Die hier vorliegende Arbeit behandelt die Synthese und Charakterisierung neuer Übergangsmetall-Borate sowie auf Cyanoborat-Anionen basierende Übergangsmetallkomplexe und Koordinationsverbindungen mit N-Donor-Liganden und Triphenylphosphan. / This work outlines the synthesis and characterization of novel transition metal borates as well as transition metal complexes based on cyanoborate anions and coordination compounds with N-donor ligands and triphenylphosphine.

Katalysatorfreie [3+2]-Cycloadditionen von Aziden mit Alkinen werden in der bioorthogonalen Chemie häufig verwendet und haben großes Potential zur milden Synthese von Biokonjugaten. Während solche Reaktionen in der Ligandenperipherie von Metallkomplexen häufiger angewendet werden ist, sind solche Reaktionen direkt in der inneren Koordinationssphäre von Metallzentren bisher nur wenig erforscht. Die neue Beispiele dafür sind die Synthese und Untersuchungen der Kinetik und Reaktivität einer Reihe von Rhodium(III)azid-Halbsandwichkomplexen der allgemeinen Formel [Rh(Cp*)(N3)(bpyR,R)]+ oder von isoelektronische und isostrukturelle Molybdän(II)azid- und Wolfram(II)azid-Komplexe mit verschiedenen elektronenarme Alkine. Das Ziel der vorliegenden Arbeit waren daher iClick-Reaktionen (engl. inorganic click, „iClick“) von Palladium(II)azid- und Platin(II)azid-Komplexen der allgemeinen Formel [M(N3)(L)]+ und [M(N3)(L)] mit elektronenarmen Alkinen Dimethylacetylendicarboxylat (DMAD) und 4,4,4-Trifluorobut-2-insäureethylester. Als Liganden kamen die N,N,N-Chelatoren 1,3-Bis(arylimino)isoindolin (HL1-4) die sich nur im Bezug auf die Position der Methylgruppen in den Pyridinringen unterscheiden, 6',6"-Dimethyl-2',2:6,2"-terpyridin (L5) und 2,6-Bis(3-pyridazinyl)pyridin (L6) zum Einsatz. Die Reaktionen von L1-L4 mit [MCl2(cod)] (M = Pd, Pt) liefert neutrale Komplexe [MCl(L1-3)] und für L5 einfach geladene [MCl(L5)]+. Das koordinierte Chlorid wurde dann mit Natriumazid substituiert. Im abschließenden Teil der Arbeit wurde die zwei Alkinen in iClick-Reaktion verwendet um Palladium(II)- und Platin-Triazolat-Komplexe zu synthetisieren. Für die resultierenden Triazolat-Komplexe wurde eine N2-koordinierten des Triazolat-Liganden durch Röntgenstrukturanalyse für baii-Triazolat-Komplexe bestätigt. Besonderes Merkmal dieser Verbindungen ist, dass der Triazolat-Ligand aus Platzmangel senkrecht zum 1,3-Bis(arylimino)isoindolin-Ligand steht. In verwandten Terpyridin-Komplexen sind der mono- und tridentate Ligand dagegen coplanar. Mit 1,3-Bis(6-methyl-2-pyridylimino)isoindolin als Ligand konnten man keine Metall-Komplexe hergestellt werden, da die zusätzlichen Methylgruppem in 6',6"-Positionen aus sterische Gründen eine Reaktion mit [MCl2(cod)] verhindern. Auch der in drei Stufen synthetisierte Ligand 6',6"-Dimethyl-2',2:6,2"-terpyridin der im Vergleich zu Terpyridin zwei zusätzliche Methylgruppen in 6',6"-Position besitzen reagiert nur mit [PdCl2(cod)] nicht aber mit [PtCl2(cod)], da der Ionenradius von Pt(II) größer als der von Pd(II) ist. Die hergestellte Chlorid-, Azid- und Triazolat-Komplexe mit L5 als N,N,N-Chelator waren nur in DMSO Löslich. Darin zersetzt es sich jedoch teilweise wieder in den freien Liganden. Die zusätzlichen Methylgruppem in 6',6"-Positionen verhindern aus sterische Gründen die Chlorid-, Azid- und Triazolat-Komplexe stabil zu bleiben. Ligand L6 konnte nur in sehr niedrige Ausbeute isoliert werden, da in der letzten Stufe bzw. bei Stille-Kupplung zwischen 2,6-Bis(trimethylstannyl)pyridin und 3-Iodopyridazin die Homokupplungsprodukte von 3-Iodopyridazin entsteht, sodass die nicht getrennt werden konnten. Aufgrund der niedrigen Ausbeute wurden dann mit L6 keine Metall-Komplexe hergestellt. Die Kinetik der iClick-Reaktion ist ein entscheidender Faktor, wenn diese für die Markierung von Bio(makro)molekülen eingesetzt werden soll, da die Markierungsreaktion schneller als der interessierende biologische Prozess ablaufen muss. Daher wurden mit IR- und UV/Vis-Spektroskopie die Geschwindigkeitskonstanten pseudoerster Ordnung für die iClick-Reaktion der verschiedenen baii-Palladium(II)azid- und baii-Platin(II)azid-Komplexe mit Dimethylacetylendicarboxylat (DMAD) und 4,4,4-Trifluorobut-2-insäureethylester bestimmt. Hier sollte insbesondere der Einfluss der zusätzlichen Methylgruppen in 4',4"- bzw. 5',5"-Positionen am 1,3-Bis(arylimino)isoindolin-Liganden sowie die Variation des Metallzentrums und Alkins auf die Geschwindigkeit der iClick-Reaktionen untersucht werden. Mit IR-Spektroskopie wurden Geschwindigkeitskonstanten um (2.8-4.9)⋅10-4 s-1 an Alkinen erhalten. Die Einführung elektronenschiebender Methylgruppen in 4',4"- bzw. 5',5"-Positionen am 1,3-Bis(arylimino)isoindolin-Liganden führt zu einer Erhöhung der Geschwindigkeitskonstant einem Faktor von 1.3 bzw. 1.2 gegenüber 1,3-Bis(2-pyridylimino)isoindolin. Die iClick-Reaktion mit Platin als Metall ist 1.3-mal schneller als mit Palladium. Elektronenarme Alkine wie 4,4,4-Trifluorobut-2-insäureethylester führen im Vergleich zu Dimethylacetylendicarboxylat (DMAD) zu einer 1.8-fachen Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit. Mit UV/Vis-Spektroskopie wurden niedrigere Geschwindigkeitskonstanten um 8.9·10-6 - 3.3·10-5 s-1 nur für die iClick-Reaktion der 1,3-Bis(arylimino)isoindolinplatin(II)azid-Komplexe mit Dimethylacetylendicarboxylat (DMAD) und 4,4,4-Trifluorobut-2-insäureethylester bestimmt, weil die Spektralen Unterschiede zwischen Azid-Vorstufe und Triazolat-Produkt mit Palladium als Metallzentren zu gering sind. Auch hier konnte die Erhöhung der Geschwindigkeitskonstanten durch Verwendung elektronenärmerer Alkine bestätigt werden. Hier sollte die iClick-Reaktion in Zukunft für größere Auswahlmöglichkeiten an Chelatoren optimiert und außerdem die Geschwindigkeitskonstanten der Bildung von iClick-Produkten mit anderen Methoden untersucht werden, bevor biologische Tests durchgeführt werden. / Catalyst-free [3+2] cycloadditions of azides with alkynes are widely used in bioorthogonal chemistry and have great potential for the mild synthesis of bioconjugates. While such reactions are commonly applied in the ligand periphery of metal complexes, little has been explored about then taking place directly in the inner coordination sphere of metal centers. Recent examples include the synthesis and study of the kinetics and reactivity of a series of rhodium(III) azide half-sandwich complexes of the general formula [Rh(Cp*)(N3)(bpyR, R)]+ oder the investigation and comparison kinetics of both isoelectronic and isostructural molybdenum(II) and tungsten(II) azide complexes with different alkynes.. The aim of the present work was the exploration of inorganic click ("iClick") reactions of neutral and monocationic palladium(II) and platinum(II) azide complexes of the general formula [M(N3)(L)] and [M(N3)(L)]+ with electron-poor alkynes dimethylacetylenedicarboxylate (DMAD) and ethyl 4,4,4-trifluoro-2-butynoate. As ligands, the N, N, N-chelators 1,3-bis(arylimino)isoindoline (HL1-4) which differ only in the position of the methyl groups on the outer pyridine rings, 6',6"-dimethyl-2',2:6,2"-terpyridine (L5) and 2,6-bis(3-pyridazinyl)pyridine (L6) were used. The reaction of L1-L4 with [MCl2(cod)] (M= Pd, Pt) gave the neutral complexes [MCl(L1-3)] and singly charged [MCl(L5)]+ for L5. The coordinated chloride was then replaced by reaction with sodium azide. In the final part of the work, the two alkynes were used in the iClick reaction to synthesize palladium(II) and platinum(II) triazolate complexes. N2-coordination of the triazolate was confirmed by X-ray crystallography for baii-palladium(II) and