The purpose of the present work was, in the first part, to investigate the potential of iron-based metal complexes in catalytic borylation reactions with alkyl halides as substrates and B2pin2 as the borylation reagent. Moreover, extended studies of the recently reported, copper mediated borylation reactions of aryl halides were performed, including the screening of substrates and alkoxy bases as well as ligand-screening. Investigations were undertaken on the role of Cu-nanoparticles, which might be involved in this catalytic reaction. Furthermore, Cu-phosphine complexes were synthesized as precursors, but attempts to isolate Cu-boryl species which are intermediates in the proposed catalytic cycle were unsuccessful, although 11B NMR evidence for a Cu-boryl complex was obtained. In the second part of this work, the alternative, Lewis-acidic diboron(4) compound bis(ethylene glycolato)diboron (B2eg2) was synthesized to compare its reactivity with the reactivity of other diboron(4) compounds (e.g. B2neop2, B2cat2, B2pin2 and B2(NMe2)4). Therefore, reactions of B2eg2 with different Lewis-bases, such as NHCs and phosphines, were performed to investigate the possible formation of sp2-sp3 or sp3-sp3 adducts and ring-expansion reactions (RERs). The aim was to obtain a better general insight into the reactivity of diboron(4) compounds with Lewis-bases because they are both used as reactants in transition metal-catalyzed and metal-free borylation reactions. Understanding the B–B bond activation process promoted by Lewis-bases provides a new perspective on the reaction pathways available for various borylation reactions. / Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde das Potential eisenkatalysierter Borylierungsreaktionen von Alkylhalogeniden (Substrate) mit B2pin2 als Borylierungsreagenz untersucht. Weiterhin wurden detaillierte und intensive Untersuchungen zur literaturbekannten kupferkatalysierten Borylierung von Arylhalogeniden durchgeführt, einschließlich eines Screenings von unterschiedlich funktionalisierten Substraten und diversen Alkoxybasen. Es wurde ebenfalls ein sehr umfangreiches Ligandenscreening durchgeführt. Des Weiteren wurden die mögliche Entstehung und der mögliche Einfluss von Kupfernanopartikeln auf die Borylierungsreaktion untersucht. Um Intermediate der kupferkatalysierten Borylierung zu untersuchen wurden Kupferphosphankomplexe als Vorläufermoleküle für die Synthese von Kupferborylkomplexen hergestellt. Aufgrund der sehr hohen Reaktivität gelang es jedoch nicht, die entsprechenden Kupferborylkomplexe zu isolieren und zu charakterisieren. Es gelang allerdings in einem in situ 11B{1H}-NMR-Experiment, ein 11B{1H}-Signal zu detektieren, welches in dem zu erwartendem Bereich für einen Kupferborylkomplex lag und einen ersten Hinweis für die Bildung eines solchen Kupferborylkomplexes lieferte. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurde das alternative, lewissaure Diboran(4)-Derivat Bis(ethylenglykol)diboran (B2eg2) synthetisiert, um dessen Reaktivität mit der Reaktivität von anderen Diboran(4)-Verbindungen (z.B. B2neop2, B2cat2, B2pin2 und B2(NMe2)4) zu vergleichen. Hierfür wurden Reaktionen von B2eg2 mit unterschiedlichen Lewisbasen wie NHCs und Phosphanliganden durchgeführt und die mögliche Bildung von sp2-sp3 oder sp3-sp3 hybridisierten mono- bzw. bis-Addukten sowie mögliche NHC-Ringerweiterungsreaktionen untersucht. Im Allgemeinen wurde im zweiten Teil der Arbeit versucht ein besseres Verständnis über die Reaktivität von Diboran(4)-Verbindungen mit Lewisbasen zu erlangen, da beide als Reaktanten in übergangsmetallkatalysierten und metallfreien Borylierungsreaktionen verwendet werden. Dies macht es zwingend erforderlich die B–B-Bindungsaktivierung durch Lewisbasen zu verstehen, da hierdurch eine komplett neue Perspektive auf mögliche Reaktionspfade vieler Borylierungsreaktionen eröffnet wird.

In der vorliegenden Arbeit werden die Sensorikeigenschaften der lumineszierenden metallorganischen Gerüstverbindungen (metal-organic frameworks, MOFs) ■(3@∞)[Ba0.98Eu0.02(Im)2] (1), ■(3@∞)[Sr0.90Eu0.10(Im)2] (2), ■(3@∞)[Tb(Im)3] (3), ■(2@∞)[Tb2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (4) und ■(2@∞)[Eu2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (5), sowohl in Form der Bulksubstanzen als auch in Form von mixed-matrix membranes (MMMs) gegenüber den Analyten Wasser, Methanol, Ethanol und Isopropanol untersucht und mittels kinetischer Betrachtungen quantitativ beschrieben. Hierfür wurde ein Versuchsaufbau konstruiert, der den Anforderungen einer quantitativen Erfassung der Sensorikeigenschaften genügt und einflussgebende externe und interne Parameter, wie die Konzentration des Analyten, Temperatur, Druck, Probenmenge und Probenoberfläche standardisiert, um eine möglichst genaue Erfassung der auftretenden Veränderung der Lumineszenzintensität zu ermöglichen. Zusätzlich wurde eine mathematische Betrachtung genutzt, um die Ergebnisse der Experimente zu interpretieren und in einen Gesamtkontext zu setzen. Für jedes der fünf Modellsysteme wurde je eine Messreihe gegen ein breites Spektrum an relativen Feuchten (Wasser als Analyt) bei 25 °C durchgeführt. Der in allen Fällen auftretende Lumineszenzverlust ließ sich jeweils mittels einer Exponentialfunktion beschreiben und zur Bestimmung der konzentrationsabhängigen Reaktionskonstanten sowie der Halbwertszeiten nutzen. Die gewonnenen Informationen wurden verwendet, um die Reaktionskonstanten und die Schwellenwerte der Sensorik der jeweiligen Systeme zu bestimmten. In weiteren Versuchsreihen wurde der Messaufbau genutzt und der Einfluss der Alkohole Methanol, Ethanol und Isopropanol auf die Lumineszenz der MOFs ■(3@∞)[Ba0.98Eu0.02(Im)2] (1), ■(2@∞)[Tb2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (4) und ■(2@∞)[Eu2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (5) bei verschie-denen Konzentrationen in der Gasphase und bei unterschiedlichen Temperaturen untersucht, quantitativ bestimmt und gemäß der vorangegangen Messreihen für Feuchte beschrieben. Zusätzlich wurde die Veränderung des Lumineszenzmusters der MOFs ■(2@∞)[Tb2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (4) und ■(2@∞)[Eu2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (5) untersucht. Die Möglichkeiten der Prozessierung von ■(3@∞)[Ba0.98Eu0.02(Im)2] (1), und ■(2@∞)[Tb2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (4) wurden im Hinblick auf eine praktische Anwendung im Bereich der Sensorik hin untersucht. Hierfür wurden die jeweiligen Bulksubstanzen via Dropcoating in die drei Polymere Polystyrol (PS), Polyvinychlorid (PVC) und Polymethylpenten (TPX) eingebettet. Die so dargestellten MMMs wurden auf ihre Sensorikeigenschaften hin untersucht und der Lumineszenzverlust wurde quantitativ beschrieben. Des Weiteren wurde die korrespondierende Bulksubstanz, in Bezug auf die (konzentrationsabhängigen) Reaktionskonstanten und Halbwertszeiten, mit den MMMs verglichen. Im Rahmen einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Janiak der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf wurden die MOFs ■(3@∞)[Ba0.98Eu0.02(Im)2] (1) und ■(3@∞)[Sr0.90Eu0.10(Im)2] (2) in Polysulfon (PSF) eingebettet und ebenfalls auf ihre Fähigkeit zur Feuchtesensorik hin untersucht. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit war es erstmals möglich, die Sensoreigenschaften der genutzten MOFs und CPs (1 - 5) quantitativ zu erfassen und mathematisch zu beschreiben. Ebenso konnte das entwickelte Sensorikkonzept erfolgreich auf die Erfassung von verschiedenen Alkoholen in der Gasphase übertragen werden (für System 1, 4 und 5). Anschließend war es möglich, die genutzten Modellsysteme 1, 2 und 4 unter dem Erhalt der Lumineszenzeigenschaft in verschiedene Polymere einzubetten und deren Eigenschaften zur Feuchtesensorik ebenfalls quantitativ zu erfassen und mathematisch zu beschreiben. Im letzten Abschnitt der Arbeit wurden die beiden porösen ZIFs (zeolitic imidazolate frameworks) Na-Rho-ZMOF (6) und Zn(nmIm)2 (7) mit einer Terbiumnitratlösung behandelt, um durch die Füllung der Kavitäten die Lumineszenzeigenschaft der Terbiumionen in das ZIF zu implementieren. Der Grad und die Qualität der Befüllung wurden anschließend analytisch auf Lumineszenzeigenschaften hin untersucht. Hierbei konnte die Befüllung von Na-Rho-ZMOF (6) erfolgreich nachgewiesen werden, während es bei Zn(nmIm)2 (7) nicht zu einer Befüllung des Porensystems kam. / In the present work, the sensor properties of luminescent metal-organic frameworks (MOFs) ■(3@∞)[Ba0.98Eu0.02(Im)2] (1), ■(3@∞)[Sr0.90Eu0.10(Im)2] (2), ■(3@∞)[Tb(Im)3] (3), ■(2@∞)[Tb2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (4), and ■(2@∞)[Eu2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (5) were investigated and quantitatively described. Therefore, bulk substances and MMMs (mixed-matrix membranes) were generated and tested against different analytes like water (relative humidity) and alcohols like, methanol, ethanol and isopropanol. For this purpose, a special experimental setup was constructed, which meets the requirements of a quantitative detection of the sensor properties and influential environmental parameters, such as the concentration of the analyte (e.g. in the form of relative humidity of the atmosphere), temperature, pressure, sample mass and sample surface. This standardized method allowed a precise determination of the occurring luminescence changes. In addition, a mathematical methodology was used to interpret the results of the experiments and place them in an overall context. For each of the five model systems, a series of measurements were carried out against a wide range of relative humidity at 25 °C. In all cases the occurring "turn-off"-effect could be described for each experiment with an exponential function and used to determine the concentration-dependent reaction constants and the half-lifes. The obtained information was used to determine the reaction constants and the thresholds of the sensor properties of the respective systems. In a further series of experiments, the influence of the alcohols methanol, ethanol, and isopropanol onto the luminescence of the MOFs ■(3@∞)[Ba0.98Eu0.02(Im)2] (1), ■(2@∞)[Tb2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (4), and ■(2@∞)[Eu2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (5) at various concentrations and temperatures, was quantitatively determined and described mathematically. The relevant properties, such as concentration-dependent reaction constants and half-lifes, were determined. In addition, changes in the luminescence pattern of the MOFs were observed, studied, and described for ■(2@∞)[Tb2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (4) and ■(2@∞)[Eu2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (5). To enable a real application, the possibilities of processing ■(3@∞)[Ba0.98Eu0.02(Im)2] (1) and ■(2@∞)[Tb2Cl6(4,4‘-bipy)3]•2(4,4‘-bipy) (4) were investigated. For this purpose, the respective bulk substances were embedded in the three polymers polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), and polymethylpentene (TPX) via dropcoating. The MMMs were tested for their ability of sensing humidity. The "turn-off"-effect was quantitatively described and analyzed. The corresponding bulk substance was set in relation to point out the occurring changes in stability (concentration-dependent reaction constants and half-lifes). Within a cooperation with the working group Prof. Janiak of the Heinrich Heine University, the MOFs ■(3@∞)[Ba0.98Eu0.02(Im)2] (1) and ■(3@∞)[Sr0.90Eu0.10(Im)2] (2) were embedded into polysulfone (PSF) and also tested for their ability to sense humidity. In this work it was possible to quantify and mathematically describe the sensor properties of the MOFs and CPs used (1 - 5) for the first time. The developed sensing concept was successfully transferred to detect various alcohols in the gas phase (for systems 1, 4, and 5). Subsequently, it was possible to embed the model systems (1, 2, and 4) used in different polymers, while obtaining the luminescence property. Subsequnt, it was possible to record quantitatively and describe mathematically their properties for humidity sensing. In the last part of the work, the two porous ZIFs (zeolitic imidazolate frameworks) Na-Rho-ZMOF (6) and Zn(nmIm)2 (7) were mixed with a terbium nitrate solution to implement the luminescence properties into the ZIFs by filling the cavities. The degree and the quality of the filling were then checked by a number of analytical methods and the luminescence properties were investigated. The filling of the pore system was detected successfully for Na-Rho-ZMOF (6). For Zn(nmIm)2 (7) no evidence of pore filling was found.

