan 3 kann durch Reaktion mit einem weiteren Äquivalent des Natriumferrats 1a in die Bis(ferrio)-Spezies 6 überführt werden. Die NEt3-assistierte Methanolyse des Ferrio-disiloxans 3 mit drei Äquivalenten MeOH führt unter regiospezifischem Cl/OMe-Austausch am g-Si-Atom zum Trimethoxy-substituierten Ferrio-disiloxan 7, das durch Lösen in Methanol oder Zugabe eines Überschusses an MeOH in eine etherische Lösung von 7 in das vollständig Methoxy-substituierte Derivat 8 umgewandelt werden kann. Bei der Umsetzung des Bis(ferrio)-siloxans 6 mit Methanol bzw. H2O als Nucleophil erhält man sowohl das Tetramethoxy- (10a) als auch das eigenkondensationsstabile Tetrahydroxy-disiloxan 10b, welches mit vier Äquivalenten Dimethylchlorsilan zum entsprechenden Hexasiloxan 11 umgesetzt werden kann. D. Primäre Ferrio-silylamine: Synthese und strukturelle Charakterisierung Die Einwirkung von Natriumamid auf die Phosphan-substituierten Ferrio-chlorsilane 2a-c führt zu den entsprechenden primären Ferrio-silylaminen 3a-c, welche die ersten Übergangsmetall-substituierten primären Silylamine darstellen. Die Molekülstruktur von 3b zeigt im Vergleich zu Organosilylaminen eine signifikante Verlängerung für die Si-N-Bindungslänge mit 1.751(4) Å an. / A. Ironfragment-substituted Heterosiloxanes of Aluminium, Gallium and Indium The reaction of the ferrio-silanols 5a-c with trimethylaluminium, triisobutylaluminium, trimethylgallium and trimethylindium, respectively, yields the corresponding ferrio-siloxyalanes, -gallanes and -indanes 7a-d, 8a,b and 9a,b via elimination of alkane as dimeric aggregates. This molecular arrangement is in addition proved by X-ray analysis for 7b,8b,9a and 9b. The diastereomeric ferrio-siloxyalanes, -gallanes and -indanes 8c,9c,11a,b and 12a-c are obtained by reaction of the chiral ferrio-silanols Cp(OC)2Fe-Si(Me)(R)OH and Cp(OC)(Ph3P)Fe-Si(Me)(R)OH with AlMe3, GaMe3 and InMe3, respectively. The aggregation to dimers can be proved directly by NMR-spectroscopy. The alkane eliminiation reaction of the ferrio-silanediols Cp(OC)2Fe-SiR(OH)2 (13a-c) with one or two equivalents of trimethylgallium (6c) or trimethylindium (6e) generates the dimeric ferrio-substituted gallium- and indiumsiloxanols 14a-e (d.r. 50 : 50). The decomposition of 14a-e in solution proceeds via hydrogen transfer from the oxygen to the iron atom with the formation of the polymeric heterosiloxanes [RSi(OEMe2)O]n and iron hydride Cp(OC)2Fe-H. The iron-substituted galliumsiloxanediol 18a, and indiumsiloxanediol 18b are obtained from the ferrio-silanetriol Cp(OC)2Fe-Si(OH)3 (17) via the alkane elimination process with trimethylgallium (6c) or trimethylindium (6e), respectively. The reaction of the ferrio-silanetriol 17 with two equivalents of trimethylgallium (6c) in boiling n-hexane in the presence of four equivalents of THF yields the cage-like heterosiloxane 19. The molecular structure of 19 is also proved by X-ray analysis. The ferriomethyl-substituted heterosiloxanes 21a-d can be easily generated by reaction of the ferriomethyl-silanol Cp(OC)2Fe-CH2-SiMe2OH (20) with the group 