baii-platinum(II) triazolate complexes. A special feature of these compounds is the congest space between the methyl groups leading to the triazolate ligand in a perpendicular arrangement relative to the 1,3-bis(arylimino)isoindoline mean plane ligand. In contraction related terpyridine complexes, the mono dentate triazolate and tridentate terpyridin ligands are coplanar. Metal complexes with the sterically demanding 1,3-bis(6-methyl-2-pyridylimino)isoindoline were not accessible, since the additional methyl groups in 6',6"-positions prevent a reaction with [MCl2(cod)]. Likewise 6',6"-Dimethyl-2',2:6,2"-terpyridine, which has two additional methyl groups in the 6',6"-position of terpyridine reacts only with [PdCl2(cod)] but not with [PtCl2(cod)], since the ionic radius of Pt(II) is largest than that of Pd(II). The chloride, azide, and triazolate complexes of L5 were only soluble in DMSO. However in this solution, they partially decompose back to the free ligand. This is due to the sterically demanding methyl grupps in 6',6"-positions which prevent formation for stable metal complexes. Ligand L6 could only be isolated in very low yield, as the last stage of the synthesis, the stille coupling between 2,6-bis(trimethylstannyl)pyridine and 3-iodopyridazine also lend homo coupling products which could not be separated. Due to the low yield, no metal complexes could be prepared with L6. The kinetics of the iClick reaction is a critical factor when used to label bio(macro)molecules since the labeling reaction must proceed faster than the biological process of interest. Therefore, IR and UV/Vis spectroscopy were used to determine the pseudo-first-order rate constants of the iClick reaction of the various 1,3-bis(arylimino)isoindoline palladium(II) and platinum(II) azide complexes with dimethyl acetylenedicarboxylate (DMAD) and ethyl 4,4,4-trifluoro-2-butynoate. In particular, the influence of the additional methyl groups in 4',4" and 5',5"-position on the 1,3-bis(arylimino)isoindoline ligand as well as variation of the metal center and alkyne on the rate of the iClick reactions was examined. With IR spectroscopy, rate constants of (2.8 - 4.9)⋅10-4 s-1 were obtained. The introduction of electron-donating methyl groups in 4',4" and 5',5"-positions, respectively, on the 1,3-bis(arylimino)isoindoline ligand lead to an increase of the rate constant by a factor of 1.3 or 1.2 compared to the 1,3-bis(2-pyridylimino)isoindoline parent compound. The iClick reaction with platinum as the central metal is 1.3-times faster than with palladium. Electron-poor alkynes such as ethyl 4,4,4-trifluoro-2-butynoate lead to a 1.8-fold increase in the rate of the reaction compared to dimethyl acetylenedicarboxylate (DMAD). With UV/Vis spectroscopy, lower rate constants of 8.9⋅10-6 - 3.3⋅10-5 s-1 were determined for the iClick reaction of the 1,3-bis(arylimino)isoindolinplatin(II) azide complexes with dimethylacetylenedicarboxylate (DMAD) and ethyl 4,4,4-trifluoro-2-butynoate. The analogous palladium complexes could not be studied with this method as there was only a negligible difference in the absorption spectra of azide precursor and triazolate products. With this method an increase in the rate constants could also be observed of electron-poor alkynes. The iClick reaction should be further for greater choice of chelators optimized in the future and also the rate constants of the formation of iClick products be investigated with other methods before biological tests are carried out.

Pyrene is a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) that has very interesting photophysical properties which make it suitable for a broad range of applications. The 2,7-positions of pyrene are situated on nodal planes in both the HOMO and LUMO. Hence, electrophilic reactions take place at the 1-, 3-, 6-, and 8-positions. The goal of this project was to develop novel pyrene derivatives substituted at the 2- and 2,7-positions, with very strong donors or/and acceptors, to achieve unprecedented properties and to provide a deeper understanding of how to control the excited states and redox properties. For that reason, a julolidine-type moiety was chosen as a very strong donor, giving D-π and D-π-D systems and, with Bmes2 as a very strong acceptor, D-π-A system. These compounds exhibit unusual photophysical properties such as emission in the green region of the electromagnetic spectrum in hexane, whereas all other previously reported pyrene derivatives substituted at the 2,7-positions show blue luminescence. Furthermore, spectroelectrochemical measurements suggest very strong coupling between the substituents at the 2,7-positions of pyrene in the D-π-D system. Theoretical studies show that these properties result from the very strong julolidine-type donor and Bmes2 acceptor coupling efficiently to the pyrene HOMO-1 and LUMO+1, respectively. Destabilization of the former and stabilization of the latter lead to an orbital shuffle between HOMO and HOMO 1, and LUMO and LUMO+1 of pyrene. Consequently, the S1 state changes its nature sufficiently enough to gain higher oscillator strength, and the photophysical and electrochemical properties are then greatly influenced by the substituents. In another project, further derivatives were synthesized with additional acceptor moieties at the K-region of pyrene. These target derivatives exhibit strong bathochromically shifted absorption maxima (519-658 nm), which is a result of the outstanding charge transfer character introduced into the D-π-D pyrene system through the additional acceptor moiety at the K-region. Moreover, emission in the red to NIR region with an emission maximum at 700 nm in CH2Cl2 is detected. The excited state lives unusual long for K-region substituted pyrenes; however, such a lifetime is rather typical for 2,7-substituted pyrene derivatives. The polycyclic aromatic hydrocarbon perylene, especially perylene diimide, has received considerable attention in recent years and has found use in numerous applications such as dyes, pigments and semiconductors. Nevertheless, it is of fundamental importance to understand how to modulate the electronic and photophysical properties of perylene depending on the specific desired application. Perylenes without carboxyimide groups at the peri positions are much less well studied due to the difficulties in functionalizing the perylene core directly. In particular, only ortho heteroatom substituted perylenes have not been reported thus far (exception: (Bpin)4-Per was already reported by Marder and co-workers). Thus, the effect of substituents on the ortho positions of the perylene core has not been investigated. Two perylene derivatives were synthesized that bear four strong diphenylamine donor or strong Bmes2 acceptor moieties at the ortho positions. These compounds represent the first examples of perylenes substituted only at the ortho positions with donors or acceptors. The investigations show that the photophysical and electronic properties of these derivatives are unique and different compared to the well-studied perylene diimides. Thus, up to four reversible reductions or oxidations are possible, which is unprecedented for monomeric perylenes. Furthermore, the photophysical properties of these two ortho-substituted derivatives are unusual compared to reported perylenes on many regards. Thus, large Stokes shifts are obtained, and the singlet excited state of these derivatives lives remarkably long with intrinsic lifetimes of up to 94 ns. In a cooperation with Dr. Gerard P. McGlacken at University College Cork in Ireland, different quinolones were