Alkylboronates play an important role in synthetic chemistry, materials science and drug discovery. They are easy to handle due to their good air and moisture stability, and can be readily employed to form carbon–carbon and carbon–heteroatom bonds and can be converted to various functional groups under mild reaction conditions. Compared with conventional groups, such as aryl (pseudo)halides or alcohols, organosulfur compounds represent an alternative and complimentary substitute in coupling reactions. The construction of C–B bond from C–SO bond of aryl sulfoxide is presented in Chapter 2. The selective cleavage of either alkyl(C)-sulfonyl or aryl(C)-sulfonyl bonds of an aryl alkyl sulfone via Cu-free or Cu-mediated processes generates the corresponding boronate esters, which are presented in Chapter 3 and Chapter 4. 1,2-Bis(boronate esters) are emerging as important synthetic intermediates for preparing 1,2-difunctional compounds. In addition, the boryl moieties in different environments in a 1,2-bis(boronate ester) can be differentiated and converted selectively, allowing the synthesis of a wide variety of complex molecules. A direct and selective diboration of C–X and C–O bonds for the preparation of 1,2-bis(boronate esters) is presented in Chapter 5. / Alkylboronate spielen eine wichtige Rolle in der Synthesechemie, den Materialwissenschaften und der Wirkstoffforschung. Sie sind aufgrund ihrer guten Luft- und Feuchtigkeitsstabilität einfach zu handhaben und können leicht zur Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff- und Kohlenstoff-Heteroatom-Bindungen verwendet und unter milden Reaktionsbedingungen in verschiedene funktionelle Gruppen umgewandelt werden. Gegenüber herkömmlichen Gruppen wie Aryl(Pseudo)halogeniden oder Alkoholen stellen Organoschwefelverbindungen einen alternativen und komplementären Ersatz bei Kupplungsreaktionen dar. Der Aufbau einer C–B-Bindung aus einer C–SO-Bindung von Arylsulfoxid wird in Kapitel 2 vorgestellt. Die selektive Spaltung von entweder Alkyl(C)-Sulfonyl- oder Aryl(C)-Sulfonyl-Bindungen eines Arylalkylsulfons über Cu-freie oder Cu-vermittelte Prozesse erzeugen die entsprechenden Boronatester und werden in Kapitel 3 und Kapitel 4 vorgestellt. 1,2-Bis(Boronatester) entwickeln sich als wichtige Synthesezwischenprodukte zur Herstellung von 1,2-difunktionellen Verbindungen. Darüber hinaus können die Boryleinheiten in verschiedenen Umgebungen in einem 1,2-Bis(boronatester) differenziert und selektiv umgewandelt werden, was die Synthese einer Vielzahl komplexer Moleküle ermöglicht. Eine direkte und selektive Diborierung von C–X- und C–O-Bindungen zur Herstellung von 1,2-Bis(boronatestern) wird in Kapitel 5 vorgestellt.

Persistent room temperature phosphorescent (RTP) luminophores have gained remarkable interest recently for a number of applications in security printing, OLEDs, optical storage, time-gated biological imaging and oxygen sensors. We report the first persistent RTP with lifetimes up to 0.5 s from simple triarylboranes which have no lone pairs. We also have prepared 3 isomeric (o, m, p-bromophenyl)-bis(2,6-dimethylphenyl)boranes. Among the 3 isomers (o-, m- and p-BrTAB) synthesized, the ortho-one is the only one which shows dual phosphorescence, with a short lifetime of 0.8 ms and a long lifetime of 234 ms in the crystalline state at room temperature. At last, we checked the RTP properties from the boric acid. We found that the pure boric acid does not show RTP in the solid state. / In letzter Zeit haben Luminophore, die eine effiziente Raumtemperatur-Phosphoreszenz (RTP) zeigen, aufgrund ihrer zahlreichen Anwendungen enormes Interesse gefunden. Die meisten phosphoreszierenden Materialien leiten sich jedoch von Übergangsmetallkomplexen ab, da ihr intrinsisches schnelles Intersystem Crossing (ISC) durch die starke Spin Bahn Kopplung (SOC) des Schwermetalls induziert wird. Metallfreie RTP Materialien sind selten und haben sich zu einem vielversprechenden Gebiet entwickelt, da sie kostengünstig und umweltfreundlich sind. Dieses Kapitel fasst organische molekulare Materialien mit langen Triplett Lebensdauern bei Raumtemperatur aus der Perspektive zusammen, ob sie aus einem molekularen oder Mehrkomponentensystem stammen. Bei rein organischen phosphoreszierenden Materialien werden üblicherweise Heteroatome in das Rückgrat eingeführt, um die Singulett Triplett ISC Geschwindigkeitskonstante zu erhöhen. In Mehrkomponentensystemen wird durch nützliche Strategien wie Wirt-Gast, Polymermatrix, Copolymerisation und supramolekulare Anordnung eine starre Matrixanordnung erreicht, durch die nichtstrahlende Pfade eingeschränkt und so ultralange RTP realisiert wird. ...

Die vorliegende Arbeit beschäftig sich mit der Synthese und Reaktivität von Phosphan-stabilisierten Diborenen, die auf Grund ihres Substitutionsmusters über ein erhöhtes Reaktivitätsvermögen verfügen. Der erste Teil dieser Arbeit beschreibt die Synthese von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoff (PAH)-substituierten, Trimethylphosphan-stabilisierten Diborenen. Im zweiten Abschnitt dieser Arbeit wird die Synthese von Diborenen beschrieben, welche in einer Dihydroanthracendiyl-verbrückten Ringstruktur eingebunden sind. / The work deals with the synthesis and reactivity of phosphine-stabilised diborenes with increased reactivity due to their substitution pattern. The first part describes the synthesis of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH)-substituted, trimethylphosphine-stabilised diborenes.The second part of this work describes the synthesis of strained diborenes, which are incorporated into a dihydroanthracenediyl-bridged ring structure.

In der Arbeit wurden die Strukturen, Reaktivitäten und die Photophysik von verschiedenen Kupfer(I)-Komplexen untersucht. Dazu wurden zunächst Kupfer(I)-Halogenid und -Pseudohalogenid Verbindungen der Typen [CuX] und [Cu2I2] mit Phenanthrolin und dessen Derivaten sowohl strukturell als auch photophysikalisch detailliert charakterisiert. Diese Verbindungen weisen eine breite XMLCT-Absorption zwischen 450-600 nm und Emissionsbanden zwischen 550-850 nm im Festkörper auf. Es zeigte sich für diese strukturell einfachen Verbindungen ein komplexes und sehr unterschiedliches photophysikalisches Verhalten. Dabei wurde neben strukturellen Parametern, wie z.B. π-Wechselwirkungen, auch der Einfluss des Halogen bzw. Pseudohalogenatoms untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mindestens zwei angeregte Zustände an der Emission von [CuI(dtbphen)] (16) und [CuBr(dtbphen)] (17) im Feststoff beteiligt sind und es wurden mögliche Mechanismen wie TADF und die Beteiligung von zwei Triplett Zuständen diskutiert. Die Glasmatrixmessungen von 17 in 2-Methyltetrahydrofuran wie auch die temperaturabhängigen Messungen von [Cu2(µ2-I)2(dmphen)2] (21) zeigen im Gegensatz dazu keinen Hinweis auf TADF. In der Summe zeichnet sich ein komplexes photophysikalisches Bild dieser Komplexe, in der neben molekularen Parametern auch Festkörpereffekte eine wichtige Rolle spielen und die eine einfache Zuordnung zu einem bestimmten Mechanismus schwierig machen. Neuartige Verbindungen mit einem Cuban-Strukturmotiv [L4Cu4X4] (X = Br (32) und Cl (33)), die von einem Phosphininliganden (L = 2,4-Diphenyl-5-methyl-6-(2,3-dimethylphenyl)-phosphinin, 31) koordiniert sind, wurden in einer weiteren Studie photophysikalisch untersucht. Im Gegensatz zu anderen Schweratomkomplexen des Phosphinins, wie z.B. [Ir(C^P)3] (mit C^P = cyclometalliertes 2,4,6-Triphenylphosphinin) zeigen die Cu(I)-Verbindungen bereits bei Raumtemperatur eine intensive Phosphoreszenz. Die LE-Emission kann auf der Grundlage von DFT-Rechnungen einem 3XMLCT Zustand zugeordnet werden. Im Kontrast zu strukturanalogen Pyridin Komplexen ist kein clusterzentrierter 3CC Übergang festzustellen, sondern eine schwache HE-Emissionsbande ist mit großer Wahrscheinlichkeit der Restfluoreszenz des Phosphininliganden 31 geschuldet. Eine weitere Ligandenmodifikation wurde mit der Einführung von NHCs als starke σ-Donor Liganden erreicht. Einerseits wurde die Photophysik von [Cu2Cl2(NHC^Pic)2]-Systemen (mit NHC^Pic = N-Aryl-N'-(2-picolyl) imidazolin 2 yliden) untersucht, die einen Hybridliganden mit Picolyl- und NHC Funktionalität beinhalten. Es konnte gezeigt werden, dass diese Verknüpfung eines starken σ-Donoren und eines π*-Akzeptors zu hohen Quantenausbeuten von bis zu 70% führen kann, wenn zusätzlich auch dispersive Cu-Cu-Wechselwirkungen vorhanden sind. Die Effizienz der Emission kann sich bei Anwesenheit dieser dispersiven Interaktionen im Gegensatz zu Systemen ohne kurze Cu-Cu-Abstände um den Faktor zwei erhöhen. Dinukleare Strukturen von Typ [Cu2Cl2(IMesPicR)2] wurden für die Komplexe 41-44 gefunden, die einen Donor-Substituenten in der para-Position der Picolyl-Funktionalität tragen. Für eine Nitro-Gruppe in der 4-Postion konnte der mononukleare Komplex [CuCl(IMesPicR)] (45) isoliert werden. Ferner können die Substituenten am NHC ebenfalls die Strukturen im Festkörper beeinflussen. So kann für 46 eine polymere Struktur [CuCl(IDippPic)]∞ festgestellt werden. Die Emission in diesen Systemen ist mit einer Elektronenumverteilung aus der Pyridin- und Carbenfunktionalität in das Kupfer- bzw. Chloridatom (LMXCT-Übergang) verbunden. Dabei zeigen die Komplexe [Cu2Cl2(IMesPicH)2] (41), [Cu2Cl2(IMesPicMe)2] (42) und [Cu2Cl2(IMesPicCl)2] (43) zusätzlich Anzeichen von TADF. Zum anderem sind NHC Liganden und dispersive Cu-Cu-Wechselwirkungen Gegenstand einer weiteren strukturellen und photophysikalischen Studie. In dieser wurden die Cu-Cu-Abstände in dinuklearen Kupfer(I)-Bis-NHC-Komplexen [Cu2(tBuIm2(R^R))2](PF6)2 (50-52) durch die Einführung von Methylen, Ethylen und Propylenbrückeneinheiten systematisch variiert. Die erhaltenen Komplexe wurden strukturell und photophysikalisch mit einem mononuklearen Komplex [Cu(tBu2Im)2](PF6) (53) verglichen. Dadurch konnte der Einfluss von kurzen Cu-Cu-Abständen auf die Emissionseigenschaften gezeigt werden, auch wenn der genaue Ursprung einer ebenfalls beobachteten Mechanochromie noch nicht gänzlich aufgeklärt ist. Möglich ist die Existenz verschiedener Konformere in den Pulverproben (Polymorphie), die das Entstehen niederenergetischer Banden in der zerriebenen, amorphen Pulverprobe von [Cu2(tBuIm2(C3H6))2](PF6)2 (52), aber auch die duale Emissionen von [Cu2(tBuIm2(CH2))2](PF6)2 (50) und [Cu2(tBuIm2(C2H4))2](PF6)2 (51) erklären könnten. Die hochenergetische Bande kann für alle Komplexe aufgrund von DFT-und TD-DFT-Rechnungen, 3LMCT Zuständen zugeordnet werden, während niederenergetische Emissionsbanden immer dann zu erwarten sind, wenn 3MC-Zustände populiert werden können, bzw. wenn dispersive Cu-Cu-Wechselwirkungen möglich sind. Der letzte Beweis steht jedoch mit der Isolation anderer polymorpher Phasen und derer photophysikalischen Charakterisierung noch aus. