Synthese siliciumhaltiger Wirkstoffe und Synthese-Bausteine des 4-Silapiperidin-Typs: Im Rahmen der systematischen Untersuchungen unseres Arbeitskreises zur C/Si-Bioisosterie wurde für bereits bekannte σ-Rezeptor-Antagonisten eine neue verbesserte Syntheseroute entwickelt, wobei die Endprodukte jeweils in einer sechsstufigen Synthese dargestellt und als entsprechende Hydrochloride isoliert wurden. Ein weiteres Teilprojekt der vorliegenden Arbeit betraf die Entwicklung einer Syntheseroute zur Darstellung von Sila-L-741,626, dem Sila-Analogon des selektiven D2-Dopamin-Rezeptorantagonisten L-741,626. In einem weiteren Teilprojekt der vorliegenden Arbeit wurde ein neuer, säurefreier Weg zu 4 Silapiperidin-Bausteinen mit NH-Funktion entwickelt, der eine Staudinger-Reaktion als ringschließenden Syntheseschritt beinhaltet. Am Beispiel einer Modellverbindung, die in zwei alternativen jeweils fünfstufigen Synthesen ausgehend von Dichlordiphenylsilan dargestellt und als Hydrochlorid isoliert wurde, konnte die neue Syntheseroute erfolgreich ausgearbeitet werden. Die anhand der Modellverbindung erfolgreich getestete Syntheseroute konnte im Folgenden auf ein Zielmolekül angewendet werden, das anstatt einer inerten Phenyl-Gruppe die säurelabilere 4-Methoxyphenyl- (MOP-) Gruppe trägt. Synthese siliciumhaltiger Wirkstoffe und Synthese-Bausteine des 4-Silacyclohexan-1-on- und (4-Silacyclohexan-1-yl)amin-Typs: Im Zusammenhang mit unseren systematischen Untersuchungen zur C/Si-Bioisosterie wurde Sila-pramiverin dargestellt. Dies gelang in einer vierstufigen Synthese, ausgehend von Dichlordiphenylsilan. Im Zuge dieser Synthese fand Brown’s DCME-Prozess Anwendung, um in einer Eintopf-Reaktion das entsprechende 4-Silacyclohexan-1-on und daraus durch anschließende reduktive Aminierung mit Isopropylamin Sila-pramiverin erstmals darzustellen. Analog zur Synthese von Sila-pramiverin konnten ebenfalls Synthese-Bausteine des 4 Silacyclohexan-1-on-Typs sowie des (4-Silacyclohexan-1-yl)amin-Typs unter Verwendung der 4 Methoxyphenyl- (MOP ), 2,6-Dimethoxyphenyl- (DMOP-) bzw. 2,4,6-Trimethoxyphenyl- (TMOP-) Schutzgruppe dargestellt werden. In einer Machbarkeitsstudie wurde zudem unter selektiver Abspaltung der 4 Methoxyphenyl- (MOP ), 2,6-Dimethoxyphenyl- (DMOP-) bzw. 2,4,6-Trimethoxyphenyl- (TMOP-) Schutzgruppe der phenylierten 4 Silacyclohexan-1-one mittels Chlorwasserstoff das entsprechende Chlorsilan dargestellt. Synthese siliciumhaltiger Synthese-Bausteine des 4-Silatetrahydropyran-Typs: Eine fast gänzlich unerforschte Klasse siliciumhaltiger Heterocyclen stellen 4 Silatetrahydropyrane dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte zunächst anhand einer Modellstudie das 4,4-Diphenyl-4-silatetrahydropyran dargestellt werden. Die für die Modellverbindung ausgearbeitete Syntheseroute konnte schließlich auf die Synthese der 4 Methoxyphenyl- (MOP-) und 2,6-Dimethoxyphenyl- (DMOP-) substituierten 4 Silatetra¬hydropyrane übertragen werden. Diese konnten jeweils in einer vierstufigen Synthese dargestellt werden. Lediglich die Synthese der 2,4,6-Trimethoxyphenyl- (TMOP-) substituierten 4 Silatetra¬hyropyrane gelang aufgrund der Instabilität der mesylierten Zwischenstufen nicht. / Synthesis of silicon containing drugs and building blocks of the 4-silapiperidine type: In context with the systematic studies of our research group on C/Si bioisosterism, a novel and improved synthetic route for already reported σ receptor antagonists were established in six-step syntheses, and the final products were isolated as hydrochlorides. Another goal of this work concerned the development of a synthetic route for sila L 741,626, a silicon analogue of the selective D2 dopamin receptor antagonist L 741,626. In another project of this work, a novel acid-free method for the synthesis of 4-silapiperidine building blocks containing a NH function has been developed, using the Staudinger reaction as the key step. As a proof of principle, a model compound, isolated as hydrochloride, could be prepared in two alternative five-step syntheses, starting from dichlorodiphenylsilane. The novel synthetic route for the preparation of the model compound could then be sucessfully applied to the synthesis of a novel target molecule containing the more acid-labile 4 methoxyphenyl (MOP) group instead of the relatively inert phenyl group. Synthesis of silicon containing drugs and building blocks of the 4-silacyclohexan-1-one and the (4-silacyclohexan-1-yl)amine type: In context with our systematic studies on C/Si bioisosterism, sila-pramiverin was synthesized in a four-step synthesis, starting from dichloro¬diphenylsilane. In the course of the synthesis of the 4 silacyclohexan-1-one intermediate, a one-pot synthesis by using Brown’s DCME process was applied. Subsequent reductive amination with isopropylamine led to sila-pramiverin. Analogously to the synthesis of sila-pramiverin, building blocks of the 4 silacyclo¬hexan-1-one type and the (4-silacyclohexan-1-yl)amine type were synthesized by using the 4-methoxyphenyl (MOP), 2,6-dimethoxyphenyl (DMOP), or 2,4,6-trimethoxyphenyl (TMOP) protecting groups. As a proof of principle, the phenyl-substituted 4 silacyclo¬hexan-1-ones could then be transformed into the corresponding chlorosilane by selective cleavage of the 4-methoxyphenyl (MOP), 2,6-dimethoxyphenyl (DMOP), or 2,4,6-trimethoxyphenyl (TMOP) protecting group by using hydrogen chloride. Synthesis of silicon containing building blocks of the 4-silatetrahydropyrane type: 4-Silatetrahydropyranes represent a nearly unexplored class of silicon containing heterocycles. Within the scope of this work, the model compound 4,4-diphenyl-4-silatetrahydropyrane could be synthesized in a three-step synthesis, starting from dichlorodiphenylsilane. This synthetic route to the model compound could then also be applied successfully to the 4-methoxyphenyl (MOP) and 2,6-dimethoxyphenyl (DMOP) substituted 4-silatetrahydropyranes. However, the syntheses of the 2,4,6-trimethoxyphenyl (TMOP) substituted 4 silatetrahydropyranes remained unsuccessful due to the instability of their mesylated precursors.