borylated using an iridium catalyst system to study the electronic and steric effect of the substrates. It was possible to demonstrate that the Ir-catalyzed borylation with the dtbpy ligand allows the direct borylation of various 4-quinolones at the 6- and 7-positions. Thus, later stage functionalization is possible with this method and more highly functionalized quinolones are also compatible with this mild reaction conditions. / Pyren ist ein polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff (PAK) mit sehr interessanten photophysikalischen Eigenschaften, der sich daher für ein breites Anwendungsspektrum eignet. Die 2,7-Positionen von Pyren befinden sich sowohl im HOMO als auch im LUMO auf Knotenebenen. Daher finden elektrophile Reaktionen an den 1-, 3-, 6- und 8-Positionen statt. Das Ziel dieses Projekts war die Entwicklung neuer Pyrenderivate, die an den 2- und 2,7-Positionen substituiert sind und sehr starke Donoren oder / und Akzeptoren aufweisen, um beispiellose Eigenschaften zu erzielen und ein tiefgreifenderes Verständnis für die Steuerung der angeregten Zustände und Redoxzustände zu erhalten. Aus diesem Grund wurde die Julolidin-Einheit als sehr starker Donor gewählt um D-π und D-π-D -Systeme zu entwickeln und mit Bmes2 als sehr starker Akzeptor wurde ein D-π-A System entwickelt. Diese Verbindungen zeigen ungewöhnliche photophysikalische Eigenschaften wie die Emission im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums in Hexan, während alle anderen zuvor beschriebenen Pyrenderivate, die an den 2,7-Positionen substituiert sind, blaue Lumineszenz zeigen. Darüber hinaus legen spektroelektrochemische Messungen eine unerwartet starke Kopplung zwischen den Substituenten an den 2,7-Positionen von Pyren im D-π-D-System nahe. Theoretische Studien zeigen, dass diese Eigenschaften aus der sehr starken Kopplung zwischen dem Julolidin-Donor und Bmes2-Akzeptor mit dem Pyren HOMO-1 bzw. LUMO + 1 resultieren. Die Destabilisierung des Ersteren und die Stabilisierung des Letzteren führen zu einem Orbital-Shuffle zwischen HOMO und HOMO-1 und LUMO und LUMO+1 von Pyren. Folglich ändert der S1-Zustand seinen Charakter ausreichend, um eine höhere Oszillatorstärke zu erzielen. Die photophysikalischen und elektrochemischen Eigenschaften werden damit stark von den Substituenten beeinflusst. In einem weiteren Projekt wurden weitere Derivate mit zusätzlichen Akzeptoreinheiten in der K-Region von Pyren synthetisiert. Alle Zielderivate weisen starke bathochrom verschobene Absorptionsmaxima (519-658 nm) auf, was auf den hervorragenden Ladungstransfercharakter zurückzuführen ist, der durch die zusätzliche Akzeptoreinheit in der K-Region in das D-π-D-Pyrensystem eingeführt wurde. Emission im Rot-NIR-Bereich mit einem Emissionsmaximum bei 700 nm in CH2Cl2 wurde sogar detektiert. Der angeregte Zustand ist ungewöhnlich langlebig für K-substituierte Pyrene, diese sind jedoch typisch für 2,7-substituierte Pyrenderivate. Der polycyclische aromatische Kohlenwasserstoff Perylen, insbesondere Perylendiimid, erlangte in den letzten Jahren beträchtliche Aufmerksamkeit und fand Verwendung in zahlreichen Anwendungen wie Farbstoffen, Pigmenten oder Halbleitern. Dennoch ist es von grundlegender Bedeutung zu verstehen, wie die elektronischen und photophysikalischen Eigenschaften von Perylen in Abhängigkeit von der spezifischen gewünschten Anwendung moduliert werden können. Perylene ohne Carboxyimidgruppen an den Peripositionen sind aufgrund der Schwierigkeiten bei der direkten Funktionalisierung des Perylenkerns bislang kaum untersucht worden. Ziel dieses Projektes war es den bisher unbekannten Einfluss von Substituenten auf die ortho-Positionen des Perylenkerns zu untersuchen. Es wurden zwei Perylenderivate synthetisiert, die an den ortho-Positionen vier starke Diphenylamin-Donor oder vier starke Bmes2-Akzeptor-Einheiten aufweisen. Diese Verbindungen stellen die ersten Beispiele für Perylene dar, die nur an den ortho-Positionen mit Donoren oder Akzeptoren substituiert sind. Die Untersuchungen zeigen, dass die photophysikalischen und elektronischen Eigenschaften dieser Derivate im Vergleich zu den gut untersuchten Perylendiimiden einzigartig sind. Somit sind bis zu vier reversible Reduktionen oder Oxidationen dieser Verbindungen möglich, was für monomere Perylene bisher beispiellos ist. Darüber hinaus sind die photophysikalischen Eigenschaften dieser beiden ortho-substituierten Derivate in vielerlei Hinsicht ungewöhnlich im Vergleich zu den bekannten Perylenen. Durch Substitution an den ortho-Positionen werden große Stokes-Verschiebungen erhalten und der Singulett-angeregte Zustand unserer Derivate ist mit intrinsischen Lebensdauern von bis zu 94 ns bemerkenswert lang. In Zusammenarbeit mit Dr. Gerard P. McGlacken vom University College Cork in Irland wurden verschiedene Quinolone mittels eines Iridium-Katalysatorsystems boryliert, um die elektronische und sterische Kontrolle der Substrate zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass die Ir-katalysierte Borylierung mit dem dtbpy-Liganden die direkte Borylierung verschiedener 4-Quinolone in 6- und 7-Position ermöglicht. Somit ist mit dieser Methode eine spätere Funktionalisierung möglich, und höher funktionalisierte Quinolone sind mit diesen milden Reaktionsbedingungen auch kompatibel.

This thesis reports on the applications of a particular N-heterocyclic silylene, Dipp2NHSi (1), as an ambiphilic reagent in main group chemistry and as a ligand in transition metal chemistry. One focus of the work lies in the evaluation of the differences in the reactivity of N-heterocyclic silylenes in main group element and transition metal chemistry in comparison with the in these areas nowadays ubiquitous N-heterocyclic carbenes. The first chapter gives an insight into the reactivity of Dipp2NHSi with respect to different types of main group element compounds. Silylene 1 was reacted with group 13 compounds. Adduct formation was observed with AlI3, Al(C6F5)3 and B(C6F5)3 which led to isolation of Dipp2NHSi·AlI3 (2), Dipp2NHSi·Al(C6F5)3 (3) and Dipp2NHSi·B(C6F5)3 (4). Furthermore, the reactivity of Dipp2NHSi (1) with respect to different elementhalide bonds was investigated. The reaction with elemental bromine and iodine leads to the dihalosilanes Dipp2NHSiBr2 (5) and Dipp2NHSiI2 (6). Utilizing methyl iodide, benzyl chloride and benzyl bromide, the insertion products Dipp2NHSi(I)(Me) (10), Dipp2NHSi(Cl)(benzyl) (11) and Dipp2NHSi(Br)(benzyl) (12) are obtained. Thus, insertion is preferred to reductive coupling with formation of RH2C–CH2R (R = H, Ph) and the corresponding dihalosilane. The reaction of 1 with Me3SnCl leads to the diazabutene {(Me3Sn)N(Dipp)CH}2 (9). The reaction of 1 with Ph2SnCl2 gives exclusively Dipp2NHSiCl2 (8) and cyclic polystannanes (Ph2Sn)n. The reactivity of 1 towards selected 1,3-dipolar compounds was also examined and Dipp2NHSi was reacted with azides of different size. The reaction with adamantyl azide led to the formation of the tetrazoline 13. For the reaction with the sterically less demanding trimethylsilyl azide the azido silane Dipp2NHSi(N(SiMe3)2)(N3) (14) and the degradation product 14* was isolated. The cyclosilamine 15 was formed from the reaction of 1 with 2,6-(diphenyl)phenyl azide. The bonding situation and ligation properties of Dipp2NHSi in transition metal complexes was assessed in the second part of the thesis by means of theoretical calculations and experimental investigations. Calculations on the main electronic features of Me2Im/Me2NHSi and Dipp2NHSi/Dipp2Im revealed significant differences in the frontier orbital region