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2-Phosphanyl-substituted imidazolium salts 2-PR2(4,5-Cl-Im)[OTf] (9a,b[OTf]) (4,5-Cl-Im = 4,5-dichloro-1,3-bis(2,6-di-isopropylphenyl)-imidazolium) (a: R = Cy, b: R = Ph) are prepared from the reaction of R2PCl (R = Cy, Ph) with NHC 8 (4,5-dichloro-1,3-bis(2,6-di-isopropylphenyl)-imidazolin-2-ylidene) in the presence of Me3SiOTf. 5-Phospanyl-substituted imidazolium salts 5-PR2(2,4-Cl-Im)[OTf] (10a,b[OTf]) are obtained in quantitative yield when a slight excess of the NHC 8 is used. 5-Phosphonio-substituted imidazolium salts 5-PR2Me(2,4-Cl-Im)[OTf]2 (14a,b[OTf]2) and 5-PR2F(2,4-Cl-Im)[OTf]2 (16a,b[OTf]2) result from methylation reaction or oxidation of 10a,b[OTf] with XeF2 and subsequent fluoride abstraction. According to our quantum chemical studies the Cl1 atom at the 2-position at the imidazolium ring of dication 14b2+ carries a slightly positive charge and is therefore accessible for nucleophilic attack. Accordingly, the reaction of 14a,b[OTf]2 and 16a,b[OTf]2 with R3P (R = Cy, Ph) affords cationic 5-phosphonio-substituted NHCs 5-PR2Me(4-Cl-NHC)[OTf] (17a,b[OTf]) and 5-PR2F(4-Cl-NHC)[OTf] (18a,b[OTf]) via a SN2(Cl)-type reaction. A series of transition metal complexes such as [AuCl(5-PPh2Me(4-Cl-NHC))][OTf] (19[OTf]), [CuBr(5-PPh2Me(4-Cl-NHC))][OTf] (20[OTf]), [AuCl(5-PPh2F(4-Cl-NHC))[OTf] (21[OTf]) and [RhCl(cod)(5-PPh2Me(4-Cl-NHC))][OTf] (23[OTf]) are prepared to prove the coordination abilities of carbenes 17b[OTf] and 18b[OTf]. The isolation of a rare example of a tricationic bis-carbene silver complex [Ag(5-PPh2Me(4-Cl-NHC))2][OTf]3 (22[OTf]3) is achieved by reacting 14b[OTf] with Cy3P in the presence of AgOTf. NHC 17b[OTf] represents a very effective dehydrocoupling reagent for secondary (R2PH, R = Ph, Cy, iBu) and primary (RPH2, R = Ph, Cy) phosphanes to give diphosphanes of type R4P2 (R = Ph, Cy, iBu) and oligophosphanes R4P4, R5P5 (R = Ph, Cy), respectively. Methylation of 17b+ and subsequent deprotonation reaction with LDA affords the cationic NHO (N-heterocyclic olefin) 35+ of which the gold complex 36+ is readily accessible via the reaction with AuCl(tht).

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A class of novel nickel cobalt oxide hollow nanosponges were synthesized through a sodium borohydride reduction strategy. Due to their porous and hollow nanostructures, and synergetic effects between their components, the optimized nickel cobalt oxide nanosponges exhibited excellent catalytic activity towards oxygen evolution reaction.