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde gezeigt, wie die Deformations und Interaktionsenergie das Koordinationsverhalten und die Reaktivität von d10 [M(NHC)n]-Komplexen beeinflussen können. Hierzu wurden die Bildung von d10-[M(NHC)n]-Komplexen (n = 1-4; mit M = Co-, Rh-, Ir-, Ni, Pd, Pt, Cu+, Ag+, Au+, Zn2+, Cd2+ and Hg2+) in der Gasphase und in polarer Lösung (DMSO) auf DFT-D3(BJ)-ZORA-BLYP/TZ2P-Niveau berechnet und die Bindungssituation der Metall-Carben-Bindung analysiert. Dabei zeigt sich, dass dikoordinierte Komplexe [M(NHC)2] für alle d10-Metalle thermodynamisch stabile Spezies darstellen, jedoch jede weitere höhere Koordination stark vom Metall bzw. von der Deformationsenergie abhängen. Hier konnte auf Grundlage einer quantitativen Kohn Sham-Molekülorbitalbetrachtung die Ursache für die unterschiedlich hohen Werte der Deformationsenergie (ΔEdef) in den NHC‒M‒NHC-Fragmenten aufgeklärt werden. Hohe Werte sind auf ein effektives sd-Mischen bzw. auf das σ-Bindungsgerüsts zurückzuführen, während niedrige bzw. negative Werte von ΔEdef mit einem signifikanten π-Rückbindungsanteil assoziiert sind. Zudem ist ein hoher elektrostatischer Anteil in der Interaktionsenergie ein wichtiger Faktor. So können trotz hoher berechneter Werte für die Deformationsenergien der Gruppe 12 (Zn(II), Cd(II) und Hg(II)), tetrakoordinierte Komplexe der Form [M(NHC)4] hohe thermodynamische Stabilität aufweisen. Diese allgemeinen Beobachtungen sollten nicht auf den NHC-Liganden beschränkt sein, und sind deswegen für Synthesen und Katalysezyklen von Bedeutung, in denen d10-MLn (n = 1-4) Komplexe Anwendung finden. / In this work, the structures, reactivities and photophysical properties of different copper(I) complexes were investigated. In the first part, copper(I) halide and pseudohalide complexes of [CuX] and [Cu2I2] with phenanthroline and its derivatives were structurally and photophysically characterized in detail. These complexes display a broad XMLCT absorption between 450-600 nm and an emission band between ca. 550-850 nm in the solid state. Despite their structural simplicity, these complexes show a complicated and quite diverse photophysical behavior. Therefore not only structural parameters, such as e.g., π-interactions were investigated, but also the influence of the halogen- and pseudohalogen atoms on the photophysics were studied. It has been shown that at least two excited states are involved in the emission of [CuI(dtbphen)] (16) and [CuBr(dtbphen)] (17) in the solid state. Possible mechanisms, such as TADF were discussed as well as the contribution of two triplet states. Measurements in a glassy matrix (2-Methyltetrahydrofuran) for 17 and temperature dependent measurements for [Cu2(µ2-I)2(dmphen)2] (21) show in contrast no evidence for TADF. In summary, the photophysics of these complexes are influenced by molecular parameters, as well as solid state effects, which makes the assignment to one photophysical mechanism difficult. Two hitherto unprecedented cubane-like structures [L4Cu4X4] (X = Br (32) and Cl (33)) with a phosphinine ligand were photophysically investigated in another study. In contrast to other heavy metal complexes bearing a phosphinine ligand, such as [Ir(C^P)3] (with C^P = cyclometalated 2,4,6-triphenylphosphinine), these Cu(I) compounds show even at room temperature an intense phosphorescence. According to DFT calculations, the LE emission band corresponds to a 3XMLCT state. No cluster centered 3CC transition, which is normally observed for structurally analogous Cu(I) cuban complexes with pyridine as the ligand, is found for 32 and 33. A weak HE emission band in the emission spectrum of 32 can most probably be assigned to residual fluorescence of the phosphinine ligand 31. Further ligand modification was achieved with the introduction of NHCs as strong σ-donors. The photophysics of [Cu2Cl2(NHC^Pic)2]-systems (with NHC^Pic = N-Aryl-N'-(2-picolyl)-imidazoline-2-yliden), which bear hybrid ligands with an NHC and picolyl moiety, were investigated. It was shown that the combination of a strong σ-donor and π*-acceptor in a bridging ligand can lead to a high quantum yield of up to 70% in the solid state, if in addition dispersive Cu-Cu- interactions exist. Remarkably the efficiency of the emission is two times higher if these interactions are present in comparison to structures that have no short Cu-Cu-distances. The para-substituent of the picolyl arm determines whether a dinuclear structure is formed, as has been found for the complexes [Cu2Cl2(IMesPicR)2] (41-44) with donor substituents, or whether a mononuclear species [CuCl(IMesPicR)] is isolated, as in the case of the nitro compound 45. Furthermore, the substituent of the NHC also has an influence on the nuclearity of the complexes, leading to the polymeric arrangement of [CuCl(IDippPic)]∞ (46) in its crystal structure. The emission in these systems originates from a charge transfer from the pyridine and carbene moiety to the copper and chloride atom (LMXCT transition). In addition, the complexes [Cu2Cl2(IMesPicH)2] (41), [Cu2Cl2(IMesPicMe)2] (42) and [Cu2Cl2(IMesPicCl)2] (43) show signs of TADF. NHC ligands and dispersive Cu-Cu interaction were the subject of another structural and photophysical study. Here, the Cu-Cu distances in dinuclear copper(I) bis-NHC complexes [Cu2(tBuIm2(R^R))2](PF6)2 (50-52) were systematically varied by the introduction of a methylene, ethylene and propylene bridging unit. The structures and photophysics of the resulting complexes were compared to a mononuclear complex [Cu(tBu2Im)2](PF6) (53). Thus, the influence of short Cu-Cu distances on the emission properties could be established, although the origins of an additional mechanochromic effect is only partially understood. It is feasible that this latter effect is caused by the existence of different conformers in the powder samples (polymorphism), which would explain the occurrence of a low energy emission band in the ground and amorphous powder sample of [Cu2(tBuIm2(C3H6))2](PF6)2 (52), but also the dual emission of [Cu2(tBuIm2(CH2))2](PF6)2 (50) and [Cu2(tBuIm2(C2H4))2](PF6)2 (51). Based on DFT and TD-DFT calculations, the high energy band for all complexes could be assigned to a 3LMCT transitions, whereas low energy bands are expected if population of 3MC states is possible, i.e. if dispersive Cu-Cu-interactions are present. However the ultimate proof of this assumption, i.e. the isolation and photophysical characterization of other polymorphs, has not yet been achieved. In the last part of this work, it was shown how deformation and interaction energy can influence the coordination and reactivity of d10-[M(NHC)n] complexes. For this, the formation of d10-[M(NHC)n] complexes (n = 1-4; M = Co-, Rh-, Ir-, Ni, Pd, Pt, Cu+, Ag+, Au+, Zn2+, Cd2+ and Hg2+) was calculated in the gas phase and in polar solution (DMSO), and the bonding situations were analyzed using DFT-D3(BJ) at ZORA-BLYP/TZ2P level. Although all investigated d10 metals form very stable, dicoordinated [M(NHC)2] species, the thermodynamics of further complexation strongly depend on the metal, i.e. on the deformation energy (ΔEdef). The origin for the different values for the deformation energies in NHC‒M‒NHC fragments could be established based on a quantitative Kohn-Sham molecular-orbital analysis. High values for deformation energies are caused by a high degree of s-d mixing, i.e. by the σ-bond framework, whereas low or even negative values of ΔEdef are associated with a strong π-backdonation in the metal carbene bond. Furthermore, a high electrostatic contribution to the interaction energy is also an important factor. Thus, despite high values for deformation energies found for the group 12 (Zn(II), Cd(II) und Hg(II)), tetrahedral complexes of the type [M(NHC)4] show high thermodynamic stability. These general findings are not restricted to NHC ligands, and thus should have wider implications for the synthesis of d10-MLn (n = 1-4) complexes and for understanding the catalytic cycles in which they are employed.