of these compounds, which affect the ligation properties of NHSis in general. It was demonstrated that NHSis show significantly different behaviour concerning their coordination chemistry. In particular, one energetically low lying π-acceptor orbital seems to determine the coordination chemistry of these ligands. To provide experimental support for these calculations, the silylene complexes [M(CO)5(Dipp2NHSi)] (M = Cr 16, Mo 17, W 18) were synthesized from Dipp2NHSi and [M(CO)6] (M = Cr, Mo, W) and the tungsten NHSi complex 18 was compared to the NHC complexes [W(CO)5(iPr2Im)] (19), [W(CO)5(iPr2ImMe)] (20) and [W(CO)5(Me2ImMe)] (21). The bonding of Me2Im and Me2NHSi (= L) to transition metal complexes has been assessed with DFT calculations for the model systems [Ni(L)], [Ni(CO)3(L)], and [W(CO)5(L)]. These studies revealed some common features in the difference between M–NHSi and M–NHC bonding which largely affect the bonding situation in transition metal complexes. NHSis show a propensity for bridging two metal atoms which was demonstrated on three different examples. Dipp2NHSi reacts with [Ni(CO)4] to form the dinuclear silylene-bridged complex [{Ni(CO)2(μ-Dipp2NHSi)}2] (22) upon CO elimination. The reduction of [Ni(η5-C5H5)2] with lithium naphthalenide in the presence of Dipp2NHSi yielded the NHSi-bridged Ni(I) dimer [{(η5 C5H5)Ni(µ-Dipp2NHSi)}2] (23). The dimeric half-sandwich complex [{(η5-C5H5)Fe(CO)2}2] led upon reaction with Dipp2NHSi to the formation of the dinuclear, NHSi-bridged complex [{(η5-C5H5)Fe(CO)}2(µ-CO)(µ-Dipp2NHSi)] (24). The insertion of Dipp2NHSi into metal halide bonds was investigated in a series of manganese complexes [Mn(CO)5(X)] (X = Cl, Br, I). The reaction of Dipp2NHSi with [Mn(CO)5(I)] led to substitution of two carbonyl ligands with Dipp2NHSi (1) to afford the tricarbonyl complex [Mn(CO)3(Dipp2NHSi)2(I)] (25). In 25, the iodide ligand is aligned in the {Mn(CO)3} plane, located between both NHSi silicon atoms. Treatment of [Mn(CO)5(Br)] with two equivalents of Dipp2NHSi afforded the complex [Mn(CO)3(Dipp2NHSi)2(Br)] (26), in which the bromide ligand is distorted towards one of the NHSi ligands. The reaction of the silylene ligand with [Mn(CO)5(Cl)] at room temperature afforded a mixture of two products, [Mn(CO)3(Dipp2NHSi)2(Cl)] (27*) and the insertion product [Mn(CO)4(Dipp2NHSi)(Dipp2NHSi-Cl)] (27). Complete transfer of a halide to the silylene was achieved for the reaction of Dipp2NHSi with [(η5-C5H5)Ni(PPh3)(Cl)] to yield [Ni(PPh3)(η5-C5H5)(Dipp2NHSi-Cl)] (28). Similarly, the reaction with [(η5-C5H5)Fe(CO)2(I)] led to the formation of [(η5 C5H5)Fe(CO)2(Dipp2NHSi-I)] (29). / Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Anwendungen des N-heterocyclischen Silylens Dipp2NHSi (1) als ambiphiles Reagenz in der Hauptgruppenchemie und als Ligand in der Übergangsmetallchemie. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Beurteilung der Unterschiede in der Reaktivität von N-heterocyclischen Silylenen in der Hauptgruppen- und Übergangsmetallchemie im Vergleich zu den heutzutage allgegenwärtigen N heterocyclischen Carbenen. Im Verlauf dieser Studie wurde Silylen 1 mit Verbindungen der Gruppe 13 umgesetzt und die Addukte Dipp2NHSi·AlI3 (2), Dipp2NHSi·Al(C6F5)3 (3) und Dipp2NHSi·B(C6F5)3 (4) isoliert. Weiterhin wurde die Reaktivität von Dipp2NHSi (1) in Bezug auf ElementHalogen-Bindungen verschiedener Hauptgruppenelement-Verbindungen untersucht. Die Umsetzung mit elementarem Brom und Iod führt zu den Dihalogensilanen Dipp2NHSiBr2 (5) und Dipp2NHSiI2 (6). Unter Verwendung von Methyliodid, Benzylchlorid und Benzylbromid konnten die Insertionsprodukte Dipp2NHSi(I)(Me) (10), Dipp2NHSi(Cl)(benzyl) (11) und Dipp2NHSi(Br)(benzyl) (12) gebildet werden. Die Insertion ist gegenüber der reduktiven Kupplung unter Ausbildung von RH2C–CH2R (R = H, Ph) und dem Dihalosilan bevorzugt. Die Umsetzung von 1 mit dem Zinnchlorid Me3SnCl führt Bildung des Diazabutens {(Me3Sn)N(Dipp)CH}2 (9). Die Reaktion mit Ph2SnCl2 hingegen ergibt das Dichlorsilan Dipp2NHSiCl2 (8) sowie cyclische Polystannane der Form (Ph2Sn)n. Außerdem wurde Dipp2NHSi mit Aziden unterschiedlichen sterischen Anspruchs umgesetzt. Die Reaktion mit Adamantylazid führt zur Bildung des Tetrazolins 13. Das sterisch weniger anspruchsvolle Trimethylsilylazid reagiert mit Dipp2NHSi unter Bildung des Silylazids Dipp2NHSi(N(SiMe3)2)(N3) (14). Das Cyclosilamin 15 wird durch die Reaktion von 1 mit 2,6-(Diphenyl)phenylazid gebildet. Im zweiten Teil der Arbeit wurden die Bindungssituation und die Ligandeneigenschaften von Dipp2NHSi (1) in Übergangsmetallkomplexen mithilfe von theoretischen Rechnungen und experimentellen Untersuchungen beleuchtet. DFT-Rechnungen zu den grundlegenden elektronischen Eigenschaften von Me2Im/Me2NHSi und Dipp2Im/Dipp2NHSi ergaben signifikante Unterschiede im Bereich der Grenzorbitale, welche die Bindungssituation von NHSis im Allgemeinen beeinflussen. Insbesondere ein energetisch tiefliegendes π-Orbital scheint die Koordinationschemie dieser Liganden zu bestimmen. Zur Unterstützung der theoretischen Befunde wurden die Silylen-Komplexe M(CO)5(Dipp2NHSi)] (M = Cr 16, Mo 17, W 18) durch Umsetzung von Dipp2NHSi und [M(CO)6] (M= Cr, Mo, W) dargestellt und der Wolframkomplex 18 mit den NHC-Komplexen [W(CO)5(iPr2Im)] (19), [W(CO)5(iPr2ImMe)] (20) und [W(CO)5(Me2ImMe)] (21) verglichen. Die Bindung von Me2Im und Me2NHSi (= L) und Übergangsmetallkomplexen wurde für die verschiedenen Modellverbindungen [Ni(L)], [Ni(CO)3(L)] und [W(CO)5(L)] mittels DFT Rechnungen untersucht, wobei einige Unterschiede zwischen den M–NHSi und M–NHC Bindungen festgestellt wurden, welche die Bindungssituation in Übergangsmetallkomplexen stark beeinflussen. Im Unterschied zu NHCs zeigen N-heterocyclische Silylene eine Neigung zur Verbrückung zweier Metallzentren und dieses Verhalten konnte anhand dreier Beispielen belegt werden. Dipp2NHSi (1) reagiert mit [Ni(CO)4] zum Silylen-verbrückten Nickelkomplex [{Ni(CO)2(μ-Dipp2NHSi)}2] (22). Die Reduktion von Nickelocen mit Lithiumnaphthalid in der Gegenwart von Dipp2NHSi (1) führt zur Bildung des NHSi verbrückten, Ni(I)-Dimers [(η5-C5H5)Ni(µ-Dipp2NHSi)]2 (23). Ähnlich hierzu reagiert der dimere Komplex {[(η5-C5H5)Fe(CO)2]2} mit Dipp2NHSi zum Silylen-verbrückten dinuklearen Komplex [{(η5 C5H5)Fe(CO)}2(µ-CO)(µ-Dipp2NHSi)] (24). Weiterhin wurde die Insertion von Dipp2NHSi (1) in MetallHalogen-Bindungen anhand einer Reihe von Mangankomplexen der Form [Mn(CO)5(X)] (X = Cl, Br, I) untersucht. Die Reaktion von zwei Äquivalenten des Silylens 1 mit dem Iodokomplex [Mn(CO)5(I)] führt zur Bildung des Tricarbonylkomplexes [Mn(CO)3(Dipp2NHSi)2(I)] (25), in dem der Iodidligand symmetrisch zwischen den beiden Siliciumatomen der Silylenliganden in der {Mn(CO)3}-Ebene liegt. Ähnlich hierzu wird der Bis-Silylenkomplex [Mn(CO)3(Dipp2NHSi)2(Br)] (26) durch Umsetzung von [Mn(CO)5(Br)] mit 1 erhalten, wobei eine Wechselwirkung des Bromidliganden mit einem Silylenliganden beobachtet wird. Die Reaktion von Dipp2NHSi 1 mit [Mn(CO)5(Cl)] bei Raumtemperatur resultiert in der Bildung zweier Reaktionsprodukte, dem Bis-Silylenkomplex [Mn(CO)3(Dipp2NHSi)2(Cl)] (27*) und dem Insertionsprodukt [Mn(CO)4(Dipp2NHSi)(Dipp2NHSi-Cl)] (27). Die vollständige Übertragung des Halogenidoliganden auf das Siliciumatom von 1 kann auch für den Halb-Sandwich-Komplex [(η5-C5H5)Ni(PPh3)(Cl)] beobachtet werden, wobei der Komplex [Ni(PPh3)(η5-C5H5)(Dipp2NHSi-Cl)] (28) isoliert wird. Ähnlich hierzu führt die Reaktion von [(η5-C5H5)Fe(CO)2(I)] mit dem Silylen 1 ebenfalls zur Bildung des Insertionsproduktes [(η5 C5H5)Fe(CO)2(Dipp2NHSi-I)] (29).