Diese Arbeit befasst sich mit der Verwendung einer solvensfreien Synthesese zur Darstellung koordinationspolymerer Verbindungen basierend auf den 3d-Übergangsmetallen Mn, Fe, Co und Zn und N-heterozyklischen, aminischen Ligandenschmelzen. Die eingesetzten Metalle wurden entweder in ihrer elementaren Form in einer bereits bekannten, redox-basierten Synthese oder als Metallchloride in einer adduktbasierten Synthese verwendet. Synthesen mit den Liganden Imidazol (ImH), Pyrazol (PzH), Benzimidazol (bzImH), 1,2,3-Triazol (1,2,3-TzH), 1,2,4,-Triazol (1,2,4-TzH) und Piperazin (pipz) führten zu verschiedenen neuen Verbindungen und Kristallstrukturen, speziell bei Verwendung des Liganden pipz. Die erhaltenen Produkte wurden für Untersuchungen von Struktureigenschafts-beziehungen hinsichtlich des Polarisationsverhaltens und im Falle der 1,2,3-Triazolate für eine Untersuchung von Photolumineszenzeigenschaften in Abhängigkeit von Physisorptionsprozessen verwendet. Unter den Piperazin-Verbindungen findet sich eine starke Varianz im Bereich des polymeren Charakters und des Vernetzungsgrades, welcher von Komplexen (null-dimensional) wie [CoCl2(pipz)] (26) and [ZnCl2(pipz)] (27) über Stränge (eindimensional) wie 1∞[ÜMCl2(py)2(pipz)] (ÜM = Mn (29), Fe (30), Co (31)) bis hin zu Netzen (zweidimensional) wie 2∞[Fe2Cl4(pipz)3]∙(pipz) (25) und Gerüsten (dreidimensional) wie 3∞[FeCl2(pipz)] (32) reicht. Thermoanalyse und darauf basierende Veränderungen in den Reaktionsbedingungen ermöglichen es, die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Phasen aufzuzeigen und ihre thermodynamischen Stabilitäten zu untersuchen, was nicht nur für die Piperazin-Verbindungen, sondern auch für andere Systeme gelang, von denen die größte Gruppe die Imidazolate des Typs 3∞[ÜM3(Im)6(ImH)2] (ÜM = Mn (1), Fe (2), Co (3)) waren. Der erfolgreiche Zusatz von geringen Mengen Mn2+ in das MOF 3∞[Zn(1,2,3-Tz)2] (21) führt zur Bildung der Phase 3∞[Zn0,9Mn0,1(1,2,3-Tz)2] (22) und zur Aktivierung von Photolumineszenz unter Beibehaltung von Mikroporosität. Das erhaltene lumineszierende, mikroporöse Gerüst wurde als Modellsystem für die Analyse von Lumineszenzänderungen während der Physisorption verschiedener Analysegase und bei unterschiedlichen Temperaturen verwendet. Die erhaltenen Ergebnisse können eine wichtige Rolle bei der Charakterisierung potentieller Sensormaterialien spielen und sind weiterhin ein möglicher Ausgangspunkt für mechanistische Überlegungen bei diesen hochinteressanten Struktureigenschaftsbeziehungen. Die erfolgreiche Redoxreaktion elementarer Metalle mit den Liganden ImH, PzH, bzImH und 1,2,3-TzH erlaubte eine Untersuchung dielektrischer Eigenschaften einer Gruppe von verwandten Verbindungen bezüglich verschiedener Probenformen (Pulverschüttungen gegenüber gepressten Pellets) und Strukturmerkmale wie Rigidität der Kristallstrukturen. Diese Eigenschaften wurden darüber hinaus auch temperaturabhängig in einem Bereich von -100 °C bis 150 °C untersucht. Weiterhin konnte mit Untersuchungen an den MOFs 3∞[ÜM(1,2,3-Tz)2] (ÜM = Mn (18), Fe (19), Co (20), Zn (21)) auch ein Beitrag zu einem Feld der MOF-Chemie geleistet werden, welches bereits stark diskutiert wurde, jedoch bislang nur sehr schwach erforscht ist. / This work elaborates on the use of solvent free approach towards the generation of coordination polymers based on the 3d transition metals Mn, Fe, Co and Zn by use of N-heterocyclic amine ligand melts. Metals employed were either used as elemental metals in a redox-based approach derived from previous works or in the form of metal chlorides in an adduct-based strategy. Products obtained from reactions with the ligands imidazole (ImH), pyrazole (PzH), benzimidazole (bzImH), 1,2,3-triazole (1,2,3-TzH), 1,2,4-triazole (1,2,4-TzH) and piperazine (pipz) led to a variety of new compounds and crystal structures, especially with the ligand piperazine. The obtained products were subsequently used for studies in structure-property relations in the fields of polarizability and in the case of the triazolate frameworks for investigations into the dependence between luminescent properties and physisorption properties. Among these newly discovered and characterized compounds, the polymeric character and degree of linkage varies from complexes (zero-dimensional) such as [CoCl2(pipz)] (26) and [ZnCl2(pipz)] (27), to strands (one-dimensional) such as 1∞[TMCl2(py)2(pipz)] (TM = Mn (29), Fe (30), Co (31)), nets (two-dimensional) such as 2∞[Fe2Cl4(pipz)3]∙(pipz) (25) and frameworks (three-dimensional) such as 3∞[FeCl2(pipz)] (32). Thermal analysis and subsequent changes in reaction conditions were able to show the relations between the obtained products and their thermodynamic stability not only in the aforementioned products, but also for a number of previously known compounds, most notably the imidazolates 3∞[TM3(Im)6(ImH)2] (TM = Mn (1), Fe (2), Co (3)). Introducing small quantities of Mn2+ into the metal organic framework (MOF) 3∞[Zn(1,2,3-Tz)2] (21) leads to the compound 3∞[Zn0,9Mn0,1(1,2,3-Tz)2] (22) and activation of photoluminescent properties whilst retaining initial microporosity. This luminescent, microporous framework was used as a model system for the analysis of changes in photoluminescence during physisorption of several analyst gases at different temperatures. The obtained results could play a highly important role for the characterization of potential sensor materials and can be employed as a step-stone for mechanistic considerations in these highly interesting structure-property relations. The successful redox-reactions of elemental metals with the ligands ImH, PzH, bzImH and 1,2,3-TzH allowed for an investigation of dielectric properties, comparing the influence of sample composition (compacted powders vs. mechanically prepared pellets) as well as structural features such as rigidity of crystal structures and their dimensional linkage on the permittivity of a family of compounds with very similar compositions. Additionally, these properties were also analysed with regards to changes in temperatures ranging from -100 °C and up to 150 °C. In this particular instance, the analysis of dielectric properties conducted on the MOFs 3∞[TM(1,2,3-Tz)2] (TM = Mn (18), Fe (19), Co (20), Zn (21)) contributes to another highly important field of properties in MOF chemistry, which has been discussed for quite some time, but is still underdeveloped.