Ein wesentliches Ziel dieser Arbeit war die Synthese von mehrfach funktionalisierten Carba-closo-dodecaborat-Anionen, um lineare Bausteine für höhermolekulare Netzwerke zu generieren. Speziell funktionelle Gruppen, die entweder zwei Koordinationstellen aufweisen oder weitere Funktionalisierungen ermöglichen, stehen im Fokus. Des Weiteren soll die Koordinationschemie von Carba-closo-dodecaborat-Anionen mit Ethinylgruppen am antipodalen Boratom, besonders in Hinsicht auf die Bildung von Münzmetall(I)-Komplexen untersucht werden. Im Rahmen dieser Themengebiete wurden zahlreiche zweifach funktionalisierte Derivate des Carba-closo-dodecaboratanions synthetisiert. Drei ausgewählte Anionen sind in Abbildung 141 gezeigt. Überdies wurde mit der Synthese von [1-H2CHCC(O)NH-closo-1-CB11H11]- gezeigt, dass die Aminofunktion derivatisiert werden kann. Diese Resultate ermöglichen die Synthese einer breiten Palette an linearen Bausteinen, beispielsweise für die Verwendung als Linker in höhermolekularen Netzwerken.Zudem wurden Bausteine synthetisiert, welche über Wasserstoffbrücken-bindungen lineare Stränge bilden . Aufgrund des, für Carboxylgruppen selten beobachteten Motivs von tetrameren Einheiten mit dem Graph-Set-Deskriptor [R44(16)] sticht die Struktur von [1-HO(O)C-12-HCC-closo-1-CB11H10]- besonders hervor, da normalerweise für Carbonsäuren die Bildung von Dimeren bevorzugt ist.[129-131] Die maximale Länge des tetrameren, cyclischen Bausteins beträgt 2.24 nm. Das Anion [1-H2N(O)C-12-HCC-closo-1-CB11H10]- bildet einen linearen Strang mit einer Länge von 2.10 nm, welcher an beiden Enden funktionelle Gruppen trägt. Ein interessantes Einsatzgebiet von derartigen Verbindungen ist wiederum die Verwendung als Liganden im Bereich von Münzmetall(I)-Komplexen, wie sie beispielsweise von Himmelspach et al.[87] synthetisiert wurden, wobei in diesem Fall über das Wasserstoffbrückenbindungsmotiv ein Verknüpfungspunkt vorhanden wäre, um höhermolekulare Netzwerke zu bilden. Des Weiteren wurde der elektronische Einfluss verschiedener funktioneller Gruppen auf die Polarisierung der Alkinylfunktion über das {closo-CB11}-Gerüst untersucht. Die Differenzen der experimentellen und berechneten chemischen Verschiebungen der Alkinylresonanzen stehen in linearem Zusammenhang mit der berechneten Differenz der NBO-Ladung des entsprechenden Clusters, wie Abbildung 143 zu entnehmen ist. Im Vergleich mit in 1,4-Position substituierten Derivaten von Benzol und Bicyclo[2.2.2]oktan wird deutlich, dass bei dem Carba-closo-dodecaborat-Anion in größerem Maße induktive Effekte eine Rolle spielen, aber zu einem gewissen Teil auch mesomere Effekte über das {closo-1-CB11}-Gerüst vermittelt werden. Dementsprechend ist das Carba-closo-dodecaborat-Anion zwischen den beiden Extremfällen Benzol - mit dominierenden mesomeren Effekten - und Bicyclo[2.2.2]oktan - mit reinen induktiven Effekten - einzuordnen.Durch die Verwendung ausgewählter funktionalisierter Pyridinderivate wurde ein breites Spektrum unterschiedlicher AgI-Cluster synthetisiert. Mit Pyridin und 4-Me-Pyridin ist die Struktur im Festkörper ein Oktaeder. Bei Verwendung von 4 tBu-Pyridin wird neben eines, auf einer Seite geöffneten Oktaeders, auch ein stark verzerrtes geschlossenes Oktaeder beobachtet. Wird 4-F3C-Pyridin als Ligand verwendet, werden je nach Reaktionstemperatur zwei verschiedene geometrische Grundgerüste im Festkörper erhalten. Bei Temperaturen über 20 °C wird ein Oktaeder und bei Temperaturen unter 15 °C ein Dekaeder aus AgI-Ionen im Festkörper gebildet. Bei Einsatz von 3,5-Me-Lutidin hingegen formt sich eine pentagonale Bipyramide.Diese Komplexe phosphoreszieren bei Raumtemperatur, was für diese Verbindungsklasse sehr selten beobachtet wird. Des Weiteren konnten Informationen hinsichtlich der Struktur-Eigenschafts-Beziehung solcher Komplexe erhalten werden, so wird die Quantenausbeute der einzelnen Komplexe maßgeblich von der Struktur beeinflusst wird. Während das am häufigsten beobachtete geometrische Grundgerüst das Oktaeder ist und die Quantenausbeuten für diese Serie von Clustern in einem Bereich zwischen 0.01 und 0.14 liegen, wird bei Verwendung von 3,5-Me2-Lutidin als Ligand eine pentagonale Bipyramide gebildet, die sich darüber hinaus mit einer Quantenausbeute von 0.76 deutlich von allen anderen bislang synthetisierten Komplexen hervorhebt. Mit den eben erwähnten Silber(I)-Komplexen wurden Ergebnisse bei Umsetzungen mit halogenidhaltigen Salzen erhalten. Auch hier wurden Unterschiede bei den verschiedenen Liganden beobachtet und bei Verwendung von 3,5-Me2-Lutidin wurden, in Abhängigkeit der verwendeten Kationen der eingesetzten Halogenid-Salze, unterschiedliche Komplexe erhalten. Im Falle des [Et4N]+-Kations bleibt die pentagonale Bipyramide erhalten und [Et4N][Ag7(12-CC-closo-1-CB11H11)4(3,5-Me2-C5H3N)9] bildet sich, während bei Verwendung des [Ph4P]+-Kations [Ph4P][Ag7(12-CC-closo-1-CB11H11)4(3,5-(Me)2C5H3N)13] erhalten wird und die Struktur im Kristall ist mit der von [Ag(C5H5N)4][(Ag7(12-CC-closo-1-CB11H11)4(C5H5N)11] verwandt. Die Struktur-Eigenschaft-Beziehung der Komplexe wird hierbei bestätigt, da für beide Komplexe sehr unterschiedliche Quantenausbeuten gemessen werden. Der Cluster mit dem pentagonal bipyramidalen Aufbau [Et4N][Ag7(12-CC-closo-1-CB11H11)4(3,5-Me2-C5H3N)8] hat eine Quantenausbeute von 0.23 gemessen, während die Quantenausbeute im Fall von [Ph4P][Ag7(12-CC-closo-1-CB11H11)4(3,5-(Me)2C5H3N)13] nur 0.04 beträgt. Dies belegt, dass die Struktur des AgI-Clusters im Festkörper die Lumineszenzeigenschaften maßgeblich bestimmt. Des Weiteren wurden verschiedene Münzmetallkomplexe mit Carboranyl-ethinyl- und Triphenylphosphan-Liganden synthetisiert . Auch diese Komplexe lumineszieren bei Bestrahlung mit UV-Licht. Im Falle des gemischten Komplexes {12-(Ph3PAu)((Ph3P)2Ag)]-CC-closo-1-CB11H11} konnte die Quantenausbeute auf 0.39 im Vergleich zu den reinen AgI- und AuI-Verbindungen erhöht werden. In diesen Fällen liegt die Quantenausbeute bei lediglich 0.01 beziehungsweise 0.02. / The synthesis of difunctionalized carba-closo-dodecaborate anions was an essential aim of this work in order to form linear building blocks for the use in molecular frameworks. The focus was on functional groups with two coordination centers or the ability for further functionalization. Furthermore, of major interest was the coordination chemistry of alkyne-functionalized carba-closo-dodecaborate anions regarding their ability to form coinage metal complexes. As a part of this work numerous difunctionalized complexes were synthesized.Moreover, linear building blocks with the ability to form linear assemblies due to hydrogen bonding were prepared. At this point the structure of [1-HO(O)C-12-HCC-closo-1-CB11H10]- has to be highlighted because of the formation of a tetrameric unit with the graph-set-descriptor [R44(16)] and a maximum length of 2.24 nm. Furthermore, the structure of [1-H2N(O)C-12-HCC-closo-1-CB11H10]- in the solid state is a dimeric unit with a length of 2.10 nm and two coordination centers at both ends. The electronic influence of different functional groups was studied regarding their effect on the polarisation over the {closo-CB11} cage of the alkyne function. The experimental and calculated values of D[d(13CCC)] show a linear correlation with the corresponding calculated NBO charges (Figure 3). A comparison with functionalized derivatives of benzene and bicyclo[2.2.2]octane shows that inductive and mesomeric effects are transported over the {closo-CB11} cage. The mesomeric effects play a minor role, therefore, the {closo-CB11} cage has to be classified between benzene derivatives (with dominantly mesomeric effects) and derivatives of bicyclo[2.2.2]octane (with only inductive effects).A range of different AgI clusters (figure 4) was obtained by using selected derivatives of pyridine. In the solid state, the clusters form octahedra in the case of C5H5N and 4-Me-C5H4N. In the case of 4-tBu-C5H4N, an octahedron with one open side is observed, along with a distorted octahedron, in a 95:5 ratio. When 4-F3C-C5H4N is used as a ligand, two different complexes were obtained, depending on the reaction temperature. In contrast, the structure of [Ag(3,5-Me2-C5H3N)4][Ag7(12-CC-closo-1-CB11H11)4(3,5-Me2-C5H3N)10] is a pentagonal bipyramid.These clusters show phosphorescence at room temperature, which is rare for this class of complexes. Whereas the octahedron is the dominant motif in the solid state, for the complex [Ag(3,5-Me2-C5H3N)4][Ag7(12-CC-closo-1-CB11H11)4(3,5-Me2-C5H3N)10] a quantum yield of 0.76 is observed, which is markedly higher than those of other AgI clusters. The relation between the structure of the AgI clusters and their luminescence properties is verified by further reactions with halide salts. Two different complexes were obtained by reacting [Ag(3,5-Me2-C5H3N)4][Ag7(12-CC-closo-1-CB11H11)4(3,5-Me2-C5H3N)10] with [Et4N]Cl and [Ph4P]Br. The geometric framework of [Et4N][Ag7(12-CC-closo-1-CB11H11)4(3,5-Me2-C5H3N)8] remains a pentagonal bipyramid, whereas an octahedron is observed in the case of [Ph4P][Ag7(12-CC-closo-1-CB11H11)4(3,5-(Me)2C5H3N)13] (figure 5). Due to the structure of [Ph4P][Ag7(12-CC-closo-1-CB11H11)4(3,5-(Me)2C5H3N)13] the quantum yield (in this case 0.04) is significantly lower than the value of [Et4N][Ag7(12-CC-closo-1-CB11H11)4(3,5-Me2-C5H3N)8] (Phi = 0.23). Several coinage metal complexes were synthesized with carboranylalkynyl and triphenylphosphine ligands (figure 6). These complexes also show phosphorescence in the solid state. The quantum yield rises to 0.39 in the case of {12-[(Ph3PAu)((Ph3P)2Ag)]-CC-closo-1-CB11H11} whereas the values for the homonuclear metal complexes are very low (0.01-0.02).