2-Phosphanyl-substituted imidazolium salts 2-PR2(4,5-Cl-Im)[OTf] (9a,b[OTf]) (4,5-Cl-Im = 4,5-dichloro-1,3-bis(2,6-di-isopropylphenyl)-imidazolium) (a: R = Cy, b: R = Ph) are prepared from the reaction of R2PCl (R = Cy, Ph) with NHC 8 (4,5-dichloro-1,3-bis(2,6-di-isopropylphenyl)-imidazolin-2-ylidene) in the presence of Me3SiOTf. 5-Phospanyl-substituted imidazolium salts 5-PR2(2,4-Cl-Im)[OTf] (10a,b[OTf]) are obtained in quantitative yield when a slight excess of the NHC 8 is used. 5-Phosphonio-substituted imidazolium salts 5-PR2Me(2,4-Cl-Im)[OTf]2 (14a,b[OTf]2) and 5-PR2F(2,4-Cl-Im)[OTf]2 (16a,b[OTf]2) result from methylation reaction or oxidation of 10a,b[OTf] with XeF2 and subsequent fluoride abstraction. According to our quantum chemical studies the Cl1 atom at the 2-position at the imidazolium ring of dication 14b2+ carries a slightly positive charge and is therefore accessible for nucleophilic attack. Accordingly, the reaction of 14a,b[OTf]2 and 16a,b[OTf]2 with R3P (R = Cy, Ph) affords cationic 5-phosphonio-substituted NHCs 5-PR2Me(4-Cl-NHC)[OTf] (17a,b[OTf]) and 5-PR2F(4-Cl-NHC)[OTf] (18a,b[OTf]) via a SN2(Cl)-type reaction. A series of transition metal complexes such as [AuCl(5-PPh2Me(4-Cl-NHC))][OTf] (19[OTf]), [CuBr(5-PPh2Me(4-Cl-NHC))][OTf] (20[OTf]), [AuCl(5-PPh2F(4-Cl-NHC))[OTf] (21[OTf]) and [RhCl(cod)(5-PPh2Me(4-Cl-NHC))][OTf] (23[OTf]) are prepared to prove the coordination abilities of carbenes 17b[OTf] and 18b[OTf]. The isolation of a rare example of a tricationic bis-carbene silver complex [Ag(5-PPh2Me(4-Cl-NHC))2][OTf]3 (22[OTf]3) is achieved by reacting 14b[OTf] with Cy3P in the presence of AgOTf. NHC 17b[OTf] represents a very effective dehydrocoupling reagent for secondary (R2PH, R = Ph, Cy, iBu) and primary (RPH2, R = Ph, Cy) phosphanes to give diphosphanes of type R4P2 (R = Ph, Cy, iBu) and oligophosphanes R4P4, R5P5 (R = Ph, Cy), respectively. Methylation of 17b+ and subsequent deprotonation reaction with LDA affords the cationic NHO (N-heterocyclic olefin) 35+ of which the gold complex 36+ is readily accessible via the reaction with AuCl(tht).

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese von Zinn(II)-alkoxiden und deren gezielter Hydrolyse zu homoleptischen fünf- und sechskernigen Zinn(II)-oxidoalkoxidoclustern sowie der Darstellung polynuklearer heterobimetallischer Zinn(II)-oxidoalkoxidocluster mit Wolframhexacarbonyl und Dieisennonacarbonyl. Neben der Synthese und Charakterisierung wurden Austauschexperimente in Lösung zwischen verschiedenen homoleptischen hexanuklearen Zinn(II)-oxidoalkoxidoclustern sowie Zinn(II)-alkoxiden und Alkoholen mit sechskernigen Zinn(II)-oxidoalkoxidoclustern durchgeführt und NMR-spektroskopisch untersucht. Aggregationsuntersuchungen von fünfkernigen zu sechskernigen Zinn(II)-oxidoalkoxidoclustern durch partielle Hydrolyse wurden ebenfalls NMR-spektroskopisch verfolgt. Die Umsetzung eines Germanium(II)-alkoxides mit einem Übergangsmetallcarbonyl in Gegenwart von Wasser führte zur Bildung eines heterobimetallischen, anorganischen, adamantanähnlichen Germanium(II)-oxidohydroxidoclusters. Des Weiteren wurde versucht einen homologen, sechskernigen Germanium(II)-oxidocluster durch partielle Hydrolyse darzustellen. Die Charakterisierung der in dieser Arbeit beschriebenen Zinn(II)-alkoxide und Zinn(II)-oxidoalkoxidocluster erfolgte mittels NMR-Spektroskopie in Lösung und im Festkörper, IR-Spektroskopie, Elementaranalyse, Einkristallröntgenstrukturanalyse und Pulverröntgendiffraktometrie (PXRD).