Since its discovery as a small signaling molecule in the human body, researchers have tried to utilize the beneficial cytoprotective properties of carbon monoxide in therapeutic applications. Initial work focused on the controlled direct application of CO gas. However, to circumvent the disadvantages of this method such as requirement for special equipment, hospitalization of the patient and the risk of overdosing, metal-carbonyl complexes were developed as CO-releasing molecules (CORMs) which are able to deliver CO in a tissue-specific manner. However, upon the release of CO from the metal coordination sphere, complex fragments termed inactivated CORMs (iCORMs) with free coordination sites remain which can undergo nonspecific follow-up reactions under physiological conditions. Thus, the first aim of the present thesis was the coordination of tetradentate ligands such as tris(2-pyridylmethyl)amine (tpa), bis(2-pyridylmethyl)(2-quinolylmethyl)amine (bpqa), bis(2-quinolylmethyl)(2-pyridylmethyl)amine (bqpa) and tris(2-quinolylmethyl) amine (tmqa) in a tridentate facial manner to a fac-Mn(CO)3 moiety previously established as a photoactivatable CO-releasing molecule (PhotoCORM). The desired coordination of the pedant donor group upon photolytic CO release at 365 nm was demonstrated by UV/Vis-, IR- und 1H NMR experiments and verified by DFT calculations. All complexes of the series showed long-term dark stability in phosphate-buffered saline (PBS), but released between two and three equivalents of carbon monoxide with half-lives of around 5-10 minutes upon illumination at 365 nm. Although the photolytic properties of the complexes were quite similar besides the differences in type of hetereoaromatic ligands, the determination of the logP values showed an increase of lipophilicity with the number of quinoline groups, which might enable tissue-specific uptake. A significant cellular manganese uptake as well as the binding of CO released upon photolysis to the cytochrome c oxidases in E. coli cells was demonstrated for [Mn(CO)3(tpa)]+. Furthermore, this complex exhibited photoinduced bactericidal activity when the cells were grown in succinate-containing medium and thus unable to change their metabolism to mixed acid fermentation. In the second part of the project, the hexadentate ligand 1,4,7-tris(2-pyridylmethyl)-1,4,7-triazacyclononane (py3tacn) was coordinated to a facial Mn(CO)3 moiety. The resulting [Mn(CO)3(py3tacn-3N)]+ complex has one pedant donor group per labile carbonyl ligand and thus is a significant improvement over the 1st generation tpa-complexes. The metal-coligand inactivated CORM (iCORM) fragment expected to be generated upon complete photolytic CO release, [Mn(py3tacn-6N)]2+, was synthesized independently and will serve as a well-defined negative control in upcoming biological tests. The corresponding CORM has long-term dark stability in pure dimethylsulfoxide or phosphate-buffered myoglobin solution, with three equivalents of CO released with a half-life of 22 minutes upon illumination at 412 nm. The photolysis was also followed by IR spectroscopy and the intermediates, in line with a stepwise release of carbon monoxide, and occupation of vacated sites by the pedant pyridine group were verified by DFT calculations. Due to possible tissue damage by energy-rich light and the inverse correlation of tissue penetration depth and illumination wavelength, the absorption maxima of PhotoCORMs should ideally be in the phototherapeutic window between 600 and 1200 nm. Thus, in the third part of this work, a series of heterobinuclear Mn(CO)3/Ru(bpy)2 PhotoCORMs was prepared to shift the absorption of these compounds into the red region of the UV/Vis spectrum. For the synthesis of such Mn(I)/Ru(II) complexes, the bridging ligands 2,3-di(2-pyridyl)quinoxaline (dpx) and 3-(pyridin-2-yl)-1,2,4-triazine[5,6-f]-1,10-phenanthroline (pytp) were prepared and the two binding pockets subsequently filled with a Ru(bpy)2 and a fac-Mn(CO)3 moiety. The resulting two heterobinuclear metal complexes [Ru(bpy)2(dpx)MnBr(CO)3]2+ and [Ru(bpy)2(pytp)MnBr(CO)3]2+ as well as [Ru(etx)(tbx)MnBr(CO)3]2+ with etx = ethyl(2,2':6',2''-terpyridine)-4'-carboxylate and tbx = N-((2,2’:6’,2’’-terpyridin)-4’-yl)2,2’-bipyridine-5-carboxamide which was prepared by a metal precursor provided by the group of Prof. Dr. Katja Heinze showed a significant shift of the main absorption bands to higher wavelengths as well as two times higher extinction coefficients than the analogous mononuclear Mn(I) compounds. However, both the Mn(I)/Ru(II) and Mn(I) complexes had a reduced stability in phosphate-buffered myoglobin solution even in the absence of light. The efficiency of the CO-release from [Ru(etx)(tbx)MnBr(CO)3]2+ and [Ru(bpy)2(dpx)MnBr(CO)3]2+ could be controlled by proper choice of the excitation wavelength. A change from 468 to 525 nm or even 660 nm led to a decrease of the number of CO equivalents released from two to one and an elongation of the half-lives. Finally, since nitric oxide