Luminescent organotransition metal complexes are of much current interest. As the large spin-orbit coupling of 2nd and 3rd row transition metals usually leads to rapid intersystem crossing from S1 to T1, which enables phosphorescence, there is a special interest in using triplet-emitting materials in organic or organometallic light emitting diodes (OLEDs). Marder et al. have found that, reductive coupling of both para-R-substituted diarylbutadiynes and diaryldodecatetraynes on Rh(PMe3)4X leads to quantitative yields of bis(arylethynyl)-rhodacyclopentadienes with complete regiospecificity (R = BMes2, H, Me, OMe, SMe, CF3, CN, CO2Me, NMe2, NO2, C≡C-TMS and X = -C≡C-TMS, -C≡C-C6H4-4-NMe2, -C≡C-C≡C-C6H4-4-NPh2, Me, Cl).47,49 Unexpectedly, these compounds show intense fluorescence rather than phosphorescence (ɸf = 0.33-0.69, t = 1.2 3.0 ns). The substituent R has a significant influence on the photophysical properties, as absorption and emission are both bathochromically shifted compared to R = H, especially for R = π-acceptor. To clarify the mechanism of the formation of the rhodacyclopentadienes, and to investigate further their unique photophysical properties, a series of novel, luminescent rhodacyclopentadienes with dithiocarbamate as a bidentate ligand at the rhodium centre has been synthesised and characterised (R = NO2, CO2Me, Me, NMe2, SMe, Ar = C6F4-4-OMe). The rhodacyclopentadienes have been formed via reductive coupling of diaryl undecatetraynes with [Rh(k2-S,S`-S2CNEt2)(PMe3)2]. The structures of a series of such compounds were solved by single crystal X-ray diffraction and are discussed in this work. The compounds were fully characterised via NMR, UV/Vis and photoluminescence spectroscopy as well as by elemental analysis, high-resolution mass spectrometry (HRMS) and X-ray diffraction. When heating the reactions, another isomer is formed to a certain extent. The so-called dibenzorhodacyclopentadienes already appeared during earlier studies of Marder et al., when acetylacetonate (acac) was employed as the bidentate ligand at the Rh-centre. They are probably formed via a [4+2] cycloaddition reaction and C-H activation, followed by a β-H shift. Use of the perfluorinated phenyl moiety Ar = C6F4-4-OMe provided a total new insight into the mechanism of formation of the rhodacyclopentadiene isomers and other reactions. Besides the formation of the expected rhodacyclopentadiene, a bimetallic compound was generated, isolated and characterised via X-ray crystallography and NMR spectroscopy, elemental analysis and high resolution mass spectrometry. For further comparison, analogous reactions with [Rh(k2 S,S` S2CNEt2)(PPh3)2] and a variety of diaryl undecatetraynes (R = NO2 CO2Me, Me, NMe2, SMe, Ar = C6F4-4-OMe) were carried out. They also yield the expected rhodacyclopentadienes, but quickly react with a second or even third equivalent of the tetraynes to form, catalytically, alkyne cyclotrimerisation products, namely substituted benzene derivatives (dimers and trimers), which are highly luminescent. The rhodacyclopentadienes (R = NO2, CO2Me, Me, SMe, Ar = C6F4-4-OMe) are stable and were isolated. The structures of a series of these compounds were obtained via single crystal X-ray crystallography and the compounds were fully characterised via NMR, UV/Vis and photoluminescence spectroscopy as well as by elemental analysis and HRMS. Another attempt to clarify the mechanism of formation of the rhodacyclopentadienes involved reacting a variety of diaryl 1,3-butadiynes (R = CO2Me, Me, NMe2, naphthyl) with [Rh(k2 S,S` S2CNEt2)(PMe3)2]. The reactions stop at an intermediate step, yielding a 1:1 trans π-complex, confirmed by single crystal X-ray diffraction and NMR spectroscopy. Only after several weeks, or under forcing conditions (µw / 80 °C, 75 h), the formation of another major product occurs, having bound a second diaryl 1,3-butadiyne. Based on earlier results of Murata, the product is identified as an unusual [3+2] cycloaddition product, ϭ-bound to the rhodium centre. / Lumineszierende Übergangsmetallkomplexe sind aktuell sehr gefragt. Da die starke Spin-Bahn-Kopplung von Übergangsmetallen der zweiten und dritten Reihe zu einem schnellen Inter-System-Crossing führt, und damit zu Phosphoreszenz, gilt der Verwendung Triplett-emittierender Materialien in organischen und organometallischen Licht emittierenden Dioden (OLEDs) besonders großes Interesse. Marder et al. fanden heraus, dass die reduktive Kupplung von para R-substituierten Diarylbutadiinen und Diaryldodecatetraynen an Rh(PMe3)4X zu quantitativen Ausbeuten von Bis(Arylethinyl)-Rhodacyclopentadienen führt (R = BMes2, H, Me, OMe, SMe, CF3, CN, CO2Me, NMe2, NO2, C≡C-TMS and X = -C≡C-TMS, -C≡C-C6H4-4-NMe2, -C≡C-C≡C-C6H4-4-NPh2, Me, Cl), wobei sich nur ein Regioisomer bildet. Überaschenderweise zeigen diese Verbindungen intensive Fluoreszenz an Stelle von Phosphoreszenz (ɸf = 0.33-0.69, t = 1.2 3.0 ns). Der Substituent R hat großen Einfluss auf die Lumineszenz Eigenschaften. Die Absorption sowie Emission sind im Vergleich zu R = H jeweils bathochrom verschoben, wobei der Effekt im Fall von R = π-Akzeptor stärker ausgeprägt ist. Um den Bildungsmechanismus der Rhodacyclopentadiene aufzuklären und ihre einzigartigen Lumineszenz Eigenschaften intensiver zu untersuchen, wurde eine Reihe von neuen, lumineszierenden Rhodacyclopentadienen mit dem bidentaten Liganden Dithiocarbamat am Rhodium-Zentrum dargestellt und charakterisiert (R = NO2, CO2Me, Me, NMe2, SMe, Ar = C6F4-4-OMe). Die Rhodacyclopentadiene entstanden durch reduktive Kupplung von Diarylundecatetrainen mit [Rh(k2-S,S`-S2CNEt2)(PMe3)2]. Die Strukturen einiger solcher Verbindungen wurden mit Hilfe von Röntgenstrukturanalyse gelöst und werden in der vorliegenden Arbeit diskutiert. Die Verbindungen wurden mit Hilfe von NMR, optischer Spektroskopie, sowie Elementaranalyse, hochauflösender Massenspektrometrie (HRMS) und Röntgenstrukturanalyse vollcharakterisiert. Wurden die Reaktionen erhitzt, bildete sich zu einem gewissen Anteil ein anderes Isomer. Das sogenannte Dibenzorhodacyclopentadien tauchte bereits während früherer Untersuchungen von Marder et al. auf, wobei Acetylacetonat (acac) als bidentater Ligand am Rh-Zentrum eingesetzt wurde. Diese werden möglicherweise durch eine [4+2] Zykloaddition und eine C-H Aktivierung, gefolgt von einem β-H Shift gebildet. Reaktionen die mit dem perfluorierten Phenylrest Ar = C6F4-4-OMe durchgeführt wurden, ermöglichten völlig neue Einblicke in den Bildungsmechanismus der Isomere der Rhodacyclopentadiene und anderer Reaktionen. Neben der Bildung des erwarteten Rhodacyclopentadiens, entstand eine bimetallische Verbindung, welche isoliert und mittels Röntgenstrukturanalyse, NMR-Spektroskopie, Elementaranalyse und HRMS charakterisiert wurde. Um weitere Vergleiche anzustellen, wurde analoge Reaktionen mit einer Reihe von Diarylundecatetrainen (R = NO2 CO2Me, Me, NMe2, SMe, Ar = C6F4-4-OMe) und [Rh(k2 S,S` S2CNEt2)(PPh3)2] durchgeführt. Diese führen ebenfalls zu den erwarteten Rhodacyclopentadienen, jedoch erfolgt schnelle Reaktion mit einem zweiten oder sogar dritten Äquivalent Tetrain um katalytisch Alkin-Trimerisierungsprodukte zu bilden, bei denen es sich um substituierte Benzolderivate (Dimere und Trimere) handelt. Diese sind stark lumineszierend. Die Rhodacyclopentadiene sind stabil und konnten isoliert werden. Von einigen Verbindungen konnten Röntgenstrukturanalysen durchgeführt werden. Alle isolierten Verbindungen wurden mittels NMR und optischer Spektroskopie, sowie Elementaranalyse und HRMS charakterisiert. Ein weiterer Ansatz um den Bildungsmechanismus der Rhodacyclopentadiene aufzuklären beinhaltete die Reaktion einer Reihe von Diarylbutadiinen (R = CO2Me, Me, NMe2, naphthyl) mit [Rh(k2 S,S` S2CNEt2)(PMe3)2]. Die Reaktionen stoppen an der Stelle eines Zwischenproduktes, bei dem es sich um einen 1:1 trans π-Komplex handelt, der mittels Röntgenstrukturanalyse und NMR Spektroskopie bestätigt werden konnte. Erst nach einigen Wochen oder unter harschen Reaktionsbedingungen (µw / 80 °C, 75 h), konnte die Bildung eines weiteren Produktes beobachten werden, an welches ein zweites Diarylbutadiin gebunden ist. Ausgehend von früheren Ergebnissen von Murata, wurde das Produkt als ein [3+2]-Zykloadditionsprodukt identifiziert.

Organoboron compounds, such as benzyl-, allyl-, allenyl-, vinyl-, and 2-boryl allyl-boronates, have been synthesized via metal-catalyzed borylations of sp3 C-O and C-H bonds. Thus, Cu-catalyzed borylations of alcohols and their derivatives provide benzyl-, allyl-, allenyl-, vinyl-, and 2-boryl allyl-boronates via nucleophilic substitution. The employment of Ti(OiPr)4 turns the OH moiety into a good leaving group (‘OTi’). The products of Pd-catalyzed oxidative borylations of allylic C-H bonds of alkenes were isolated and purified, and their application in the one-pot synthesis of stereodefined homoallyl alcohols was also investigated. Chapter 2 presents a copper-catalyzed synthesis of benzyl-, allyl-, and allenyl-boronates from benzylic, allylic, and propargylic alcohols, respectively, employing a commercially available catalyst precursor, [Cu(CH3CN)4]2+[BF4-]2, and Xantphos as the ligand. The borylation of benzylic alcohols was carried out at 100 oC with 5-10 mol % [Cu(CH3CN)4]2+[BF4-]2, which afforded benzylic boronates in 32%-95% yields. With 10 mol % [Cu(CH3CN)4]2+[BF4-]2, allylic boronates were provided in 53%-89% yields from the borylation of allylic alcohols at 60 or 100 oC. Secondary allylboronates were prepared in 72%-84% yields from the borylation of primary allylic alcohols, which also suggests that a nucleophilic substitution pathway is involved in this reaction. Allenylboronates were also synthesized in 72%-89% yields from the borylation of propargylic alcohols at 40 or 60 oC. This methodology can be extended to borylation of benzylic and allylic acetates. This protocol exhibits broad reaction scope (40 examples) and high efficiency (up to 95% yield) under mild conditions, including the preparation of secondary allylic boronates. Preliminary mechanistic studies suggest that nucleophilic substitution is involved in this reaction. Chapter 3 reports an efficient methodology for the synthesis of vinyl-, allyl-, and (E)-2-boryl allylboronates from propargylic alcohols via copper-catalyzed borylation reactions under mild conditions. In the presence of a commercially available catalyst precursor (Cu(OAc)2 or Cu(acac)2) and ligand (Xantphos), the reaction affords the desired products in up to 92% yield with a broad substrate scope (43 examples). Vinylboronates were synthesized in 50%-83% yields via Cu-catalyzed hydroboration of mono-substituted propargylic alcohols. With 1,1-disubstituted propargylic alcohols as the starting materials and Cu(OAc)2 as the catalyst precursor, a variety of allylboronates were synthesized in 44%-83% yields. The (E)-2-boryl allylboronates were synthesized in 54%-92% yields via the Cu-catalyzed diboration