It is generally acknowledged that polyfluoroarenes are important fluorinated structural units for various organic molecules, such as pharmaceuticals, agrochemicals, and organic materials. Polyfluorinated aryl alkynes and alcohols are also powerful building blocks in chemical synthesis because of their versatility to be transformed into various useful molecules and also their ubiquity in natural product synthesis. Efficient methods for the synthesis of polyfluorinated aryl alkynes and alcohols are presented in Chapter 2 and Chapter 3. In addition, 3-amino-indoles have found a broad applications in medicinal chemistry as effective anticancer agents, compounds with analgesic properties and can function as potent inhibitors of tubulin polymerization, and agents for the prevention of type II diabetes. A simple method for the synthesis of 3-amino-indoles via the annulation reaction of polyfluorophenylboronates with DMF is reported in Chapter 4. Chapter 2 In Chapter 2, a mild process for the copper-catalyzed oxidative cross-coupling of electron-deficient polyfluorophenylboronate esters with terminal alkynes (Scheme S-1) is reported. This method displays good functional group tolerance and broad substrate scope, generating cross-coupled alkynyl(fluoro)arene products in moderate to excellent yields. This copper-catalyzed reaction was conducted on a gram scale to generate the corresponding product in good yield (72%). Scheme S-1. Copper-catalyzed oxidative cross-coupling of terminal alkynes with polyfluorophenylboronate esters. Based on previous reports and the aforementioned observations, a plausible catalytic cycle for this oxidative cross-coupling reaction is shown in Scheme S-2. The first step involves the addition of an alkynyl anion to Cu leading to the formation of alkynylcopper(II) species B. Subsequent transmetalation between ArFBpin and intermediate B occurs to form intermediate C. The desired product 3a is generated by eductive elimination. Finally, the oxidation of Cu(0) to Cu(II) with DDQ and Ag2O regenerates A to complete the catalytic cycle. Scheme S-2. Proposed mechanism of copper(II)-catalyzed oxidative cross-coupling between terminal alkynes and polyfluorophenylboronate esters. Chapter 3 In Chapter 3, A convenient and efficient protocol for the transition metal-free 1,2-addition of polyfluoroaryl boronate esters to aldehydes and ketones is reported, which provides secondary alcohols, tertiary alcohols, and ketones (Scheme S-3). The distinguishing features of this procedure include the employment of commercially available starting materials and the broad scope of the reaction with a wide variety of carbonyl compounds giving moderate to excellent yields. Scheme S-3. Base-promoted 1,2-addition of polyfluorophenylboronates to aldehydes and ketones. Control experiments were carried out to gain insight into the reaction mechanism. The reaction of 2a with pentafluorobenzene 5 under standard conditions was examined, yet 3a was not formed in any detectable amounts (Scheme S-4a), indicating that the C-Bpin moiety is essential and deprotonation of the fluoroarene or nucleophilic attack at the fluoroarene by the base is not a plausible pathway. Interestingly, for the standard reaction between 1a and 2a, the yield dropped dramatically if 18-crown-6 ether and K2CO3 were added (Scheme S-4b). This experimental result indicates that the presence of the potassium ion plays a crucial role for the outcome of the reaction. Furthermore, if the reaction of 1a and 2a was performed in the presence of only a catalytic amount of K2CO3 (20 mol%) (Scheme S-4c), reaction rates were reduced, and a week was required to produce 3a in good yield. This finding again indicates that the potassium ion (or the base) plays an important role in the reaction. Substituting ortho-fluorines by ortho-chlorines, using either C6Cl5Bpin 2,6-dichlorophenyl-1-Bpin as substrates, did not yield any product as shown by in situ GCMS studies. Scheme S-4. Control experiments. Based on DFT calculations, a mechanism for the 1,2-addition of polyfluorophenylboronates to aryl aldehydes in the presence of K2CO3 as base is proposed, as shown in Scheme S-5. K2CO3 interacts with the Lewis-acidic Bpin moiety of substrate 1 to generate base adduct A, which weakens the carbon-boron bond and ultimately cleaves the BC bond along with attachment of a potassium cation to the aryl group. The resulting ArF- anion adduct B undergoes nucleophilic attack at the aldehyde carbon atom of substrate 2 to generate methanolate C. The methanolate oxygen atom then attacks the electrophilic Bpin group to obtain compound D. Transfer of K2CO3 from intermediate D to the boron atom of the more Lewis-acidic polyfluorophenyl-Bpin 1 finally closes the cycle and regenerates complex A. Thus, the primary reaction product is the O-borylated addition product E, which was detected by HRMS and NMR spectroscopy for the perfluorinated derivative. Scheme S-5. Proposed mechanism of the 1,2-addition of polyfluorophenylboronates to aldehydes and ketones. Chapter 4 Chapter 4 presents a novel protocol for the transition metal-free addition and annulation of polyfluoroarylboronate esters to DMF, which provides 3-aminoindoles and tertiary amines in moderate to excellent yields (Scheme S-6). Scheme S-6. Annulation and addition reactions of polyfluorophenylboronates with DMF. While exploring the application of this strategy in synthesis, perfluorophenylBpin reacted smoothly with ethynylarenes and DMF to afford propargylamines with moderate to excellent yields (Scheme S-7). Scheme S-7. Three-component cross-coupling reaction for the synthesis of propargylamines. / Polyfluorarene sind wichtige fluorierte Schlüsselstruktureinheiten für verschiedene organische Moleküle, wie z. B. Pharmazeutika, Agrochemikalien und organische Materialien. Auch polyfluorierte Arylalkine und -alkohole sind aufgrund ihrer vielseitigen Möglichkeiten, in verschiedene nützliche Moleküle umgewandelt zu werden als auch wegen ihrer Allgegenwart in der Naturstoffsynthese, leistungsfähige Bausteine. Effiziente Methoden zur Synthese polyfluorierter Arylalkine und -alkohole werden in Kapitel 2 und Kapitel 3 vorgestellt. Darüber hinaus haben 3-Amino-Indole eine breite Anwendung in der medizinischen Chemie als wirksame Antikrebsmittel, Verbindungen mit analgetischen Eigenschaften und als potente Inhibitoren der Tubulinpolymerisation sowie als Mittel zur Prävention von Typ-II-Diabetes gefunden. Eine einfache Methode zur Synthese von 3-Amino-Indolen über die Annulierungssreaktion von Polyfluorphenylboronaten mit DMF wird in Kapitel 4 berichtet. Kapitel 2 In Kapitel 2 wird über ein mildes Verfahren zur kupferkatalysierten oxidativen Kreuzkupplung von elektronenarmen Polyfluorphenylboronatestern mit terminalen Alkinen (Schema S-1) berichtet. Diese Methode zeichnet sich durch eine gute Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen und eine große Bandbreite an Substraten aus und erzeugt kreuzgekoppelte Alkinyl(fluor)aren-Produkte in moderaten bis exzellenten Ausbeuten. Diese kupferkatalysierte Reaktion wurde im Gramm-Maßstab durchgeführt, und erzeugt das entsprechende Produkt in guter Ausbeute (72 %). Schema S-1. Kupfer-katalysierte oxidative Kreuzkupplung terminaler Alkine mit Polyfluorphenylboronatestern. Basierend auf früheren Arbeiten und den oben erwähnten Beobachtungen ist ein plausibler katalytischer Zyklus für diese oxidative Kreuzkupplungsreaktion in Schema S-2 dargestellt. Der erste Schritt beinhaltet die Addition eines Alkinylanions, was zur Bildung des Alkinylkupfer(II)-Komplexes B führen sollte. Anschließend erfolgt eine Transmetallierung zwischen ArFBpin und dem Zwischenprodukt B zur Bildung des Zwischenproduktes C. Das gewünschte Produkt 3a wirde dann daraus durch reduktive Eliminierung erzeugt. Durch eine Oxidation des dabei entstehenden Cu(0)-Komplexes mit DDQ und Ag2O wird Komplex A regeneriert und der katalytische Zyklus schließt sich. Schema S-2. Vorgeschlagener