also serves as a small messenger molecule in the human body with its signaling pathways interacting with those of CO, a mixed-ligand CO/NO metal complex was sought. [Mo(CO)2(NO)(iPr3tacn)]+ with iPr3tacn = 1,4,7-triisopropyl-1,4,7-triazacyclonane was selected from the literature and its molecular structure determined by single crystal diffraction, demonstrating the presence of an NO+ ligand in the coordination sphere as indicated by a MO-N-O angle close to 180°. Photolysis of [Mo(CO)2(NO)(iPr3tacn)]+ required high-energy UV light, which prevented a quantification of the CO release due to photolytic decomposition of the myoglobin. However, solution IR experiments showed that the complex lost the two carbon monoxide ligands upon illumination at 254 nm while the NO remained tightly bound to the metal. The structures observed of the intermediates were also verified by DFT calculations. In conclusion, in this project, four different classes of novel transition metal-based photoactivatable CO-releasing molecules (PhotoCORMs) were prepared and studied. The first group incorporated one additional free donor group per LMn(CO)3 moiety but varied in the number of coordinated pyridyl and quinolinyl groups which allows the control of the lipophilicity of these compounds. As an extension of this concept, the second series incorporated one free donor group per labile carbonyl ligand which gives rise to well-defined photolysis products that can be independently prepared and assayed. The third class was based on a Ru(II) photosensitizer unit connected to a MnBr(CO)3 PhotoCORM moiety. This shifts the absorption maximum from 500 nm to about 585 nm in [Ru(bpy)2(dpx)MnBr(CO)3]2+. Finally, a first mixed-ligand CO/NO carrier molecule was evaluated for its photolytic behavior. However, while the carbonyl ligands were photolabile at low excitation wavelengths, release of the NO ligand was not observed under the conditions studied. In a next step, detailed studies on the bioactivity of the different classes of PhotoCORMs need to be carried out with partner groups from biochemistry to fully explore their biomedical potential. / Seit der Entdeckung als von Kohlenstoffmonoxid small signaling molecule im menschlichen Körper stehen seine zellschützenden Eigenschaften im Interesse der Forschung, die für therapeutische Anwendungen nutzbar gemacht werden könnten. Anfangs lag hierbei der Fokus auf einer kontrollierten Verabreichung von gasförmigem Kohlenstoffmonoxid. Um die Nachteile dieser Methode, wie beispielsweise spezielle klinische Ausrüstung sowie das Risiko einer Überdosierung zu umgehen wurden Metallkomplexe mit CO-Liganden als CO-releasing molecules (CORMs) entwickelt, welche in der Lage sind Kohlenstoffmonoxid gewebespezifisch im Körper abzugeben. Durch die Freisetzung von CO aus der Koordinationssphäre eines Metallzentrums entstehen jedoch auch Komplexfragmente, sogenannte inactivated CORMs (iCORMs), welche unter physiologischen Bedingungen unbekannte Folgereaktionen eingehen können. Deshalb bestand das erste Ziel der vorliegenden Doktorarbeit darin, die tetradentaten Liganden Tris(2-pyridylmethyl)amin (tpa), Bis(2-pyridylmethyl)(2-quinolylmethyl)amin (bpqa), Bis(2-quinolyl-methyl)(2-pyridylmethyl)amin (bqpa) und Tris(2-quinolylmethyl)amin (tmqa) an eine faciale Mn(CO)3 Einheit zu koordinieren, deren Komplexe dann als photoactivatable CO-releasing molecules (PhotoCORM) fungieren sollten. Die Koordination der zusätzlichen Donorgruppe im Zuge der photolytischen CO Freisetzung wurde am Beispiel von [Mn(CO)3(tpa)]+ durch UV/Vis-, IR- und 1H NMR-Experimente gezeigt und durch DFT-Rechnungen untermauert. Alle Verbindungen der Serie zeigten in Phosphat-Puffer eine hohe Stabilität im Dunkeln. Durch Photoaktivierung bei einer Wellenlänge von 365 nm konnten aus den Komplexen zwei bis drei Äquivalente CO mit einer Halbwertszeit um 10 Minuten freigesetzt werden. Obwohl die photolytischen Eigenschaften der Komplexe sehr ähnlich waren, steigt die Lipophilie angegeben durch den logP-Wert mit steigender Anzahl der im Komplex enthaltenen Quinolin-Gruppen an, was die Gewebeaufnahme erleichtern sollte. Für [Mn(CO)3(tpa)]+ konnte ein deutlicher Anstieg der intrazellulären Mangankonzentration sowie die Bindung von freigesetztem CO an die Cytochrom c-Oxidasen in E. coli beobachtet werden. Auch zeigte diese Verbindung eine photoinduzierte Toxizität gegenüber diesen Bakterienkulturen, solange diese in Succinat-haltigem Nährmedium gezüchtet wurden und somit nicht in der Lage waren ihren Stoffwechsel auf die „mixed acid fermentation“ umzustellen. Im zweiten Teil der Arbeit sollte dann der hexadentate Ligand 1,4,7-Tris(2-pyridylmethyl)-1,4,7-triazacyclonane (py3tacn) an eine faciale Mn(CO)3-Einheit koordiniert werden. Der resultierende [Mn(CO)3(py3tacn-3N)]+ Komplex verfügt über eine freie Donorgruppe für jeden Kohlenstoffmonoxid-Liganden. Das Metall-Coligand-Fragment, [Mn(py3tacn-6N)]2+, welches als photolytisches Endprodukt erwartet wird, wurde über einen separaten Syntheseweg hergestellt und wird als