13 triorganyls 6b-e. The aggregation to dimers is proved for 21b-d by X-ray analyses and molecular weight determination. B. Phosphine-Substituted Ferrio-Silanols and -Silanetriols: Synthesis and Condensation with Dimethylchlorosilane The double phosphine-substituted ferrio-silanols 4a,b can be generated by hydrolysis of the corresponding ferrio-chlorosilanes 2a,b in the presence of Al2O3 and triethylamine. An alternative approach is offered by the Co2(CO)8-catalyzed H/OH-exchange reaction of the ferrio-silanes 3a,b with water. The confirmation of the intermediate dinuclear species Cp(Me3P)2Fe-Si(Me)(p-Tol)Co(CO)4 (5) is proved by independent synthesis starting from the ferrio-silane 3b and Co2(CO)8. The hydrolysis of the phosphine-substituted ferrio-trichlorosilanes Cp(OC)(Ph3P)Fe-SiCl3 (9) and Cp(Me3P)2Fe-SiCl3 (8b) is achieved either in the two-phase system THF/H2O, or assisted by Al2O3, yielding the ferrio-silanetriols 10 and 11. The ferrio-silanetriols 10,11 are transformed into the corresponding ferrio-tetrasiloxanes 12a,b by the Et3N-assisted condensation with three equivalents of dimethylchlorosilane. C. Polychlorinated Metallo-Siloxanes: Synthesis and Exchange Reaction with Methanol and Water The synthesis of polychlorinated metallo-siloxanes 3-5 can be achieved by reaction of the metalates Na[Fe(CO)2Cp] (1a) and Li[W(CO)2(PMe3)Cp] (1b) with hexachloro-disiloxane (2a) and octachlorotetrasiloxane (2b), respectively. The ferrio-disiloxane 3 can be transformed into the bis(ferrio) species 6 by substitution of a chlorine by another equivalent of sodium ferrate 1a. The NEt3-assisted methanolysis of the ferrio-disiloxane 3 with three equivalents of MeOH yields the trimethoxy-substituted ferrio-disiloxane 7 provided by regiospecific Cl/OMe-exchange at the g-Si-atom. The completely methoxy-substituted derivative 8 is obtained by dissolving 7 in methanol or addition of an excess of MeOH to an ethereal solution of 7. Using methanol or water in a nucleophilic substitution reaction with the bis(ferrio)-siloxane 6 leads to the tetramethoxy- (10a) or the tetrahydroxy-disiloxane 10b, which is stable towards self-condensation and can be converted to the hexasiloxane 11 by addition of four equivalents of dimethylchlorosilane. Reaction of the ferrio-dimethylsilanol Cp(OC)2Fe-SiMe2OH (12) with hexachloro-disiloxane (2a) generates the monometalated trisiloxane 13, which reacts with another equivalent of 12 to the bismetalated tetrasiloxane 14. 13 and 14 can be converted into the fully methoxy-substituted derivatives 15 and 16 by methanolysis in the presence of NEt3. D. Primary Ferrio-Silylamines: Synthesis and Structural Characterization The phosphine-substituted ferrio-chlorosilanes 2a-c react with sodium amide to yield the primary ferrio-silylamines 3a-c, which represent the first transition metal substituted primary silylamines. The molecular structure of 3b reveals a significant elongation of the Si-N-bond length [1.751(4) Å], compared to organosilylamines. The NEt3-assisted reaction of 3a with dimethylchlorosilane yields the ferrio-silazane 4.