Mechanismus der Kupfer(II)-katalysierten oxidativen Kreuzkupplung terminaler Alkine und Polyfluorphenylboronatestern. Kapitel 3 In Kapitel 3 wird ein praktisches und effizientes Protokoll für die übergangsmetallfreie 1,2-Addition von Polyfluorarylboronatestern an Aldehyde und Ketone vorgestellt, welches sekundäre Alkohole, tertiäre Alkohole und Ketone liefert (Schema S-3). Die besonderen Merkmale dieses Verfahrens sind die Verwendung kommerziell erhältlicher Ausgangsmaterialien und die große Bandbreite der Reaktion mit einer Vielzahl von Carbonylverbindungen, die mäßige bis exzellente Ausbeuten erbringen. Schema S-3. Basen-unterstützte 1,2-Addition von Polyfluorphenylboronaten an Aldehyde und Ketone. Um einen Einblick in den Reaktionsmechanismus zu erhalten, wurden Kontrollexperimente durchgeführt. Die Reaktion von 2a mit Pentafluorbenzol 5 unter Standardbedingungen wurde untersucht, jedoch wurde 3a nicht in nachweisbaren Mengen gebildet (Schema S-4a). Dies deudet darauf hin, dass der C-Bpin Anteil essenziell ist und eine Deprotonierung des Fluorarens oder ein nukleophiler Angriff am Fluoraren durch die Base kein plausibler Weg ist. Interessanterweise sank bei der Standardreaktion zwischen 1a und 2a die Ausbeute dramatisch, wenn 18-Kronen-6-Ether und K2CO3 zugesetzt wurden (Schema S-4b). Dieses experimentelle Ergebnis belegt, dass die Anwesenheit des Kalium-Ions eine entscheidende Rolle für den Ausgang der Reaktion spielt. Wenn die Reaktion von 1a und 2a in Gegenwart von nur einer katalytischen Menge K2CO3 (20 mol%) durchgeführt wurde (Schema S-4c), waren die Reaktionsgeschwindigkeiten geringer und es war eine Woche erforderlich, um 3a in guter Ausbeute zu erlangen. Dieser Befund weist erneut darauf hin, dass das Kalium-Ion (oder die Base) eine wichtige Rolle bei der Reaktion spielt. Die Substitution von ortho-Fluorsubstituenten durch ortho-Chlorsubstituenten, wobei entweder C6Cl5Bpin oder 2,6-Dichlorphenyl-Bpin als Substrate verwendet wurden, lieferte kein Produkt, wie in situ GCMS-Studien zeigten. Schema S-4. Kontrollexperimente. Ein Vorschlag zum Mechanismus der 1,2-Addition von Polyfluorphenylboronaten an Arylaldehyde in Gegenwart von K2CO3 als Base wird in Schema S-5 vorgeschlagen. Dabei wechselwirkt die Base K2CO3 mit der Lewis-sauren Bpin-Einheit des Substrats 1 unter Ausbildung des Basenadduktes A, in welchem die Kohlenstoff-Bor-Bindung geschwächt ist und schließlich die B-C Bindung gespalteen wird, wobei sich ein Kaliumkation an die Arylgruppe anlagert. Das resultierende ArF- Anion im Addukt B greift nukleophil am Aldehyd-Kohlenstoffatom von Substrat 2 an, um Methanolat C zu erzeugen. Das Methanolat-Sauerstoffatom reagiert dann mit der elektrophilen Bpin-Gruppe, um Verbindung D zu erhalten. Die Übertragung von K2CO3 vom Zwischenprodukt D auf das Boratom des Lewis-acideren Polyfluorphenyl-Bpin 1 schließt schließlich den Zyklus und regeneriert den Komplex A. Das primäre Reaktionsprodukt ist also das O-borylierte Additionsprodukt E, das mittels HRMS und NMR-Spektroskopie für das perfluorierte Derivat nachgewiesen wurde. Schema S-5. Vorgeschlagener Mechanismus der 1,2-Addition von Polyfluorphenylboronaten an Aldehyden und Ketonen. Kapitel 4 In Kapitel 4 wird ein neuartiges Protokoll für die übergangsmetallfreie Addition und Annulierungsreaktion von Polyfluorarylboronatestern an DMF vorgestellt, das 3-Aminoindole und tertiäre Amine in mäßigen bis ausgezeichneten Ausbeuten liefert(Schema S-6). Schema S-6. Annulierungs- und Additionsreaktion von Polyfluorphenylboronaten mit DMF. Bei der Erkundung der Anwendung dieser Strategie in der Synthese konnten Propargylamine mit mäßigen bis ausgezeichneten Ausbeuten hergestellt werden (Schema S-7). Schema S-7. Kreuzkupplungsreaktion für die Synthese von Propargylaminen.

Die Dissertation befasst sich mit der Synthese und Reaktivität verschiedener niedervalenter Borverbindungen. In dem ersten Kapitel der Arbeit wurde das CAAC-stabilisierte Cyano(hydro)borylanion auf seine Bor- sowie Stickstoff-zentrierte Nucleophilie hin untersucht. Das ambidente Reaktionsverhalten der Verbindung konnte gegenüber verschiedenen Kohlenstoffelektrophilen sowie Monohalogenboranen nachgewiesen werden. Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit der Aktivierung, Fixierung und Verkettung von Distickstoff durch Borylene. Es gelang den Mechanismus experimentell sowie quantenchemisch aufzuklären. Das Folgeprodukt der Protonierung, welches ein Bisborylhydrazindiradikal darstellt, wurde weitergehend auf seine Reaktivität als Reduktionsmittel untersucht und konnte selektiv einfach sowie zweifach oxidiert werden. Das dritte Kapitel beschreibt die Synthese eines neuartigen, vollständig ungesättigten 1,2-Diboretdiradikals, welches durch die schrittweise Reduktion des 2,3-[(CAAC)BBr2]2-Naphthalins erhalten wurde. Anfängliche Reaktivitätsstudien zu dem 1,2-Diboretdiradikal zeigen zudem, dass die Verbindung als Bor-Bor-Mehrfachbindung gegenüber einem Azid reagiert, jedoch durch die Umsetzung mit Kohlenstoffmonoxid auch zu einem Bisborylen gespalten werden kann. / The dissertation deals with the synthesis and reactivity of various low-valent boron compounds. The first chapter of the thesis discusses the boron- and nitrogen-centred nucleophilicity of the CAAC-stabilised cyano(hydro)borylanion. The ambivalent reaction behaviour of the compound was demonstrated by reacting it with various carbon electrophiles as well as monohalogen boranes. The second part of the work deals with the activation, fixation and reductive coupling of dinitrogen by borylenes. The mechanism was elucidated experimentally and quantum-chemically. The protonation product, a bisboryl hydrazine diradical, was further investigated for its reactivity as a reducing agent and could be selectively oxidized. The third chapter describes the synthesis of a novel, fully unsaturated 1,2-diborete biradicaloid obtained by the stepwise reduction of 2,3-[(CAAC)BBr2]2 naphthalene. Initial reactivity studies on the 1,2-diborete biradicaloid also show that the compound reacts either as a boron-boron multiple bond towards azides, but can also be cleaved to a bisborylene by reaction with carbon monoxide.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung von mehrfach perfluoralkylierten Verbindungen. Das erste Kapitel behandelt die Kupfer-vermittelte mehrfache Pentafluorethylierung von aromatischen Systemen, sowie die Untersuchung deren Folgechemie. Dabei wurden iodierte Aryl-Derivate mit dem Kupferorganyl CuC2F5 umgesetzt. Mit dieser Methode konnten symmetrisch und unsymmetrisch pentafluorethylierte Anilin- und Phenol-Derivate dargestellt werden. Die Anilin-Derivate wurden zu den entsprechenden Diazoniumsalzen umgesetzt, welche zunächst vollständig charakterisiert und anschließend deren Folgechemie untersucht wurde. Das zweite Kapitel behandelt die Darstellung von Bis(trifluormethyl)sulfon durch elektrochemische Fluorierung mittels des Simons-Prozesses. Dabei wurde der Umsatz der Reaktion durch Verwendung der teilfluorierten Verbindung (Trifluormethyl)methylsulfon als Startmaterial optimiert. / Within this thesis multiple perfluoroalkylated compounds were synthesized and characterized. The first chapter deals with the copper-mediated multiple pentafluoroethylation of aromatic systems, and the investigation of their further reactivity. In this work, iodinated aryl derivatives were reacted with the copper organyl CuC2F5. Symmetrically and asymmetrically pentafluoroethylated aniline and phenol derivatives were prepared via this method. The aniline derivatives were reacted to give the corresponding diazonium salts, which were first fully characterized and then their further reactivities were investigated. The second chapter deals with the preparation of bis(trifluoromethyl)sulfone by electrochemical fluorination using the Simons process. Here, the conversion of the reaction was optimized by using the partially fluorinated compound (trifluoromethyl)methyl sulfone as starting material.