Negativkontrolle in kommenden biologischen Testreihen eingesetzt werden. Untersuchungen zur CO-Freisetzung aus [Mn(CO)3(py3tacn-3N)]+ zeigten, dass die Verbindung sowohl in Dimethylsulfoxid als auch in gepuffertem Myoglobin im Dunkeln lange Zeit stabil ist. Bei Belichtung mit 412 nm können aus dem Komplex etwa drei Äquivalente CO mit einer Halbwertszeit von 22 Minuten freisetzt werden. Der Photolyseprozess wurde auch mittels IR-Spektroskopie verfolgt und die Zwischenstufen, welche Hinweis auf eine stufenweise Abgabe der CO-Liganden wie auch die Besetzung der freien Koordinationsstellen durch die freien Pyridingruppen gaben, durch DFT Rechnungen belegt. Aufgrund der Möglichkeit von Gewebeschädigungen durch kurzwelliges UV-Licht und den inversen Zusammenhang von Gewebeeindringtiefe und Belichtungswellenlänge, sollte das Absorptionsmaximum eines PhotoCORMs idealerweise im phototherapeutischen Fenster zwischen 600 und 1200 nm liegen. Deshalb wurden im dritten Teil dieser Arbeit hetereobinukleare Mn(CO)3/Ru(bpy)2 PhotoCORMs hergestellt, um die Absorption der Verbindungen in den roten Bereich des sichtbaren Spektrums zu verschieben. Für die Synthese der Mn(I)/Ru(II) PhotoCORMs wurden 2,3-Di(2-pyridyl)quinoxalin (dpx) und 3-(pyridin-2-yl)-1,2,4-triazin[5,6-f]-1,10-phenanthrolin (pytp) als verbrückende Liganden verwendet, wobei zunächst eine Bindungstasche mit Ru(bpy)2 und anschließend die zweite mit Mn(CO)3 gefüllt wurden. Die zwei resultierenden hetereobinukleare Metallkomplexe [Ru(bpy)2(dpx)MnBr(CO)3]2+ und [Ru(bpy)2(pytp)MnBr(CO)3]2+ sowie [Ru(etx)(tbx)MnBr(CO)3]2+, mit etx = Ethyl(2,2':6',2''-terpyridin)-4'-carboxylat und tbx = N-((2,2’:6’,2’’-Terpyridin)-4’-yl)2,2’-bipyridin-5-carboxamid, welcher aus einer Ruthenium-Vorstufe aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Katja Heinze synthetisiert wurde zeigten eine deutliche Verschiebung der intensivsten Absorptionsbande zu höheren Wellenlängen und eine Verdopplung der Extinktionskoeffizienten im Vergleich zu den analogen mononuklearen Mn(I)-Verbindungen. Jedoch konnte sowohl für die Mn(I)/Ru(II)- als auch für die Mn(I)-Komplexe selbst unter Lichtausschluss eine Zersetzung in gepuffertem Myoglobin festgestellt werden. Die Effizienz der CO-Freisetzung aus [Ru(etx)(tbx)MnBr(CO)3]2+ und [Ru(bpy)2(dpx)MnBr(CO)3]2+ lässt sich durch die Wahl einer geeigneten Anregungswellenlänge kontrollieren. Durch den Wechsel von 468 zu 525 nm oder sogar 660 nm wurde die Anzahl der freigesetzten CO-Äquivalente von zwei auf eins reduziert. Auch konnte eine Verlängerung der Halbwertszeiten festgestellt werden. Da Stickstoffmonoxid ebenfalls als small messenger molecule im menschlichen Körper bekannt ist, dessen Signalwege mit denen von CO interagieren, wurde ein gemischter CO/NO-Metallkomplex gesucht. [Mo(CO)2(NO)(iPr3tacn)]+ mit iPr3tacn = 1,4,7-triisopropyl-1,4,7-triazacyclonan wurde aus der Literatur ausgewählt und synthetisiert. Die molekulare Struktur der Verbindung konnte erstmals durch Röntgenbeugung am Einkristall aufgeklärt werden und enthält mit einem Mo-N-O Winkel von 180° das Stickstoffmonoxids als NO+-Liganden. Das energiereiche UV-Licht, welches zur Photolyse von [Mo(CO)2(NO)(iPr3tacn)]+ benötigt wurde, führte unter den Bedingungen des Myoglobin-Assay jedoch zu einer Zersetzung des Proteins. Durch Photolyse-Experimente in Acetonitril, welche mit IR-Spektroskopie verfolgt wurden, konnte jedoch die Freisetzung der beiden CO-Liganden durch Belichtung mit 254 nm beobachtet werden während der Nitrosyl-Ligand an das Metallzentrum gebunden blieb. Die gefundenen Photolyseprodukte konnten auch mittels DFT-Rechnungen identifiziert werden. Zusammengefasst wurden im Rahmen dieser Doktorarbeit vier verschiedene Klassen von übergangsmetallbasierten photoactivatable CO-releasing molecules (PhotoCORMs) hergestellt und untersucht. Die erste Gruppe von Molekülen verfügt über eine zusätzliche freie Donorgruppe pro fac-Mn(CO)3-Einheit, variiert aber in der Anzahl der koordinierten Pyridyl- und Quinolinyl-Einheiten, wodurch die Lipophilie der Verbindungen eingestellt werden kann. Die Verbindungen der zweiten Generation beinhalten eine freie Donorgruppe pro labilen Carbonyl-Liganden. Dies führt zu wohldefinierten photolytischen Endprodukten, welche auch separat hergestellt und getestet werden können. Die dritte Klasse basiert auf Ru(II)-Photosensitizern, die an eine MnBr(CO)3-PhotoCORM-Einheit angebunden wurden. Dies hat im Fall von [Ru(bpy)2(dpx)MnBr(CO)3]2+ eine Verschiebung des Absorptionsmaximums von 500 nm zu 585 nm zur Folge. Schließlich konnte ein gemischtes CO/NO-Trägermolekül erstmals auf seine photolytischen Eigenschaften untersucht werden. Während beide CO-Liganden in[Mo(CO)2(NO)(iPr3tacn)]+ labil waren, konnte eine Freisetzung des NO-Liganden unter den vorliegenden Bedingungen nicht beobachtet werden. In der Weiterführung dieses Projekts sollten detaillierte Studien zur biologischen Aktivität der verschiedenen PhotoCORMs durchgeführt werden um das volle biomedizinische Potential dieser Verbindungen zu ermitteln.