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Synthesen, Charakterisierungen und umfassenden Reaktivitätsstudien von unterschiedlich substituierten Organosilanolverbindungen, die ausgehend von den niedervalenten Siliziumverbindungen Tetramesityldisilen Mes2Si=SiMes2 (Mes = 2,4,6-Trimethylphenyl) und Hexakisarylcyclotrisilan (ArN2Si)3 (ArN = 2-[(Dimethylamino)methyl]phenyl) dargestellt wurden. Das durch Oxygenierung und Hydrolyse synthetisierte Tetramesitylsiloxandiol Mes2Si(OH)O(OH)SiMes2 wurde hinsichtlich seiner Reaktivität gegenüber Wasser und verschiedenen Ethern untersucht und dabei eingehend durch NMR- und IR-spektroskopische Analysen charakterisiert. Die Isolierung von Einkristallen ermöglichte darüber hinaus die Charakterisierung dreier polymerähnlicher Siloxandiol-Ether-Addukte im Festkörper. Neben Unterschieden der Struktur und Reaktivität in Lösung und im Festkörper konnte zusätzlich durch eine Kooperation mit Prof. Schalley (FU Berlin) anhand eines Gasphasenexperimentes des 18O-markierten Siloxandiolanions, in einem FT-ICR-ESI-Massenspektrometer der vollständige Austausch aller Sauerstoffatome durch Wassermoleküle nachgewiesen werden. Darüber hinaus führte die Einführung intramolekular stabilisierender Liganden wie in dem Siloxandiol ArN2(OH)Si(O)Si(OH)ArN2 zur vollständigen Austauschreaktion in organischen Lösemitteln. Ausgehend von dem [(Dimethylamino)methyl]phenylsubstituierten Cyclotrisilan (ArN2Si)3 konnte das Silylen-Lewispaar ArN2Si–B(C6F5)3 unter Einsatz der starken Lewis-Säure B(C6F5)3 isoliert werden. Durch Hydrolyse wird das Silanolboran ArN2H2OSi–B(C6F5)3 gebildet, das sich durch starke Wasserstoffbrückenbindungen zu den Aminsubstituenten auszeichnet. In Gegenwart von Base, H2O und Luft entsteht nach Dehydrogenierung und Kondensation das Borosiloxan [(HArN2(OB(C6F5)3)Si)2O]. Alle Verbindungen wurden isoliert und vollständig charakterisiert. Zusätzlich ergänzen DFT-Rechnungen (Prof. Kaupp, TU Berlin), die experimentell erhaltenen Beobachtungen. / The following thesis deals with the synthesis, characterization and detailed reactivity studies on differently substituted organosilanols, synthesized by the low valent silicon compounds tetramesityldisilene Mes2Si=SiMes2 (Mes = 2,4,6-trimethylphenyl) and hexakisarylcyclotrisilane (ArN2Si)3 (ArN = 2-[(dimethylamino)methyl]phenyl). Oxygenation and hydrolysis of tetramesityldisilene yielded tetramesitylsiloxanediol Mes2Si(OH)O(OH)SiMes2, the reaction behavior of which towards water and various ethers was studied by means of NMR and IR spectroscopy. Additionally, single crystal analysis delivered three different siloxanediol ether polymer-like structures in the solid state. Besides studies in solution and the solid state, gas phase reactions in a FT-ICR-ESI mass spectrometer of the 18O-labelled siloxanediol anion, showed complete exchange of all O-atoms in presence of gaseous water molecules (cooperation with Prof. Schalley, FU Berlin). Furthermore, we could show that altering the ligand system of the siloxanediol to the amine substituted siloxanediol ArN2(OH)Si(O)Si(OH)ArN2, resulted in a complete exchange of all oxygen atoms in solution when H217O was present. Starting from the [(dimethylamino)methyl]phenyl substituted cyclotrisilane (ArN2Si)3, formation of the Lewis acid stabilized silylene-borane ArN2Si–B(C6F5)3 was accomplished. In presence of water the silanolborane ArN2H2OSi–B(C6F5)3 was formed, showing characteristic strong intramolecular hydrogen bonding to its amino ligands. When reacted with a base and water under ambient air, a dehydrogenation reaction followed by condensation leads to the borosiloxane motif [(HArN2(OB(C6F5)3)Si)2O]. All compounds were isolated separately and fully characterized by means of NMR and IR spectroscopy, as well as X-ray diffraction analysis. In cooperation with Prof. Kaupp (TU Berlin), DFT-calculations were carried out to support the achieved experimental data.