Im Rahmen dieser Arbeit konnte zunächst die Reaktivität des CAAC-substituierten 2,3,4,5-Tetraphenylberyllols gegenüber häufig verwendeten Substraten für Ringerweiterungsreaktionen und Cycloadditionen untersucht werden. Weiterhin wurde die Darstellung eines neuen monocyclischen Beryllols beschrieben, welches aufgrund seines veränderten Rückgrats eine erhöhte Reaktivität verspricht. In einem weiteren Teil dieser Arbeit wurde die Verbindungsklasse der Dibenzoberyllole erstmals zugänglich gemacht. Zusätzlich wurde deren Reduktionsverhalten und thermische Zersetzung beispielhaft anhand eines CAAC-substituierten Dibenzoberyllols aufgeklärt. Im letzten Teil erfolgte die Untersuchung der Reaktivität dieser neuen Verbindungsklasse gegenüber Lewisbasen und typischen Substraten für Ringerweiterungsreaktionen. Weiterhin wurde die Möglichkeit, Dibenzoberyllole als Transferreagenzien für das Biphenylrückgrat zu nutzen, ermittelt. / Within this thesis, the reactivity of the CAAC-substituted 2,3,4,5-tetraphenyl beryllole towards frequently used substrates for ring extension reactions and cycloadditions could first be investigated. Furthermore, the preparation of a new monocyclic beryllole was described, which promises increased reactivity due to its modified backbone. In another part of this work, the compound class of dibenzoberylloles was made accessible for the first time. In addition, their reduction behaviour and thermal decomposition were elucidated using a CAAC-substituted dibenzoberyllole as an example. In the last part, the reactivity of this new class of compounds towards Lewis bases and typical substrates for ring extension reactions was investigated. Furthermore, the possibility of using dibenzoberylloles as transfer reagents for the biphenyl backbone was determined.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden lumineszente Kupfer(I)-verbindungen untersucht, um durch die Herstellung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen einen Beitrag zur Erforschung niederenergetischer Emitter und mechanoresponsiver Phosphoreszenzmaterialien zu leisten. Darüber hinaus wurden Vorarbeiten zur Ergründung kooperativer Effekte in dinuklearen Kupfer(I)-komplexen durchgeführt. Im Bereich niederenergetischer Emitter wurden tetraedrische Kupferverbindungen mit Chromophorliganden auf Basis des Grundmotivs 2-(Pyridin-2-yl)-imdazol untersucht. Komplexe mit diesem Liganden emittieren meistens Grün bis Orange, daher wurde ein Stickstoffatom im Rückgrat des Liganden durch Schwefel substituiert, um eine bathochrome Verschiebung zu bewirken. Zur Untersuchung des Einflusses der Donorstärke, Sterik und Komplexgeometrie auf das Emissionsverhalten wurden diverse Phosphane und ein NHC als Donorliganden verwendet. Die Emissionsmaxima der untersuchten Verbindungen liegen erwartungsgemäß im Orangen bis Tiefroten und es konnten für diesen Emissionsbereich gute Quantenausbeuten von bis zu 11 % erreicht werden. Die Anfälligkeit tetraedrischer Kupfer(I)-komplexe für Verzerrungen im angeregten Zustand und die damit einhergehende Erhöhung strahlungsloser Prozesse ließ sich durch den Einsatz sterisch anspruchsvoller Liganden unterdrücken. Um das Potenzial für die Verwendung in optoelektronischen Bauteilen zu ergründen, wurden umfangreiche Stabilitätstests durchgeführt, die die enorme thermische Belastbarkeit im Festkörper sowie langfristige Stabilität in verdünnter Lösung einiger Verbindungen bestätigten. Ferner wurden in Kooperation mit der Gruppe um Prof. Holger Braunschweig photophysikalische Studien an zwei dinuklearen und einem trinuklearen Kupfer(I)-diborinkomplex durchgeführt, die im Rahmen der Promotionen von Dr. Jan Mies und Dr. Theresa Dellermann synthetisiert wurden. Die Verbindungen weisen in Festkörper und Lösung tiefrote Phosphoreszenz auf. Die Effizienz des trinuklearen Komplexes (φ = 0.58 im Festkörper) ist deutlich höher als die der beiden dinuklearen Verbindungen (φ < 0.03). Die Kupfer-Diborin-Bindung besitzt einen signifikanten kovalenten Anteil. Die Übergangsmetallatome haben somit einen starken Einfluss auf die strahlenden Übergänge, was zum Auftreten von Phosphoreszenz führt. Für effiziente Emission ist eine lineare Anordnung zweier Kupferfragmente um das Diborin notwendig, was im Fall des trinuklearen Komplexes stets gewährleistet ist, für die dinuklearen Komplexe jedoch nur in Lösung zu beobachten ist. Durch die Studien wurde einerseits das komplexe Emissionsverhalten dieser Komplexe aufgeklärt und andererseits die Relevanz dieser neuen Verbindungsklasse für niederenergetische Emittermaterialien gezeigt. Zusätzlich wurden Vorarbeiten zur Untersuchung kooperativer Effekte in dinuklearen Kupfer(I)-verbindungen unter Ausschluss schwer zu erhaltender cuprophiler Wechselwirkungen durchgeführt. Es sollten mono- und dinukleare Kupfer(I)-komplexe mit Bisbenzimidazol und Benzimidazolpyrimidin als verbrückenden Chromophorliganden synthetisiert und photophysikalisch untersucht werden, um eine eventuelle Erhöhung der Effizienz der dinuklearen Komplexe gegenüber ihren mononuklearen Analoga zu quantifizieren. Im Rahmen dieser Arbeit gelang es, einen zuverlässigen Syntheseweg für die im Rückgrat alkylierten verbrückenden Liganden zu etablieren. Ferner wurden erste Versuche zur Herstellung kationischer und neutraler mononuklearer Komplexe durchgeführt. Außerdem wurde die mechanochrome Lumineszenz eines aus Vorarbeiten bekannten dinuklearen Kupferkomplexes untersucht und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen hergestellt. Hierzu wurden Komplexsalze mit den Anionen PF6- und BF4- hergestellt und mittels zahlreicher Spektroskopiemethoden analysiert, um umfangreiche Informationen zu den Eigenschaften im Grund- und angeregten Zustand zu sammeln. Durch Schwingungsspektroskopie wurde nachgewiesen, dass die Phasenänderung zu keiner veränderten Konstitution der Verbindung im Grundzustand führt. Durch 1H-19F-HOESY- sowie 19F-Festkörper-NMR-Experimente wurde festgestellt, dass sowohl in Lösung wie auch im Festkörper Kation und Anion gepaart vorliegen und miteinander wechselwirken. Da die BF4- und PF6-Komplexe in Lösung ein sehr ähnliches Emissionsverhalten zum amorphen Feststoff aufweisen, wurde davon ausgegangen, dass die für die Emission verantwortlichen Strukturen in beiden Medien vergleichbar sind. Zusätzlich gelang es, mittels ESR-Spektroskopie nachzuweisen, dass im Grundzustand keine ausreichende Annäherung der beiden Kupferatome stattfindet, um dipolare Wechselwirkungen zu erzeugen. Mithilfe quantenchemischer Rechnungen wurde die mechanochrome Lumineszenz nicht auf das Auftreten von Cuprophilie zurückgeführt, sondern auf die Ausbildung einer Cu-F-Bindung im angeregten Zustand, was ein völlig neuer Mechanismus für mechanochrome Lumineszenz bei Kupfer(I)-komplexen ist. In weiterführenden photophysikalischen Studien wurde zudem gezeigt, dass die Emission auch Empfindlichkeit gegenüber Temperatur sowie Lösungsmitteldämpfen aufweist und es sich somit um eine multiresponsive Verbindungsklasse handelt. / In the context of this work, luminescent copper(I) compounds were investigated in order to contribute to the investigation of low-energy emitters and mechanoresponsive phosphorescence materials by establishing structure-property relationships. In addition, preparatory work was carried out to investigate cooperative effects in dinuclear copper(I) complexes. In the field of low-energy emitters, tetrahedral copper compounds with chromophore ligands based on the basic motif 2-(pyridin-2-yl)-imdazole were investigated. Complexes with this ligand mostly emit green to orange, therefore a nitrogen atom in the backbone of the ligand was substituted by sulfur to cause a bathochromic shift. To investigate the influence of donor strength, sterics and complex geometry on emission behavior, various phosphanes and an NHC were used as donor ligands. As expected, the emission maxima of the investigated compounds lie in the orange to deep red range and good quantum yields for this emission range of up to 11 % could be achieved. The susceptibility of tetrahedral copper(I) complexes to distortions in the excited state and the associated increase in radiationless processes could be suppressed by the use of sterically demanding ligands. In order to determine the potential for use in optoelectronic devices, extensive stability tests were carried out which confirmed the enormous thermal stability in the solid state as well as long-term stability in diluted solution of some compounds. Furthermore, in cooperation with the group around Prof. Holger Braunschweig, photophysical studies on one trinuclear and two dinuclear copper(I) diboryne complexes were carried out, which were synthesized in the context of the doctorates of Dr. Jan Mies and Dr. Theresa Dellermann. The compounds show deep red phosphorescence in solid and solution. The efficiency of the trinuclear complex (φ = 0.58 in solid state) is significantly higher than that of the two dinuclear compounds (φ < 0.03). The copper diboryne bond has a significant covalent portion. The transition metal atoms thus have a strong influence on the radiative transitions, which leads to the occurrence of phosphorescence. For efficient emission, a linear arrangement of two copper fragments around the diboryne is necessary, which is always guaranteed in the case of the trinuclear complex, but can only be observed in solution for the dinuclear complexes. On the one hand, the complex emission behavior of these complexes was clarified by the studies and, on the other hand, the relevance of this new compound class for low-energy emitter materials was demonstrated. In addition, preparatory work was carried out to investigate cooperative effects in dinuclear copper(I) compounds, excluding cuprophilic interactions that are difficult to obtain. Mono- and dinuclear copper(I) complexes with bisbenzimidazole and benzimidazolpyrimidine as bridging chromophore ligands should be synthesized and photophysically investigated in order to quantify a possible increase in the efficiency of the dinuclear complexes compared to their mononuclear analogues. In the course of this work, it was possible to establish a reliable synthetic pathway for the alkylated bridging ligands. In addition, first experiments for the syntheses of cationic and neutral mononuclear complexes were carried out. In addition, the mechanochromic luminescence of a dinuclear copper complex known from preliminary work was investigated and structure-property relationships were established. Complex salts with the anions PF6- and BF4- were prepared and analyzed by means of numerous spectroscopic methods in order to collect comprehensive information on the properties in the ground and excited state. By vibrational spectroscopy it was proven that the phase change does not lead to a changed constitution of the compound in the ground state. Through 1H-19F-HOESY and 19F solid state NMR experiments, it was determined that cation and anion are paired and interact both in solution and in the solid state. Since the BF4 and PF6 complexes in solution exhibit very similar emission behavior to the amorphous solid, it was assumed that the structures responsible for the emission are comparable in both media. In addition, ESR spectroscopy was used to prove that in the ground state, the two copper atoms do not approach each other sufficiently to produce dipolar interactions. Using quantum chemical calculations, mechanochromic luminescence was not attributed to the occurrence of cuprophilicity, but to the formation of a Cu-F bond in the excited state, which is a completely new mechanism for mechanochromic luminescence in copper(I) complexes. Further photophysical studies have shown that the emission is also sensitive to temperature and solvent vapors, making it a multi-responsive compound class.