Die regioselektive Funktionalisierung von Bio(makro)molekülen erfordert Reaktionen, die mit einem biologischen System weder interagieren noch interferieren. Bestimmte funktionelle Gruppen, wie Azide oder Alkine, sind unter physiologischen Bedingungen inert, kommen nicht in der Natur vor, lassen sich selektiv miteinander verknüpfen und sind nicht-toxisch gegenüber Zellen und Organismen. Für die Einführung metallbasierter Funktionalitäten in solche Zielstrukturen stellen Click-Reaktionen daher einen schnellen Zugang dar, wobei Reaktionen, die ohne Zusatz von Katalysator und bei Raumtemperatur ablaufen von besonderem Interesse sind. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher die „iClick“-Reaktion von Ruthenium-Azid-Komplexen der allgemeinen Formel [Ru(N3)(aren)(N-N)]+ mit bidentaten Stickstoffliganden sowie Rhodium-Azid-Komplexen der allgemeinen Formel [Rh(Cp*)(N3)(bpyR,R)]+ mit unterschiedlich substituierten 2,2‘-Bipyridin-Coliganden (R = OCH3, H, COOCH3) gegenüber elektronenarmen Alkinen zu untersuchen. Röntgenstrukturanalysen der resultierenden Triazolat-Komplexe sollten den Koordinationsmodus bestätigten, da die Produkte der Click-Reaktionen prinzipiell als zwei verschiedene Regioisomere auftreten können. Die [Rh(Cp*)(N3)(bpyR,R)]CF3SO3-Komplexe mit 2,2‘-Bipyridin (bpy), dem elektronenziehenden Ligand 4,4‘-Bis(methoxycarbonyl)-2,2′-bipyridin (bpyCOOCH3,COOCH3) sowie dem elektronenschiebenden Ligand 4,4’-Dimethoxy-2,2‘-bipyridin (bpyOCH3,OCH3) wurden aus den entsprechenden Rhodium-Chlorido-Komplexen durch Fällung des Halogenids mit Silbertrifluormethansulfonat und anschließender Umsetzung mit Natriumazid hergestellt. In Lösung waren diese Verbindungen jedoch nur begrenzt stabil, wobei der Komplex mit bpyOCH3,OCH3 am wenigsten empfindlich war, während [Rh(Cp*)(N3)(bpyCOOCH3,COOCH3)]CF3SO3 aufgrund der sehr schnellen Zersetzung nicht isoliert werden konnte. Die „iClick“-Reaktion der Rhodium-Azid-Komplexe mit 4,4,4-Trifluorobut-2-insäureethylester ergab dann aber die stabilen Triazolat-Komplexe [Rh(Cp*)(triazolatCF3,COOEt)(bpyR,R)]CF3SO3 in sehr guter Ausbeute. Die Ruthenium-Azid-Komplexe [Ru(N3)(N-N)(p­cym)]PF6 mit N-N = bpy, bpyCOOCH3,COOCH3, bpyOCH3,OCH3, Bipyrimidin (bpym) sowie Dipyrido[3,2­a:2',3'­c]phenazin (dppz) wurden ausgehend von den jeweiligen Ruthenium-Chlorido-Komplexen durch Fällung des Halogenid-Liganden mit Silbertrifluormethansulfonat und anschließender Umsetzung mit Natriumazid in guter bis moderater Ausbeute hergestellt. Um den Einfluss des Aren-Liganden zu untersuchen wurde außerdem der entsprechende Hexamethylbenzol-Komplex [Ru(N3)(bpy)(hmb)]CF3SO3 in moderater Ausbeute hergestellt. Alle [Ru(N3)(aren)(N-N)]X-Komplexe mit X = PF6- oder CF3SO3- wurden mittels 1H, 13C NMR- und IR-Spektroskopie, CHN-Analyse sowie ESI-Massenspektrometrie charakterisiert. Die „iClick“-Reaktion dieser Komplexe erfolgte mit 4,4,4-Trifluorobut-2-insäureethylester und teilweise auch mit Dimethylacetylendicaboxylat (DMAD) in sehr guter bis guter Ausbeute. Außerdem konnten für die Röntgenstrukturanalyse taugliche Einkristalle von [Ru(triazolatCF3,COOEt)(bpy)(hmb)]CF3SO3 und [Ru(triazolatCF3,COOEt)(bpyCOOCH3,COOCH3)(p­cym)]PF6 erhalten werden, die die N2-Koordination des Triazolat-Liganden an das Zentralatom bestätigten. Um diese als metallbasierte Marker einsetzen zu können, müssen die resultierenden Triazolat-Komplexe bei biologisch relevanten pH-Werten und gegenüber Ligandenaustausch, zum Beispiel mit den Aminosäureseitenketten von Proteinen, stabil sein. Durch HPLC-Untersuchungen an [Ru(triazolatCF3,COOEt)(bpy)(hmb)]CF3SO3 wurde gezeigt, dass dieser Komplex in wässriger Lösung über einen pH-Bereich von 1 bis 8 bei Raumtemperatur mindestens 24 h stabil ist. Außerdem konnte eine weitgehende Stabilität gegenüber Ligandenaustausch mit den Seitenketten der Aminosäuren L­Cystein, L-Histidin, L­Methionin und L-Glutaminsäure bei 37 °C über mindestens 72 h festgestellt werden. Insbesondere die Geschwindigkeit der „iClick“-Reaktion ist in einem biologischen Kontext von Bedeutung, da die Konjugationsreaktionen schneller ablaufen müssen als interessierende biologische Prozesse. Mittels HPLC und IR-Spektroskopie wurde für die „iClick“-Reaktion der Rutheniumazid-Komplexe [Ru(N3)(bpyR,R)(p-cym)]PF6 mit R = OCH3, H oder COOCH3 sowie [Ru(N3)(bpy)(hmb)]CF3SO3 mit einem Überschuss an 4,4,4-Trifluorobut-2-insäureethylester Geschwindigkeitskonstanten pseudoerster Ordnung im Bereich von 1 ­ 3*10-3 s-1 bestimmt. Außerdem war es mittels IR-Spektroskopie in Lösung möglich die Geschwindigkeits-konstante pseudoerster Ordnung für die „iClick“-Reaktion der Rhodiumazid-Verbindungen [Rh(Cp*)(N3)(bpyR,R)]CF3SO3 mit R = OCH3, H oder COOCH3 und 4,4,4-Trifluorobut-2-insäureethylester zu 2 ­ 4*10-3 s-1 zu ermitteln. Insgesamt zeigte sich, dass Komplexe mit elektronenreichen Coliganden schneller mit 4,4,4-Trifluorobut-2-insäureethylester reagieren als solche mit elektronenärmeren Liganden. Auch war die Geschwindigkeitskonstante für die Reaktion der Rhodium-Komplexe höher als für die Rutheniumverbindungen. Die