of propargylic alcohols. The stereoselectivity is different from the Pd(dba)2-catalyzed diboration of allenes that provided (Z)-2-boryl allylboronates predominantly. The isolation of an allenyl boronate as the reaction intermediate suggests that an SN2’-type reaction, followed by borylcupration, is involved in the mechanism of the diboration of propargylic alcohols. In chapter 4, a Pd-catalyzed allylic C-H borylation of alkenes is reported. The transformation exhibits high regioselectivity with a variety of linear alkenes, employing a Pd-pincer complex as the catalyst precursor, and the allylic boronate products were isolated and purified. This protocol can also be extended to one-pot carbonyl allylation reactions to provide homoallyl alcohols efficiently. An interesting mechanistic feature is that the reaction proceeds via a Pd(II)/Pd(IV) catalytic cycle. Formation of the Pd(IV) intermediate occurs by a unique combination of an NCNpincer complex and application of F-TEDA-BF4 as the oxidant. An important novelty of the present C-H borylation reaction is that all allyl-Bpin products can be isolated with usually high yields. This is probably a consequence of the application of the NCN-pincer complex as catalyst, which selectively catalyzes C-B bond formation avoiding subsequent C-B bond cleavage based side-reactions / Bisher ist es uns gelungen, effiziente Methoden zur Erzeugung von Benzyl/Allyl-sp3- und Vinyl/Allenyl-sp2-C-B-Bindungen mit Hilfe von Kupfer- oder Palladium-katalysierter Borylierung der entsprechenden Alkohole oder Alkene zu entwickeln, bei welchen es sich um leicht zugängliche Substrate handelt. Kapitel 2 In Kapitel 2 wird das erste Beispiel einer Cu-katalysierten, direkten Borylierung von Alkoholen (40 Beispiele) vorgestellt. Dies stellt eine effiziente Methode dar, um ein breites Spektrum an Benzyl-, Allyl- und Allenyl-Boronaten unter milden Bedingungen herzustellen. Die Verwendung von Ti(OiPr)4 wandelt den OH-Rest in eine hervorragende Abgangsgruppe (‚OTi‘) um, was eine wichtige Rolle bei der Borylierung von Alkoholen spielt. Obwohl ein Cu(II)-Komplex als Vorstufe für den Katalysator eingesetzt wurde, wird davon ausgegangen, dass der aktive Katalysator für die Borylierungsreaktion eine Cu(I)-Spezies ist. Benzylboronate wurden mit Hilfe einer Cu-katalysierten Borylierung von Benzylalkoholen (Gl. Z-1) dargestellt, wobei sowohl der Kupferkomplex [Cu(CH3CN)4]2+[BF4-]2 als auch der Xantphos-Ligand kommerziell erhältlich sind. Für die Borylierung von Benzylalkoholen wurde eine Katalysatorladung von 5 mol% des Kupferkatalysators verwendet, was auf eine hohe Effizienz dieser Methode schließen lässt. Alle Benzylboronate wurden in moderaten bis hohen Ausbeuten (bis zu 95%) isoliert. Diese Vorgehensweise lässt sich ebenso auf die Borylierung von Benzylacetaten anwenden, wobei ein Benzylboronat mit 54% Ausbeute erhalten werden kann. Dies lässt darauf schließen, dass es sich um eine allgemein anwendbare Methode handelt. Ferner wurden Allylboronate mit Hilfe einer vergleichbaren Route wie die Benzylboronate dargestellt (Gl. Z-2), wobei die Temperatur auf 60 °C abgesenkt werden kann. Bei der Borylierung von Allylalkoholen wurden ausgehend von primären Allylalkoholen sekundäre Allylboronate erhalten. Diese Reaktion unterscheidet sich daher von früheren Pd-katalysierten Borylierungen von Zusammenfassung Allylalkoholen, welche ausschließlich zu linearen Allylboronaten aufgrund der Bildung von (3- Allyl)Pd-Intermediaten führten. Anhand dieses Ergebnisses wird angenommen, dass eine nukleophile Substitution Teil des entsprechenden Mechanismus ist. Weiterhin weist diese Reaktion die Möglichkeit auf, chirale Allylboronate ausgehend von verschiedenen primären Allylalkoholen zu erhalten. Diese finden signifikante Anwendung bei der asymmetrischen Synthese. Unseres Wissens nach stellt diese Methode außerdem das erste Beispiel einer katalytischen Synthese von sekundären Allylboronaten dar, die direkt von Alkoholen ausgeht. Die Borylierung konnte ebenfalls mit sekundären und tertiären Allylalkoholen durchgeführt werden, wobei die entsprechenden Allylboronate in guten Ausbeuten erhalten wurden. Diese Cu-katalysierte Borylierungsreaktion kann außerdem Anwendung in der Borylierung von Propargylalkoholen finden (Gl. Z-3), wobei die Darstellung von Allenylboronaten in guten Ausbeuten erreicht wird. Hierbei kann die Reaktionstemperatur weiter auf 40 °C abgesenkt werden. Des Weiteren weist die Regioselektivität der Borylierung von Propargylakoholen darauf hin, dass die Reaktion über eine nukleophile Substitution verläuft. Die in Kapitel 2 vorgestellten Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die Cu-katalysierte Borylierung von Akoholen eine allgemein anwendbare Methode zur Synthese von Benzyl-, Allylund Allenylboronaten darstellt. Kapitel 3 In Kapitel 3 wird eine Methode zur Synthese von Vinyl-, Allyl- und (E)-2-Boryl-Allyl-Boronaten mit Hilfe von Cu-katalysierter Borylierung von Propargylalkoholen (43 Beispiele) vorgestellt. Hierzu wurden kommerziell erhältliche Kupferkatalysatoren wie Cu(acac)2 und Cu(OAc)2 eingesetzt. In dieser Vorschrift wird erneut Ti(OiPr)4 verwendet, um durch die Reaktion mit Alkoholen (OH) in eine bessere Abgangsgruppe (OTi) zu erhalten. Zugang zu den (E)-2-Boryl-Allylboronaten wurde mit Hilfe von Cu-katalysierter Diborylierung von Propargylalkoholen (Gl. Z-4) ermöglicht. Die Reaktion kann bei 60 oder 80 °C durchgeführt werden. Die Regioselektivität dieser Cu-katalysierten Diborylierungsreaktion unterscheidet sich von der Pd2(dba)3-katalysierten Diborylierung von Allenen, bei der 2-Boryl-Allyl-Boronate mit C=C Doppelbindungen an der terminalen Position erhalten werden. Die Stereoselektivität weist ebenfalls einen Unterschied zur Pd(dba)2-katalysierten Diborylierung von Allenen auf. Bei dieser werden vorranging (Z)-2-Boryl-Allyl-Boronate mit C=C-Doppelbindungen an der internen Position erzeugt. Dies offenbart eine einzigartige Eigenschaft unserer Cu-katalysierten Diborylierung von Propargylalkoholen, welche die Nützlichkeit von Alkoholen in der Entwicklung der synthetischen Methode erweitert. Die Isolierung eines Allenylboronates als Zwischenprodukt während der Reaktion lässt vermuten, dass der Mechanismus der Diborylierung von Propargylalkoholen gemäß einer SN2‘-Reaktion verläuft, auf die eine Borylcuprierung folgt. Die Borylierung von 1,1-disubstituierten Propargylalkoholen, bei der Cu(OAc)2 als Vorstufe des Katalysators eingesetzt wird, führt zur Bildung von (Z)-Allylboronaten als Hauptprodukt (Gl. Z-5). Die Regio- und Stereoselektivität dieser Reaktion und der Cu-katalysierten Borylcuprierung von Allenylsilanen stimmen überein, wobei ein Unterschied zur Pd-katalysierten Borylierung von Allylalkoholen besteht, bei der vorrangig (E)-Allylboronate entstehen. Es liegt nahe, dass die Cukatalysierte Borylierung von 1,1-disubstituierten Propargylalkoholen eine alternative Route zur Herstellung von (Z)-Allylboronaten darstellt, da die Startmaterialien entweder kommerziell erhältlich oder einfach herzustellen sind. Vinylboronate werden ebenfalls mit Hilfe der Cu-katalysierten Borylierung von monosubstituierten Propargylalkoholen (Gl. Z-6) dargestellt. Die Regioselektivität hierbei stimmt mit der der Cu-katalysierten Borylcuprierung von Alkinen überein. Verglichen mit der Borylcuprierung von Allenen bietet die Borylierung von mono-substituierten Propargylalkoholen einen direkteren Zugang zur Darstellung von Vinylboronaten, da Allene in der Regel ausgehend von Propargylalkoholen dargestellt werden. Alle in Kapitel 3 diskutierten Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Cu-katalysierte Borylierung von Propargylalkoholen eine einzigartige Methode zur Synthese von Vinyl-, Allyl- und (E)-2-Boryl- Allylboronaten bietetund eine allgemein anwendbare Vorschrift zur Herstellung von Organobor- Verbindungen mit einfach zugänglichen Startmaterialien darstellt. Die Regio- und Stereoselektivität unterscheidet sich außerdem von den bereits bekannten Methoden. Obwohl Cu(II)-Vorstufen der Katalysatoren eingesetzt werden, handelt es sich bei der katalytisch aktiven Spezies vermutlich um eine Cu(I)-Verbindung, da die Borylierungsreaktionen unter reduktiven Bedingungen durchgeführt werden. Kapitel 4 In Kapitel 4 wurde eine Pd-katalysierte oxidative Borylierung der C-H Bindungen von Alkenen (Gl. Z-7) vorgestellt, bei der eine Vielzahl an linearen Allylboronaten in guten Ausbeuten erzeugt wurde (Gl. Z-7). Außerdem konnten alle Allylboronate isoliert und gereinigt werden, was eine einzigartige Eigenschaft dieser Methode darstellt. Ein interessanter mechanistischer Aspekt dieser Reaktion ist das Durchlaufen eines Pd(II)/Pd(IV)-Katalysezyklus. Die Bildung des Pd(IV)-Intermediates erfolgt durch eine einzigartige Kombination des NCN-Pincerkomplexes A als Katalysaror und F-TEDABF4 als Oxidationsreagenz. Eine wichtige Neuerung der vorgestellten C-H-Borylierungsreaktion ist, dass sämtliche Allyl-BPin-Produkte für gewöhnlich in hohen Ausbeuten isoliert werden können. Dies ist vermutlich eine Folge der Verwendung des Pincer-Komplexes A als Katalysator, welcher selektiv die C-B-Bindungsbildung katalysiert und anschließend, als Pd(IV)-Spezies, C-BBindungsspaltungen als Nebenreaktionen vermeidet. Außerdem kann unsere Vorschrift auf Eintopf-Reaktionen von Aldehyden mit Allylen angewendet werden, um Homoallylalkohole zu erhalten (Gl. Z-8). Zusammengefasst haben wir eine Vielzahl an Borylierungsreaktionen entwickelt, um Benzyl-, Allyl-, Allenyl-, Vinyl- und 2-Boryl-Allylboronate mit Hilfe von Cu- oder Pd-katalysierter Borylierung von Alkoholen und Alkenen, bei denen es sich um leicht zugängliche Startmaterialien handelt, darzustellen. Die Reinigung dieser reaktiven Organobor-Verbindungen weist darauf hin, dass unsere Methoden die Werkzeuge zur Untersuchung der Reaktivität dieser Verbindungen liefern könnten. Die Synthese von sekundären Allylboronaten und 2-Boryl-Allylboronaten beinhaltet außerdem die potenzielle Anwendung in der asymmetrischen Synthese zur Erzeugung wertvoller asymmetrischer Organobor-Verbindungen.