Natriumseltenerdfluoride weisen optische und magnetische Eigenschaften auf, die sie für eine Vielzahl von Anwendungen, wie z.B. als Biomarker in bildgebenden Verfahren oder als Lasermaterial sehr interessant machen. Nanokristalline Partikel dieses Materials wurden angesichts ihrer interessanten optischen Eigenschaften in den letzten Jahren sehr intensiv untersucht. Dabei ist die Herstellung monodisperser Nanopartikel ein zentraler Punkt der aktuellen Forschung, da gerade der Einsatz als Biomarker besonders einheitliche Partikel erfordert. Mehrere Synthesemethoden beschreiben die Bildung monodisperser Partikel, jedoch konnte die Ursache der besonders engen Partikelgrößenverteilung in diesen Fällen nicht aufgeklärt werden. Basierend auf einer Synthesemethode, bei der kleine aufgereinigte, d.h. monomerfreie kubische und hexagonale Partikel (Opferpartikel) als Edukt eingesetzt werden, wurde die Bildung monodisperser Nanopartikel von NaSmF4, NaEuF4, NaGdF4 und NaTbF4 untersucht. Dafür wurden kolloidale Lösungen der Opferpartikel auf 320°C erhitzt und die zeitliche Änderung der Partikelgröße und des Molenbruchs mittels Röntgenpulverdiffraktometrie nachverfolgt. Anhand der TEM-Aufnahmen konnte eine relative Fokussierung der Partikelgrößenverteilung während der Reaktion binärer Gemische aus kleinen kubischen und hexagonalen Partikeln beobachtet werden. Da kein weiteres Monomer der kolloidalen Lösung der Opferpartikel zugegeben wurde, war ein Wachstum der Partikel nur durch Ostwald-Reifung möglich. Entsprechend zeigten die Emissionsspektren der Nanopartikel, hergestellt aus einem Gemisch kleiner NaGdF4- und NaEuF4-Partikel, eine Durchmischung der Seltenerdionen, wie ebenfalls für Produktpartikel, die aus dotierten NaGdF4:Eu3+-Partikeln hergestellt wurden, beobachtet. Die Bildung monodisperser Partikel durch Ostwald-Reifung erfordert eine Monomerübersättigung. Die Experimente weisen daraufhin, dass die höhere Löslichkeit der thermodynamisch weniger stabilen kubischen α-Phase zu einer vergleichsweise hohen Monomerkonzentration während der Ostwald-Reifung führt. Diese Höhe der Monomerkonzentration stellt für die Partikel (Keime) der stabileren β-Phase eine Übersättigung an Monomeren dar. Der Löslichkeitsunterschied zwischen der α- und β-Phase bildet somit den Ursprung für die Bildung nahezu monodisperser NaSEF4-Nanopartikel.

Hexagonales ß-NaREF4 und Strontiumchlorapatit (Sr5(PO4)3Cl) haben sich als Wirtsgitter für Ionen der Lanthanoide bewährt und bilden die Basis für eine Reihe von (Nano-)Materialien mit hervorragenden Lumineszenzeigenschaften. Die Struktur der ß- Natriumseltenerdtetrafluoride leitet sich von der des natürlich vorkommenden Minerals Gagarinit (NaCaYF6) ab. In der hier vorliegenden Arbeit wurde die Synthese von Nanopartikeln mit Gagarinitstruktur und der Zusammensetzung ß-Na1,5- x/2MExRE1,5- x/2F6 (ME = Ca2+, Sr2+) untersucht, sowie deren Dotierung mit dreiwertigen Lanthanoidionen. Es wird gezeigt, dass die Nukleations- und Wachstumsmechanismen von Nanopartikeln mit Gagarinitstruktur grundsätzlich den bekannten Mechanismen bei ß-NaREF4-Nanopartikeln entsprechen. Es wird ferner gezeigt, dass beim Übergang von ß-NaREF4 zu ß-Na1,5- x/2MExRE1,5- x/2F6 (ME = Ca oder Sr) eine Stabilisierung der kubischen a-Phase von NaREF4 und eine Verringerung der Anzahl an Keimen der ß-Phase auftritt. Zusätzlich werden durch den Einbau von Sr2+ die Gitterparameter vergrößert, wodurch sich a-NaSrGdF6 ideal als Schalenmaterial zur Umhüllung von ß-NaREF4- Kernen der leichten Lanthanoide eignet. Die Ergebnisse der Röntgenfluoreszenzanalyse und die spektroskopische Untersuchung von ß-Na1,5- x/2SrxEu1,5- x/2F6-Nanopartikeln legen nahe, dass das Erdalkaliion die Natrium- und Seltenerdionen auf der 1f-Position im Kristallgitter von ß-NaREF4 ersetzt. Die Ergebnisse der Fluoreszenzspektroskopie des Eu3+-dotierten Materials zeigen insbesondere, dass der Einbau von Sr2+-Ionen die lokale Symmetrie der optisch aktiven Eu3+-Ionen erhöht. Weiterhin wird gezeigt, dass sich Sr5(PO4)3Cl-Nanopartikel mithilfe von Phosphatsalzen organischer Basen auch in dem von der NaREF4-Nanopartikelsynthese bekannten Lösungsmittelgemisch Ölsäure/Octadecen herstellen lassen. Durch Variation der Anionenkonzentrationen, Einbau von verschiedenen Dotierungsionen und Anwendung von Kern-Schale-Synthesemethoden lassen sich Nanopartikel mit Apatitstruktur in unterschiedlichen Größen und Morphologien herstellen. Neben kleinen sphärischen Partikeln können durch geeignete Wahl der genannten Parameter sowohl entlang der c-Achse elongierte Stäbchen gewonnen werden, als auch in c-Richtung gestauchte, plättchenförmige Partikel, die sich entlang dieser Achse in langen Ketten anordnen.