Geschwindigkeitskonstanten zweiter Ordnung wurden aus der 19F NMR-spektroskopischen Untersuchung der Reaktion von 4,4,4-Trifluorobut-2-insäureethylester und [Ru(N3)(bpyR,R) (p-cym)]PF6 mit R = OCH3, H oder COOCH3 sowie [Ru(N3)(bpy)(hmb)]CF3SO3 bei 20 °C bestimmt. Bei annähernd gleichem Verhältnis von Alkin und Rutheniumazid-Komplexen wurden Geschwindigkeitskonstanten im Bereich von 1 - 2*10-2 L mol-1 s-1 erhalten. Diese sind größer als die der Staudinger-Ligation, aber kleiner als die der spannungsinduzierten Azid-Alkin Cycloaddition. Prinzipiell sollte damit also eine biologische Anwendung möglich sein. Außerdem wurde die Aktivierungsenergie der Reaktion von [Ru(N3)(bpy)(p­cym)]PF6 mit 4,4,4-Trifluorobut-2-insäureethylester aus der Untersuchung der Temperaturabhängigkeit im Bereich von -20 °C bis +20 °C mit VT-NMR zu 46.1 kJ mol-1 bestimmt. In den 19F NMR-Spektren des Reaktionsgemisches zeigte sich bei -20 °C neben dem Signal des N2-koordinierten Triazolats außerdem ein weiteres, das dem N1-Isomer zuzuordnen ist, welches bei Erwärmen jedoch wieder verschwand. In einer DFT-Rechnung wurde die Geometrie von [Ru(N3)(bpy)(hmb)]CF3SO3 optimiert. Dabei zeigte sich, dass nur etwa 25 – 30% aller Trajektorien angreifender Alkinmolekülen einen Zugang zum Azid ermöglichen, sodass die Reaktionsgeschwindigkeit um etwa einen Faktor vier niedriger liegen sollte als für nicht oder nur wenig abgeschirmte Organoazid-Verbindungen. Die „iClick“-Reaktion der hier untersuchten Metall-Azid-Komplexe mit elektronenarmen Alkinen zeigt also bereits jetzt Reaktionsgeschwindigkeiten vergleichbar etablierter Biokonjugationsreaktionen. In Zukunft sollte daher das Potential anderer Metall-Azid-Bausteine untersucht und auch das Alkin variiert werden. / The regioselective functionalization of bio(macro)molecules requires reactions which do not interact or interfere with biological systems. Certain functional groups such as azides or alkynes are inert under physiological conditions, do not occur naturally, can selectively react with each other and are non-toxic to cells and organisms. To introduce metal-based functionalities in biological target structures, click reactions enable a fast access. In particular those which take place without catalyst and at room temperature are of special interest. Thus, the aim of the present thesis was to investigate the “iClick” reaction of ruthenium azide complexes [Ru(N3)(arene)(N-N)]+ with bidentate nitrogen ligands and also that of rhodium azide complexes [Rh(Cp*)(N3)(bpyR,R)]+ with different 4,4’-substituted 2,2‘-bipyridin coligands with R = OCH3, H or COOCH3 towards electron-deficient alkynes. X-ray studies on ruthenium triazolate complexes were to establish the coordination mode, since the triazolate productes derived from click chemistry can result in two different regioisomers. The [Rh(Cp*)(N3)(bpyR,R)]CF3SO3 complexes with 2,2-bipyridine (bpy), electron-withdrawing ligand 4,4‘-bis(methoxycarbonyl)-2,2′-bipyridine (bpyCOOCH3,COOCH3) and also electron-donating ligand 4,4’-dimethoxy-2,2‘-bipyridine (bpyOCH3,OCH3) were synthesised from the corresponding rhodium chloride complexes by abstraction of the halide using silver trifluoromethanesulfonate followed by introduction of the azide ligand with sodium azide. However, these complexes have only limited stability in solution. The compound with bipyOCH3,OCH3 is the most stable, while [Rh(Cp*)(N3)(bpyCOOCH3,COOCH3)]CF3SO3 could not be isolated due to the fast decomposion. Still, the “iClick” reaction of rhodium azide complexes with 4,4,4-trifluoro-2-butynoic acid ethyl ester allowed isolation of the triazolate complexes [Rh(Cp*)(triazolateCF3,COOEt)(bpyR,R)]CF3SO3 in very good yield. The corresponding ruthenium azide complexes [Ru(N3)(N-N)(p¬cym)]PF6 with N-N = bpy, bpyCOOCH3,COOCH3, bpyOCH3,OCH3, bipyrimidine (bpym) and dipyrido[3,2¬a:2',3'-c]phenazine (dppz) were also synthesised in a moderate to good yield from the corresponding ruthenium chloride complexes by halide abstraction using silver trifluoromethanesulfonate followed by introduction of azide ligand with sodium azide. To investigate the effect of the arene, the hexamethylbenzene complex [Ru(N3)(bipy)(hmb)]CF3SO3 was also synthesised in a moderate yield. All [Ru(N3)(arene)(N¬N)]X complexes with X = PF6- or CF3SO3- were characterised by 1H, 13C NMR and IR spectroscopy, CHN analysis and ESI mass spectrometry. The “iClick” reaction of these complexes with 4,4,4-trifluoro-2-butynoic acid ethyl ester and in some cases with dimethyl acetylenedicarboxylate (DMAD) proceeded in good to excellent yield. Furthermore, single crystals suitable for X-ray structure analysis were obtained for the triazolate complexes [Ru(triazolateCF3,COOEt)(bpy)(hmb)]CF3SO3 and [Ru(triazolateCF3,COOEt)(bpyCOOCH3,COOCH3)(p¬cym)]PF6 and confirmed the N2 coordination of the triazolate to the metal center. To use these triazolate complexes as metal-based markers, they have to be stable at biologically relevant pH and towards ligand exchange, for example with amino acid side chains in proteins. Thus, HPLC