Ziel der vorliegenden Doktorarbeit war die Stabilisierung und Isolierung von Alkalimetall-Carbenoiden sowie die Entwicklung neuer Anwendungsgebiete dieser Verbindungen. Dabei konzentrierte sich der erste Teil auf die thermische Stabilität und die Kontrolle der Reaktivität dieser Verbindungen, während der zweite Teil die Stabilitäts-Reaktivitäts-Beziehung der Verbindungsklasse beinhaltet. Stabilität von M/X-Carbenoiden Ein Schwerpunkt lag dabei auf der Synthese, den Eigenschaften und der Reaktivität Silyl-substituierter Carbenoide. Diese wurden durch Deprotonierung der Fluor- und Chlorvorstufen mit einer geeigneten Alkalimetall-Base zunächst in situ erzeugt (Abb. 4.1), da sie trotz stabilisierender Gruppen thermisch instabil waren und sich meist bei Temperaturen über –40 °C zersetzten. Durch die Einführung der Thiophosphoryl- und Silylgruppe konnten erstmals systematische Studien zu den Eigenschaften und Stabilitäten der Carbenoide mit unterschiedlichen M/X-Kombinationen durchgeführt werden. Hierbei gelang es neben dem Einfluss der Abgangsgruppe auch den Einfluss der unterschiedlichen Alkalimetalle zu untersuchen, welcher in der Literatur bisher nahezu unbeachtet geblieben war. Abb. 4.1. (oben) Synthese von 52-M und 53-M; (unten) Molekülstrukturen der Carbenoide 53-Na und 53-K im Festkörper. Durch NMR-spektroskopische Untersuchungen konnte die erfolgreiche Synthese der Fluor- bzw. Chlor-Carbenoide 52-M und 53-M (mit M = Li, Na, K) nachgewiesen werden. Diese zeigten im 31P{1H}-NMR-Spektrum nur eine geringe Verschiebung verglichen mit den protonierten Vorstufen, allerdings bestätigte das Fehlen des Signals für das Brückenwasserstoffatom im 1H-NMR-Spektrum die erfolgreiche Synthese der Verbindungen. Das Signal des carbenoiden Kohlenstoffatoms im 13C{1H}-NMR-Spektrum zeigte bei den Chlor-Carbenoiden nur eine geringe Änderung verglichen mit der protonierten Ausgangsverbindung. Die um etwa 35 Hz erhöhte 1JCP-Kopplungskonstante ließ jedoch auf einen erhöhten s-Charakter der P–C-Bindung und damit auf ein sp2-hybridisiertes Kohlenstoffatom schließen. Durch VT-NMR-Messungen konnte die thermische Instabilität der Carbenoide bestätigt und die genauen Zersetzungstemperaturen bestimmt werden. Dabei zeigte sich, dass 53-Li mit einer Zersetzungstemperatur von TD = 0 °C thermisch am instabilsten ist. Durch das Ersetzten von Lithium durch Natrium konnte die Stabilität des Carbenoids drastisch erhöht werden, was sich in einer Zersetzungstemperatur von TD = 30 °C widerspiegelt. Diese Beobachtung ist entgegen des Trends der Stabilität von einfachen Alkalimetallorganylen und hebt die Besonderheit der Alkalimetall-Carbenoide hervor. Es konnte dabei auch gezeigt werden, dass durch Kalium keine weitere Stabilisierung erzielt werden konnte. Allgemein ähneln sich die beobachteten Natrium- und Kalium-Carbenoide 53-Na und 53-K sowohl in ihrer thermischen Stabilität als auch in ihren NMR-spektroskopischen Eigenschaften. 53-Na und 53-K konnten – im Gegensatz zur Lithiumverbindung – in sehr guten Ausbeuten als gelbe Feststoffe isoliert und kristallographisch untersucht werden (Abb. 4.1). Damit stellen 53-Na und 53-K die ersten isolierten Carbenoide der schweren Alkalimetalle dar. 53-Na bildet ein Monomer, 53-K ein zentrosymmetrisches Dimer im Festkörper. Beide Carbenoide bilden sogenannte Carben-Donor-Komplexe mit einem M–Cl-Kontakt, aber keinerlei Wechselwirkung zwischen dem Metall und dem carbenoiden Kohlenstoffatom aus. Die beobachtete C1–Cl-Bindungsverlängerung um Δd = 0.05 Å (53-Na) bzw. Δd = 0.03 Å (53-K) bestätigt die erhöhte Polarisierung der C1–Cl-Bindung, was typisch für den carbenoiden Charakter ist. Durch elektrostatische Wechselwirkungen und negativer Hyperkonjugation wird die negative Ladung am carbenoiden Kohlenstoff stabilisiert, was sich in einer Verlängerung der C1–P- bzw. C1–Si-Bindung und einer Verkürzung der P–S-Bindung äußert. Die erhöhte Stabilität von 53-Na und 53-K verglichen mit der Lithiumverbindung wurde auf die erhöhte Polarität, geringere Lewis-Acidität und den erhöhten ionischen Charakter der M–C-Wechselwirkung zurückgeführt. Diese Vermutung führte zur Annahme, dass eine Manipulation der M–C-Wechselwirkung die Möglichkeit bietet, die Stabilität von Carbenoiden zu kontrollieren. Durch die Koordination starker Donorliganden wie 12-Krone-4 im Fall von Lithium bzw. 18-Krone-6 für Kalium konnten die entsprechenden Carbenoide synthetisiert und strukturell charakterisiert werden. Dabei bildeten sich durch die Koordination des Kronenethers separierte Ionenpaare im Festkörper, was zur gewünschten thermischen Stabilisierung führte. So zeigte 53-Li•(12-Krone-4)2 eine erhöhte Zersetzungstemperatur von TD = 20 °C im Vergleich zum THF-Addukt [(53-K)2•(18-Krone-6): TD = 40 °C]. Die für die Chlor-Carbenoide 53-M durchgeführten Untersuchungen wurden im Anschluss auf die Fluor-Carbenoide 52-M erweitert. Dabei belegten NMR-spektroskopische Studien die erwartungsgemäß geringere thermische Stabilität der Fluor-Systeme. Im Fall von 52-Li konnte eine Zersetzungstemperatur von TD = –70 °C bestimmt werden, während sich 52-Na und 52-K mit Zersetzungstemperaturen von TD = 10 °C (52-Na) bzw. 30 °C (52-K) – analog zu den Chlor-Carbenoiden – als thermisch deutlich stabiler erwiesen. Das carbenoide Kohlenstoffatom erfährt im 13C{1H}-NMR-Spektrum eine für Carbenoide typische Tieffeldverschiebung im Vergleich zur protonierten Vorstufe. Diese fällt im Fall von 52-Li (ΔC = 33 ppm) etwas größer aus als für 52-Na (ΔC = 32 ppm) bzw. 52-K (ΔC = 30 ppm). Neben der Bestimmung der Zersetzungstemperatur der Carbenoide gelang es ebenfalls, die Zersetzungsprodukte der M/Cl- und M/F-Carbenoide aufzuklären und zu charakterisieren. So konnte gezeigt werden, dass sich die Chlor-Carbenoide selektiv zur sesselartigen Verbindung 57 zersetzen (Abb. 4.2). Bei den Fluor-Carbenoiden 52-M kommt es hingegen zur Bildung unterschiedlicher Verbindungen. Diese werden jedoch vermutlich alle über das Thioketon-Intermediat TK gebildet, das durch Wanderung des Schwefels der Thiophosphorylgruppe zum carbenoiden Kohlenstoffatom entsteht und durch Abfangreaktion mit Methyllithium zum lithiierten Thioether 60 nachgewiesen werden konnte. In Abhängigkeit vom Metall und Abgangsgruppe werden anschließend unterschiedliche Reaktionswege durchlaufen. Gemäß des HSAB-Konzepts erfolgt im Fall des Lithium-Carbenoids der Angriff am Schwefelatom des Thioketons, wobei die zyklische Verbindung 57 gebildet wird. Beim weicheren Kalium-Carbenoid 52-K kommt es selektiv zur Bildung des Thioenolats 65, während für 52-Na ein Gemisch aus 57 und 65 beobachtet wird. Abb. 4.2. (oben) Zersetzungsreaktionen der M/X-Carbenoide 52-M und 53-M; (unten) Molekülstrukturen der Verbindungen 60 und 65 im Festkörper. Die zu 52 analogen bromierten und iodierten Ausgangsverbindungen eigneten sich nicht zur Darstellung von Carbenoiden. Hier gelang es nicht durch Deprotonierung die Carbenoide zu synthetisieren. Le Floch und Mitarbeiter konnten bereits 2007 zeigen, dass durch eine zweite stabilisierende Thiophosphorylgruppe das Li/Cl-Carbenoid 14 bis zu einer Temperatur von 60 °C keine Zersetzungsreaktionen zeigt. Basierend auf diesen Überlegungen wurden – analog zu den Silyl-substituierten Carbenoiden – der Einfluss der unterschiedlichen Alkalimetalle und Halogene auf die Eigenschaften und die Stabilität der entsprechenden Carbenoide untersucht. Zur Darstellung der Carbenoide wurden die protonierten Vorstufen 69-71 mit einem leichten Überschuss an Alkalimetallhexamethyldisilazan umgesetzt. Die Fluor-Carbenoide 69-M zeigten dabei wieder die für Carbenoide typische Tieffeldverschiebung des carbenoiden Kohlenstoff-atoms im 13C{1H}-NMR-Spektrum verglichen mit der protonierten Vorstufe. Im Fall der Chlor- und Brom-Carbenoide 70-M bzw. 71-M sind ähnliche Signalverschiebungen zu beobachten, allerdings fallen diese schwächer aus. Erneut sind starke spektroskopische Ähnlichkeiten zwischen den Natrium- und Kalium-Vertretern festzustellen, während die Lithium-Carbenoide eine gewisse Ausnahmestellung einnehmen. Abb. 4.3. (oben) Synthese von 69-M, 70-M und 71-M; (unten) Molekülstrukturen der Bis(thiophosphoryl)-substituierten Carbenoide 69-Na•PMDTA, 70-Na und 70-K im Festkörper. Durch VT-NMR-Messungen konnte gezeigt werden, dass alle Carbenoide bis Temperaturen von 60 °C keine Zersetzungsreaktionen eingehen. So gelang es, alle Carbenoide als gelbe Feststoffe zu isolieren. Einzig das Li/F-Carbenoid erwies sich bei Raumtemperatur als instabil und wies eine Zersetzungstemperatur von TD = 0 °C auf. Damit ist es das bis heute stabilste Li/F-Carbenoid das in der Literatur bekannt ist. Durch röntgenkristallographische Untersuchungen konnten alle Chlor- bzw. Brom-Carbenoide 70-M bzw. 71-M sturkturell charakterisiert werden. Dabei ist es gelungen, zusätzlich zu den bereits bekannten Strukturen schwerer Alkalimetall-Carbenoide, einige Metall-Halogen-Kombinationen erstmalig strukturell zu charakterisieren. Durch den Zusatz von PMDTA gelang es auch das erste Na/F-Carbenoid zu charakterisieren. Abbildung 4.3 zeigt exemplarisch einige Vertreter der neuen Strukturen. Auffällig ist dabei, dass in Abhängigkeit des Metalls ähnliche Strukturen erhalten wurden. So bilden die Kalium-Vertreter 70-K und 71-K wieder ein zentrosymmetrisches Dimer aus, während die Natrium-Vertreter 69-Na•PMDTA, 70-Na, 71-Na und 71-Li als Monomere vorliegen. Bei den beschriebenen Carbenoiden ist nur bei 69-Na•PMDTA und 70-Na die für Carbenoide typische C1–X-Bindungsverlängerung beobachtbar, was auf deren erhöhten carbenoiden Charakter im Vergleich mit den anderen Systemen schließen lässt. Zusammenfassend lässt sich folgender allgemeiner Trend formulieren: Der carbenoide Charakter fällt in der Gruppe der Halogene von F zu I und in der Gruppe der Alkalimetalle gemäß Li > Na ≥ K. Die thermische Stabilität zeigt gleichzeitig einen inversen Trend (Abb. 4.4). Reaktivität, carbenoider Charakter Thermische Stabilität Abb. 4.4. Tendenzen in den Eigenschaften von Carbenoiden. Reaktivität und Anwendung Nachdem die Carbenoide auf ihre Stabilitäten, NMR-spektroskopischen und strukturellen Eigenschaften untersucht wurden, stand in weiteren Studien die Reaktivität der Carbenoide im Vordergrund. Hierbei lag der Fokus vor allem auf E–H-Bindungsaktivierungsreaktionen, da es bislang nur wenige Beispiele für Carbenoide mit Hauptgruppenelementverbindungen gibt. Zunächst sollte die Reaktivität von 53-Li gegenüber Boranen untersucht werden. Hierbei kommt es zur selektiven Bildung des Lithiumborats 79 (Abb. 4.5). An das ehemalige carbenoide Kohlenstoffatom ist dabei eine BH3-Einheit und ein weiteres Wasserstoffatom gebunden. Durch theoretische und experimentelle Untersuchungen konnte der Reaktionsmechanismus zu 79 aufgeklärt werden, der als schrittweise B–H-Aktivierung beschrieben werden kann. So kommt es zunächst zur Boratbildung und anschließend zum Cl/H-Austausch mit Hilfe eines weiteren Boran-Moleküls. Dies konnte durch Deuterierungsexperimente mit BD3•THF experimentell bestätigt werden. Die Lithiumboratbildung zeigte sich dabei abhängig von der Stabilität der Lewis-Basen-Addukte, da mit den stabileren Amin- bzw. Phosphan-Boran-Addukten keine Umsetzung zu 79 beobachtet werden konnte. Abb. 4.5. (links) B–H-Aktivierung durch Carbenoid 53-Li; (rechts) Molekülstruktur des Lithiumborats 79 im Festkörper. Im nächsten Schritt wurde die Reaktivität gegenüber Phosphanen getestet. Dabei kam es interessanterweise nicht zu einer analogen P–H-Bindungsaktivierung, sondern vielmehr zu einer Dehydrokupplung der sekundären Arylphosphane zu den entsprechenden Diphosphanen unter Bildung der zweifach protonierten Vorstufe (Abb. 4.6). Diese Reaktion ist bisher einzigartig in der Chemie der Carbenoide und hebt deren großes Potenzial für weitere Anwendungen hervor. Das entwickelte Syntheseprotokoll stellt eine sehr selektive und effektive Methode dar, Phosphane zu