Novel manganese(I) tricarbonyl complexes based on the tridentate bis(pyrazolyl)ethylamine (bpea) ligand with pendant functionalized phenyl groups were synthesized and conjugated to biological carrier systems like peptides and dendrimers. Their dark stability establishes them as CORM prodrugs. The monomers show a faster CO-release compared to the peptide and dendrimer conjugates. However, both monomers and peptide conjugates release two equivalents of CO upon photoactivation at 365 nm. The dendrimer conjugates can deliver up to seven equivalents of CO due to the higher number of Mn(CO)3 moieties per molecular unit. In the future, the biological activity of the conjugates needs to be further explored to establish the targeted delivery of CO to cells and tissues. / Das Ziel dieser Doktorarbeit war die Synthese von Mangan(I)-Tricarbonylkomplexen als neuartige photoaktivierbare CO-releasing molecules (PhotoCORMs) und ihrer Peptid- und Dendrimer-Konjugate als Trägersysteme für das targeted delivery von Kohlenstoffmonoxid in biologischen Systemen. Dafür wurde eine Serie von sechs Mn(I)-Tricarbonylkomplexen basierend auf dem Bis(pyrazolyl)ethylamin-Liganden (bpea) hergestellt welche einen para-substituierten Phenylring mit einer peripheren Iod- oder Alkin-Gruppe enthalten. Diese sollten eine Konjugation an Biomoleküle mittels Sonogashira- oder CuAAC-"click"-Reaktion ermöglichen. Alle Verbindungen wurden in guter Ausbeute mit hoher Reinheit erhalten. Die Einkristall-Röntgenstrukturen der Verbindungen mit Iod- und Alkin- Substituenten belegen die faciale Koordination des tridentaten bpea-Liganden an die Mn(CO)3-Gruppe. Alle Komplexe zeigen bei Lichtausschluß eine sehr gute Stabilität in Dimethylsulfoxid-Lösung über bis zu 14 h, die Photoaktivierung bei 365 nm führt dagegen zur Freisetzung von zwei Äquivalenten Kohlenstoffmonoxid pro Mol Komplex. Obwohl die Verbindungen MLCT-Banden um 350 nm ausweisen, können sie auch noch bei 410 nm stimuliert werden, was für biologische Anwendungen vorteilhaft ist. Die photoinduzierte CO-Freisetzung wurde auch mittels IR- Spektroskopie in Lösung verfolgt. Die Banden neu auftretender Intermediate konnten dabei mit Hilfe von DFT-Rechnungen zugeordnet werden und belegen die Bildung von cis-Mn(CO)2-Spezies nach der Freisetzung eines ersten Äquivalents Kohlenstoffmonoxid. Die CO-Freisetzung wurde auch mit Hilfe eines des fluoreszenten CO-Indikators COP-1 untersucht. Während bei Inkubation im Dunkeln auch bei einem 10:1- Verhältnis von CORM zu COP-1 kein Signal beobachtet werden konnte, führt die lichtinduzierte CO-Freisetzung zu einem konzentrationsabhängigen Anstieg der Fluoreszenz. Die photoaktivierte CO-Freisetzung wurde auch in lebenden HUVEC- Zellen untersucht. In der überstehenden Lösung konnte ein Ansteig der COP-1- Fluoreszenz relativ zum Hintergrund um einen Faktor von 15 beobachtet werden während die Intensititäszunahme für die Zellfraktion nur bei etwa 5-fach lag. Dies könnte auf eine nur geringe Zellaufnahme von COP-1 oder CORM oder beider Moleküle zurückzuführen sein. Die Untersuchungen etablieren die bpea-Komplexe aber eindeutig als photoaktivierbare CO-releasing molecules (PhotoCORMs). Peptide sind attraktive Trägersysteme für das cellular delivery von Metallkomplexen. Als Modell für solche Trägerpeptide wurde die transforming growth factor -bindende (TGF-) Sequenz durch Festphase-Peptidsynthese hergestellt. Die Anknüpfung von [Mn(bpea)(CO)3]+ an das Peptid über eine periphere Funktionalität des Liganden über eine Sonogashira-Kreuzkupplung bzw. CuAAC-"Click"-Reaktion sollte in einer Postlabelling-Strategie erfolgen. Obwohl verschiedene Bedingungen getestet wurden führte erstere Reaktion jedoch nicht zum Erfolg. Die CuAAC-Reaktion zwischen einem Alkin-funktionalisierten Metallkomplex und einem Azid-terminierten Peptid führt dagegen zu dem gewünschten N-terminal funktionalisierten Konstrukt, welches über eine Triazolgruppe zusammengehalten wird. Trotzdem zeigte das Konjugat auf Grund einer Imin-Bindung im bpea-Liganden eine Tendenz zur Hydrolyse in wässrigem Medium. Als Alternative wurde daher die milde und katalysatorfreie Oxim-Ligation in Verbindung mit einem stabileren, Amin- anstatt Imin-basierten Liganden untersucht. Die Kupplung zwischen einem Aminoxyessigsäure- terminierten TGF--bindenden Peptid und einem Aldehyde-funktionalisierten Metallkomplex ergab das gewünschte Konjugat in guter Ausbeute mit höher Stabilität. Für bis zu 96 h konnte selbst bei wiederholten freeze-thaw-Zyklen keinerlei Zersetzung beobachtet werden. Das CO-Freisetzungsverhalten von Konjugat und Stammverbindung war identisch, die Photoaktivierung bei 365 nm führt für beide innerhalb von 1–1.5 h zur Freisetzung von zwei Äquivalenten CO pro Mol Komplex. Die Oxim-Ligation konnte so als milder Zugang zu CORM-Peptidkonjugaten etabliert werden. Dendrimere sind Baum-artige Moleküle mit einer Vielzahl von Funktionalitäten in der Peripherie, die eine Modifikation mit Metallkomplexen für biologische Anwendungen erlauben. Von besonderem Interesse ist hierbei die Anreicherung in Tumorgewebe auf Grund des enhanced permeability and retention(EPR)-Effekts. Diaminobutan(DAB)- und Polyamidoamin(PAMAM)-Dendrimere der Generation 1 mit vier terminalen Amingruppen wurden daher in einer Schiff-Base-Kondensation mit Aldehyd-funktionalisierten Mn(bpea)(CO)3-Komplexen umgesetzt. Die erhaltenten Metallkomplex-Dendrimer-Konjugate waren in wässriger DMSO-Lösung im Dunkeln für bis zu 14 h stabil. Die Photolyse zeigte eine geringfügig schnellere CO- Freisetzung für das DAB- vs. dem PAMAM-Dendrimer. Eine Anregung bei 410 nm führte zu einer deutlich langsameren CO-Freisetzung gegenüber der 365 nm- Belichtung. Mit Hilfe des Myoglobin-Assays konnte gezeigt werden daß auf diese Weise 50–55% der Gesamtzahl an CO-Liganden aus dem System freigesetzt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden neue Mangan(I)tricarbonyl-Komplexe auf der Basis des tridentaten Bis(pyrazolyl)ethylamin(bpea)-Liganden hergestellt, die in der Peripherie funktionalisierte Phenylgruppen tragen, welche die Anknüpfung an biologische Trägersysteme auf der Basis von Peptiden und Dendrimeren erlauben. Auf Grund ihrer Stabilität unter Lichtausschluß sind diese Verbindungen als CORM- Prodrugs geeignet. Die Photoaktivierung bei 365 nm führt zur Freisetzung von zwei Äquivalenten CO pro Mol CORM, wobei die Stammverbindungen eine etwas schnellere Kinetik aufweisen als die Konjugate. Insbesondere die Dendrimer- basierten Systeme können auf Grund der hohen Anzahl von Mn(CO)3-Gruppen bis zu sieben CO pro Mol Konjugat liefern. Für die Zukunft bleibt zu zeigen ob diese Konjugate eine zelluläre Anreicherung für biologische Anwendungen erlauben wird.