Die vorliegende Doktorarbeit befasst sich mit Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen an Alumosilikatclustern und deren Synthese. Bei der Hydrolyse von Verbindungen des Typs CpRAlX2 (R = N, *; X = H, Cl) zeigte sich, dass immer eine vollständige Hydrolyse und Abspaltung aller drei Substituenten auftrat. Dies war unabhängig von den gewählten Reaktionsbedingungen und stöchiometrischen Äquivalenten an Wasser. Daher wurden verschiedene Silanole mit [Cp*Al]4 zur Reaktion gebracht und die dabei erhaltenen Cluster ihrerseits hinsichtlich Hydrolyse und Kondensation untersucht. Es wurde auch der Cluster [Al7(OH)9((OSiiPr2)2O)6] hergestellt und anhand von ESI-MS-Untersuchungen festgestellt, dass es sich bei der Bildung des Clusters um einen mehrstufigen Prozess handelt. Bei dem Cluster [Al7(OH)9((OSiiPr2)2O)6] konnte auch das erste Mal nachgewiesen werden, dass die äußeren Hydroxygruppen mit Wasser austauschen, obwohl sie Teil eines Löwenstein-verbotenen Strukturmotivs sind. Die Reaktion von [Cp*Al]4 mit HOSiPh3 wurde sowohl mit und ohne Zugabe von NEt3 untersucht. Das [Al(OSiPh3)4]- Anion wurde in beiden Fällen nachgewiesen, ohne Zugabe der Base wurde der Cp* Ligand oxygeniert, während die Zugabe der Aminbase zur Bildung von [HNEt3]+ und Cp*H führte. [HNEt3][Al(OSiPh3)4] stellte sich dabei als hydrolysestabil heraus. Erst bei Zugabe von zusätzlichem NEt3 und in der Hitze wurde eine Al-OSi-Bindung hydrolisiert. Bei der ähnlichen Verbindung [Li(THF)4][Al(OSiPh3)4] dagegen wurde eine solche Hydrolyse bereits bei Raumtemperatur ohne Zusatzstoffe beobachtet. Die Kristallstrukturanalyse eines Intermediates der Hydrolyse lies den Einfluss des Lithiumions auf die höhere Hydrolyseempfindlichkeit des Eduktes erkennen. [Li(THF)4][Al(OSiPh3)4] erwies sich auch als geeigneter Single-Source-Precursor für die Hydrothermalsynthese des Zeoliths Li-ABW. / This dissertation’s main topic is the hydrolysis and condensation of alumosilicate cluster and their synthesis. Hydrolysis of compounds CpRAlX2 (R = N, *; X = H, Cl) showed always full hydrolysis and cleavage of all three substituents, regardless of used reaction conditions and stoichiometric equivalents of water. Therefore various silanols were reacted with [Cp*Al]4 and the obtained clusters where investigated in relation to their hydrolysis and condensation. It was found that [(DMAP)Al(OSi(OtBu)3)3] (DMAP = 4‑(Dimethylamino)-pyridine) is stable towards water and heat, in contrast to the products of the reaction of [Cp*Al]4 and HOSi(OtBu)3 without addition of DMAP. The synthesis of the cluster [Al7(OH)9((OSiiPr2)2O)6] was also successful and monitoring its reaction solution via ESI-MS revealed a growth process that involves multiple steps. The cluster [Al7(OH)9((OSiiPr2)2O)6] is also able to exchange its outer hydroxy groups with water, even though they are part of a structural motif which violates Löwensteins rule. However, an excess of water lead to decomposition, which was accelerated in a basic environment. The reaction of [Cp*Al]4 and HOSiPh3 was investigated with and without addition of NEt3. In both cases [Al(OSiPh3)4]- was detected. Without the base, the Cp* ligand was oxygenated; with addition of NEt3 [HNEt3]+ was formed. [HNEt3][Al(OSiPh3)4] is rather stable towards hydrolysis, only with addition of more NEt3 and heat is one Al-OSi bond hydrolyzed. The hydrolysis of the similar compound [Li(THF)4][Al(OSiPh3)4] however occurs at room temperature and without additives. Crystal structure analysis of an intermediate of the hydrolysis reaction revealed the influence of the lithium ion on the higher hydrolysis sensitivity of the starting compound. [Li(THF)4][Al(OSiPh3)4] is also a suitable single-source-precursor for the hydrothermal synthesis of zeolite Li-ABW.