Diphosphanen zu kuppeln. Es war so möglich die Diphosphane nach der Abtrennung der zweifach protonierten Vorstufe, die anschließend recycelt werden kann, in sehr guten Ausbeuten von über 90% zu isolieren. Dabei erlaubte das Syntheseprotokoll die Gegenwart funktioneller Gruppen, z.B. Methoxy-, Dimethylamino- oder Trifluoromethyl-Substitutenten. Überraschenderweise zeigten die Umsetzungen der Lithium-Carbenoide mit Chlorsubstituierten Arylphosphanen keinerlei Substitutionsreaktionen am Aromaten sondern führten ebenfalls selektiv zu den Diphosphanen. Einzig das sterisch anspruchsvolle sekundäre Arylphosphan Mes2PH oder aliphatische Phosphane wie tBu2PH oder Cy2PH eigneten sich nicht zur Dehydrokupplung. Im Fall des 3,5-Dichlorsubstiuierten Phosphans war es möglich neben dem Diphosphan das entsprechende P–H-Aktivierungsprodukt zu beobachten und in einer Ausbeute von 22% zu isolieren. Diese Aktivierung zeigte sich abhängig von der Konzentration der Reaktionslösung und konnte durch hohe Verdünnung unterdrückt werden. Abb. 4.6. (links) Carbenoid-vermittelte Dehydrokupplung von Ar2PH; (rechts) Molekülstruktur von (p-C6H4Me)4P2 im Festkörper. Bemerkenswerterweise zeigten quantenchemische Studien, dass die einfachen und nicht-stabilisierten Carbenoide, wie beispielsweise LiC(H)Cl2, nicht für die Dehydrokupplung von Phosphanen geeignet sind und eine ausreichende elektronische Stabilisierung für selektive Umsätze erforderlich ist. So ist zwar im Experiment für alle untersuchten Carbenoide die Diphosphan-Bildung beobachtbar, allerdings für unstabilisierte Systeme nur als Nebenreaktion. Mechanistische Studien zeigten, dass der erste Schritt der Reaktion die Deprotonierung des Phosphans und die Bildung einer Phosphid-Spezies ist. Dieser Schritt ist im Fall der stabilisierten Carbenoide bevorzugt. Bei den nicht-stabilisierten Carbenoiden stellt die Bildung des Carbens unter Salzeliminierung den ersten Reaktionsschritt dar, was im Anschluss zu unselektiven Folgereaktionen führt. Die synthetisierten Diphosphane besitzen großes Potenzial für weitere Anwendungen, beispielsweise als Liganden in der Übergangsmetallkatalyse. Basierend auf diesen Überlegungen wurden in anfänglichen Studien die Diphosphane an Gold(I)-Fragmente koordiniert (Abb. 4.7). Es gelang dabei die Diphosphan-Bisgold-Komplexe in nahezu quantitativen Ausbeuten als farblose Feststoffe zu isolieren und mittels Multikern-NMR-Spektroskopie und hochaufgelöster Massenspektrometrie zu charakterisieren. Einzig die Chlor-substituierten Diphosphane zeigten nach der Zugabe von Gold(I) bereits Kupplungsreaktionen mit sich selbst. Röntgenkristallographische Untersuchungen zeigten, dass die beiden Gold-Zentren eine trans-Stellung zueinander einnehmen, in der keine intramolekulare Au•••Au-Wechselwirkung beobachtet werden konnte. Auch in der Kristallpackung zeigte sich, dass die Bildung der Festkörperstrukturen von C–H•••X- und π•••π-Wechselwirkungen dominiert wird. Studien zum Einsatz in der Katalyse stehen noch aus. Da die Komplexe in allen geläufigen Lösungsmitteln schwer löslich sind, besteht weiter Optimierungsbedarf, um die Löslichkeit, z.B. durch Einführung von Alkylgruppen, zu erhöhen. Abb. 4.7. (links) Syntheseweg zu Diphosphan-Bisgold-Komplexen; (rechts) Molekülstruktur des Bisgold-Komplexes von (p-C6H4Me)4P2 im Festkörper. Neben der einzigartigen Reaktivität Silyl-substituierter Carbenoide gegenüber element-organischen Verbindungen wie Boranen oder Phosphanen wurde auch die Reaktivität gegenüber späten Übergangsmetallkomplexen, hier exemplarisch [Pd(PPh3)4] untersucht. Ziel sollte es sein mit Carbenoiden als selektiven Carbentransferreagenzien Zugang zu Carbenkomplexen zu erhalten, die schwer über alternative Routen zugänglich sind. Bei Verwendung der Silyl-substituierten Systeme kam es dabei jedoch zunächst nicht zur selektiven Synthese des Carbenkomplexes C, sondern vielmehr zu Produktgemischen aus Thioketon-komplex T und Carbenkomplex C. Die Verhältnisse erwiesen sich jedoch als abhängig vom Metall, Halogen und der Silylgruppe des Carbenoids sowie von der Reaktionstemperatur. Tabelle 4.1 zeigt eine Übersicht. Je tiefer die Temperatur und je größer die Substituenten der Silylgruppe desto mehr Carbenkomplexbildung kann beobachtet werden. Theoretische Berechnungen der Trimethylsilyl- bzw. Triphenylsilyl-Systeme konnten die experimentellen Befunde bestätigen. Der Thioketonkomplex T stellt so das thermodynamisch stabilere Produkt dar, während der Carbenkomplex C kinetisch bevorzugt ist. Erfreulicherweise gelingt bei Verwendung der im Vergleich zum Lithiumsystem stabileren Natrium- bzw. Kalium-Carbenoide die selektive Synthese des Palladium-Carbenkomplexes C (Einträge 3 und 4). Durch die Stabilisierung des Li/Cl-Carbenoids durch Kronenether kann ebenfalls die Carbenkomplex-bildung forciert werden (Eintrag 5). Je stabiler die Carbenoide, desto selektiver wird der Carbenkomplex C gebildet. Das zeigt auch die Reaktion des sehr reaktiven Li/F-Carbenoids, das vollständig zum Thioketonkomplex T reagiert (Eintrag 11). Bei den Kalium-Carbenoiden der sterisch anspruchsloseren Silyl-Systeme tritt noch ein weiteres Reaktionsprodukt auf, das als das Ylid Y identifiziert wurde. Dieses tritt auch bei Kristallisationsversuchen des Carben-komplexes auf und wurde röntgenkristallographisch untersucht. Tabelle 4.1. Reaktivität unterschiedlicher Silyl-substituierter Carbenoide gegenüber [Pd(PPh3)4]. Eintrag Metall Halogen Silylgruppe Temperatur Thioketon-komplex [%]a Carben-komplex [%]a Ylid [%]a 1 Li Cl SiPh3 RT 80 20 - 2 Li Cl SiPh3 –78 °C 48 52 - 3 Na Cl SiPh3 RT - >99 - 4 K Cl SiPh3 RT - >99 - 5 Li•(12-Krone-4) Cl SiPh3 RT - 93 - 6 K•(18-Krone-6) Cl SiPh3 RT - 75 25 7 K Cl SiMePh2 –40 °C - 71 29 8 K Cl SiMe2Ph –40 °C - 43 57 9 K Cl SiMe3 –10 °C 70 30 - 10 K Cl SiMe3 –40 °C 40 33 26 11 Li F SiPh3 –78 °C >99 - - [a] Verhältnis der Produkte durch 31P{1H}-NMR-Spektroskopie bestimmt. Trotz selektiver Synthese des Carbenkomplexes 119 erwies sich die Aufreinigung als problematisch, da das gebildete Triphenylphosphan vermutlich aufgrund der Koordination an das Metallsalz schwer abgetrennt werden konnte. Überraschenderweise zeigte sich beim Erwärmen des Gemisches auf 80 °C die Bildung einer neuen Verbindung, die als Diphosphanphosphonium-Komplex 121 identifiziert wurde. Dieser konnte mittels NMR-spektroskopischer Untersuchungen und hochauf-gelöster Massenspektrometrie charakterisiert werden. Studien zur Strukturanalyse und zur Reaktivität stehen hier allerdings noch aus. Da der Carbenkomplex zunächst nicht selektiv dargestellt werden konnte, wurde eine alternative Syntheseroute entwickelt. Diese beinhaltete die oxidative Addition der halogenierten Liganden an das Übergangsmetall und anschließende Dehydrohalogenierung. Hierzu wurden analog Abbildung 4.9 zuerst die Palladium-Komplexe in einer oxidativen Additionsreaktion synthetisiert. Dabei gelang es sowohl unterschiedliche Halogenatome als auch unterschiedliche Silyl-Reste in der Synthese der Palladium-Komplexe zu etablieren. Die luftstabilen Verbindungen 129-134 konnten in moderaten bis guten Ausbeuten (52-91%) als gelbe Feststoffe isoliert und durch Multikern-NMR-Spektroskopie, hochaufgelöste Massen-spektrometrie und Röntgenstrukturanalyse charakterisiert werden. Sie besitzen in allen Fällen das sehr ähnliche Strukturmotiv eines nahezu quadratisch-planar koordinierten Palladium-atoms. Zur Dehydrohalogenierung wurden die Komplexe 129-134 mit verschiedenen Basen umgesetzt. Mit Hilfe der Alkalimetallhexamethyldisilazan-Basen gelang die gewünschte HX-Eliminierung, jedoch nicht unter Bildung des Carbenkomplexes, sondern biscyclo-metallierter Produkte. Beim Triphenylsilyl-substituierten System 129 konnte nach der Aufarbeitung Verbindung 135 isoliert werden, bei der ein an das Siliciumatom gebundener Phenylring metalliert wurde. Bei den Methyl-substituierten Vertretern 131 und 133 fand hingegen selektiv die Metallierung einer Methylgruppe unter Ausbildung ungewöhnlicher Palladacyclobutane statt. Dies konnte im Fall von 137 eindeutig durch Röntgenstrukturanalyse bestätigt werden (Abb. 4.9). Abb. 4.9. (links) Syntheseweg zu den Palladium-Komplexen 129-138; (rechts) Molekülstrukturen der Palladium-Komplexe 130 und 137 im Festkörper. Da cyclometallierte Palladium-Komplexe als effektive Katalysatoren in C–C-Knüpfungs-reaktionen eingesetzt werden, sollte auch das Potenzial der synthetisierten Komplexe getestet werden. Dabei zeigte sich, dass alle Komplexe eine höhere Aktivität als [Pd(PPh3)4] in der Suzuki-Miyaura-Kupplung von 4-Bromanisol mit Phenylboronsäure aufweisen. Aus Tabelle 4.2 wird aber auch ersichtlich, dass die zweite Cyclisierung einen negativen Effekt auf die Aktivität hat. Verbindung 129, das Produkt der einfachen oxidativen Addition, zeigte bereits nach vier Stunden nahezu vollständigen Umsatz. Dabei konnten TON's von etwa 17000 bei nahezu gleichbleibendem Umsatz erzielt werden (Eintrag 5). Tabelle 4.2. Palladium-katalysierte Suzuki-Miyaura-Kupplung von 4-Bromanisol und Phenylboronsäure. Eintrag Katalysator Katalysator-Ladung [mol %] Reaktionszeit [h] NMR-Ausbeute [%]a 1 [Pd(PPh3)4] 0.5 2 25 2 129 0.5 1.75 79 3 129 0.5 4 95 4 129 0.5 8 98 5 129 0.005 3 85 6 137 0.5 4 71 7 137 0.5 8 87 8 137 0.5 10 92 9 135 0.5 8 92 [a] Ausbeuten bestimmt durch NMR-Spektroskopie bezogen auf 4-Bromanisol. Insgesamt konnten in dieser Doktorarbeit zahlreiche neue Erkenntnisse im Bereich der Carbenoidchemie erarbeitet werden. Diese lassen sich wiefolgt zusammenfassen: • Anhand von Silyl- und Thiophosphoryl-stabilisierter Carbenoide konnte erstmals systematisch der Einfluss der M/X-Kombination auf die Stabilität und Reaktivität von Carbenoiden untersucht werden. • Erstmals konnten Na- und K-Carbenoide isoliert und strukturell charakterisiert werden. • Mit Hilfe der Stabilisierung konnten neue Anwendungsgebiete im Bereich der element-organischen Chemie erschlossen werden, darunter die B–H-Bindungsaktivierung am carbenoiden Kohlenstoffatom und die Kupplung von Phosphanen. • Beim Einsatz von Carbenoiden als Carbentransferreagenzien zur Darstellung ungewöhnlicher Carbenkomplexe konnte gezeigt werden, dass Selektivitäten von zahlreichen Faktoren abhängen und beeinflusst werden können. Mit diesen Studien konnte folglich ein Kreis von der Stabilisierung und Isolierung der normalerweise hochreaktiven Carbenoide zu deren Anwendungen geschlossen werden. Die Studien zeigen zudem das Potenzial dieser Verbindungsklasse und lassen vermuten, dass durch ein weiteres Einstellen von Stabilität und Reaktivität noch bisher unbekannte Reaktionsmuster ermöglicht werden können. / The present PhD thesis focussed on the stabilization and isolation of alkali metal carbenoids as well as the development of new applications of these compounds. Thereby, the first part concentrated on the thermal stability and a control of reactivity of these species, while the second part involved the establishment of stability-reactivity relationship with focus on new reactivity patterns.