Within the studies concerning metallo-silanols, halfsandwich-tungsten complexes have been silanol-functionalized at the cyclopentadienyl ligand. The stability and the condensation behavior have been investigated. Thus, it was shown that these complexes are stable enough for isolation but they are reactiv enough for time-effective condensation reactions with diverse chlorosilanes, chlorostannanes or metalhalogenides. These processes are characterized by an increased reactivity in contrast to metallo-silanols with a direct metal-bonded silanol group and proves that the separation of the silanol group has to be regarded as a successful manipulation. In addition, this modification allows a wide variation of the ligand sphere of the metal which was shown by H/Cl exchange, methylation, silylation or phosphine substitution. These changes evoke a small but significant influence on the silanol group. For example leads an introduced phosphine to an enhanced stability of the silanol function. A further separation of the silanol group from the metal by an additional alkylidene spacer leads to the complete lost of the stabilizing effect of the metal fragment and generates silanols which show a condensation behavior very similar to those of ordinary organosilanols. / Im Rahmen der Studien über Metallo-silanole wurden Halbsandwich-Wolframkomplexe über verschiedene Syntheserouten mit einer Silanolfunktion am Cyclopentadienyl-Liganden funktionalisiert und bezüglich ihrer Stabilität und ihres Co-Kondensationsverhaltens untersucht. Dabei zeigt sich, daß die meisten dieser Verbindungen stabil genug sind, um isoliert und charakterisiert zu werden. Dennoch erweisen sie sich reaktiv genug, um sie zeiteffektiv in Co-Kondensationsprozessen mit diversen Chlorsilanen, Chlorstannanen oder Metallhalogeniden umzusetzen. Sie zeigen diesbezüglich eine gesteigerte Reaktivität im Vergleich zu Metallo-silanolen mit einer direkt Metall-gebundenen Silanoleinheit, so daß die die Separierung der Silanolgruppe vom Metall, um den Übergangsmetalleffekt zu verringern, als erfolgreiche Manipulation zu betrachten ist. Ferner erlaubt diese Modifikation eine größere Variation der Ligandensphäre am Metall, was durch mehrere Reaktionen wie H/Cl-Austausch, Methylierung, Silylierung oder Phosphansubstitution belegt werden konnte. Dabei zeigt sich, daß die Veränderung der Ligandensphäre einen geringen aber signifikanten Einfluß auf das chemische Verhalten der Silanolgruppe nach sich zieht. So bewirkt zum Beispiel das Einbringen eines Phosphans eine geringe Steigerung der Stabilität der Silanolfunktion. Wird diese durch einen zusätzlichen Alkyliden-Spacer vom Metall separiert, so verliert sich jeglicher Einfluß des Metalls und die entsprechenden Silanole zeigen ein Kondensationsverhalten ähnlich wie das herkömmlicher Organosilanole.

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Der Großteil der Erdkruste besteht aus Metalloxiden, wobei Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Eisenoxide die Hauptbestandteile sind. Waren Metalloxide in der Menschheitsgeschichte zunächst hauptsächlich als Pigmente und als Rohstoffe zur Metallgewinnung interessant, so wuchs ihre Bedeutung mit wachsendem chemischem Wissen. Die Mechanismen der Bildung und des Zerfalls von Metalloxiden sind sehr komplex und bisher kaum verstanden. Genau dieses Wissen wird aber benötigt, um Metalloxide mit bestimmten Eigenschaften herzustellen und nutzen zu können. In dieser Arbeit werden daher einfache Silanole als molekulare Modelle für Silikate als Ligandvorläufer verwendet, um Eisensilanolatkomplexe zu synthetisieren. Die daraus erhaltenen Eisensilanolatkomplexe können als strukturelle Modelle für natürliche und synthetische Eisensilikate angesehen werden. Zur Aufklärung der Bildung von Eisensilikaten sowie der Struktur des aktiven Zentrums von eisenhaltigen Zeolithen werden diese Eisensilikate sowohl strukturell als auch spektroskopisch eingehend untersucht und mit den Ergebnissen von natürlichen und synthetischen Eisensilikaten verglichen. Die außergewöhnliche Kombination aus quadratisch planarer Koordination und high-spin Konfiguration der Eisen(II)ionen der in dieser Arbeit diskutierten entstehenden Komplexe entpuppt sich als charakteristisch für das aktive Zentrum von eisenhaltigen Zeolithen, weshalb die Eisensilanolatkomplexe in dieser Arbeit als gute strukturelle Modelle solcher angesehen werden können. / The main part of the earth’s crust consists of metal oxides with silica, alumina and iron oxide as major constituents. Metal oxides were used as pigments and as raw material for metal production, but with increasing chemical knowledge their importance grew. The mechanism of formation and decomposition is complex and still rarely understood. But this knowledge is needed, to synthesize and use metal oxides with distinct properties. In this work simple silanols as molecular models for silicates are used as ligand precursors to synthesize iron silanolate complexes. Those complexes can be considered as structural models for natural and synthetic iron silicates. To understand the mechanism of formation of iron silicates and also the structure of the active centre of iron containing zeolites, those iron complexes are analysed structurally and spectroscopically. The results are compared to those of natural and synthetic iron silicates. The extraordinary combination of square planar coordination and high-spin configuration of the iron(II) ion in the discussed iron complexes turns out to be characteristic for the active centre of iron containing zeolites, thus making the resulting complexes good structural models for the active centre of iron containing zeolites.