studies on [Ru(triazolateCF3,COOEt)(bpy)(hmb)]CF3SO3 demonstrated the stability in a pH range of 1 to 8 for at least 24 h at room temperature. In addition, the stability towards ligand exchange with functional groups of amino acid side chains in L-cysteine, L-histidine, L-methionine and L-glutamic acid was studied over 72 h at 37 °C and essentially no ligand exchange was observed. The rate constant of the “iClick” reaction is important for its use in bioconjugation since the labeling reactions have to be faster than the biological processes of interests. Pseudo-first order rate constants were determined in the range of 1 ¬ 3×10-3 s-1 for the “iClick” reaction of [Ru(N3)(bpyR,R) (p¬cym)]PF6 with R = OCH3, H or COOCH3 and also [Ru(N3)(bpy)(hmb)]CF3SO3 with an excess of 4,4,4-trifluoro-2-butynoic acid ethyl ester by HPLC and IR spectroscopy. Using solution IR spectroscopy, pseudo-first order rate constants for the “iClick” reaction of [Rh(Cp*)(N3)(bpyR,R)]CF3SO3, R = OCH3, H or COOCH3 and an excess of 4,4,4-trifluoro-2-butynoic acid ethyl ester were also determined to be 2 ¬ 4×10-3 s-1. These experiments show that complexes with electron-rich coligands react faster than those with electron-deficient ligands. Furthermore, rate constants were higher for the rhodium versus ruthenium azide complexes. Second order rate constants were determined by 19F NMR spectroscopy investigation of the reaction of 4,4,4-trifluoro-2-butynoic acid ethyl ester with [Ru(N3)(bpyR,R)(p-cym)]PF6 with R = OCH3, H or COOCH3 as well as [Ru(N3)(bpy)(hmb)]CF3SO3 at 20 °C. The alkyne was used at approximately the same molar amount as the ruthenium azide complexes and rate constants were obtained in the range of 1 - 2×10-2 L mol-1 s-1. These are higher than those reported for the Staudinger ligation but lower than those of the strain-promoted alkyne-azide cycloaddition. Thus, the method appears to be suitable for biolabeling applications. Furthermore, the activation energy of the reaction of [Ru(N3)(bpy)(p-cym)]PF6 with 4,4,4-trifluoro-2-butynoic acid ethyl ester was determined as 46.1 kJ mol-1 by variable-temperature NMR studies at -20 to +20 °C. 19F NMR spectra recordet at -20 °C showed one additional signal for the N1-coordinated triazolate in addition to the N2-coordinated one which however disappeared upon warming to room temperature. Using DFT methods, the geometry of [Ru(N3)(bpy)(hmb)]CF3SO3 was optimized und showed that only about 25 – 30% of all possible trajectories enable access to the azide group for attacking alkyne molecules. Therefore, the reaction is expected to be slower than that of less-shielded organoazide compounds by a factor of four. Thus, the “iClick” reaction of the metal azide complexes evaluated with electron-deficient alkynes shows rate constants comparable to established bioconjugation reactions. In future work, the potential of additional metal azide building blocks should be investigated, and the influence of other alkyne coupling partners studied.

In dieser Arbeit konnten 69 neue und neuartige Koordinationspolymere sowie Komplexe mit schwefelhaltigen Liganden auf Selten-Erd-Chlorid-Basis synthetisiert und strukturell charak-terisiert werden. Durch die Umsetzung der Chloride mit dem Liganden Thiazol konnten bei Raumtemperatur, abhängig vom Ionenradius und der eingesetzten Menge Thiazol, sowohl Koordinationspolymere wie 1∞[LnCl3(thz)6]·thz (Ln = La, Ce), dimere Komplexe [Ln2Cl6(thz)8]·3(thz) (Ln = La, Ce, Pr, Nd), [Pr2Cl6(thz)8] sowie monomere Komplexe [LnCl3(thz)4]2·thz (Ln = Sm , Eu , Tb, Ho) erhalten werden. Mittels temperaturabhängiger Pulverdiffraktometrie und in-situ Infra-rotspektroskopie sowie DTA/TG-Messungen konnte exemplarisch an 1∞[LaCl3(thz)6]·thz und [Pr2Cl6(thz)8] gezeigt werden, dass stufenweise thermisch bedingt Thiazolmoleküle aus den Strukturen abgegeben werden bis hin zur Rückbildung des eingesetzten LnCl3. Unter der Vo-raussetzung, dass die flüchtige Komponente Thiazol resorbiert wird, ist daher ein Kreispro-zess denkbar. Ferner konnten zusätzlich wasserhaltige Phasen wie der vierkernige Cluster [Pr4Cl10(OH)2(thz)8(H2O)2] erhalten werden. Durch die Zugabe eines geeigneten Linkermoleküls in das Reaktionssystem aus trivalenten Lanthanidchloriden und Thiazol konnten unter solvothermalen Bedingungen eine Vielzahl an Koordinationspolymeren und Komplexen erhalten werden. Als Linker oder als end-on Ligan-den eigneten sich sowohl eine Reihe an ditopischer Pyridylliganden 4,4'-Biypridin (bipy), 1,2-Di-(4-pyridyl)ethen (dpe), trans-1-(2-Pyridyl)-2-(4-pyridyl)ethylen (tppe), 1,2-Di-(4-pyridyl)ethan (dpa), sowie die Diazine Pyrazin (pyz) und Pyrimidin (pym) oder auch Azole wie 1,2,4-Triazol (tzH) und Pyrazol (pzH). Mittels Einkristallstrukturanalyse und pulverdiffrakto-metrischer Methoden konnten die dreidimensionalen Gerüstverbindungen 3∞[LnCl3(dpa)2]·thz (Ln = Ce - Sm, Gd - Lu), die Schichtstrukturen 2∞[Ln2Cl6(bipy)3(thz)2]·thz (Ln = La, Ce), 2∞[LnCl3(tzH)2(thz)]·thz (Ln = Pr, Sm - Gd) und die strangartigen Koordinationspolymere 1∞[LnCl3(bipy)(thz)2]·thz (Ln = Pr, Nd), 1∞[LnCl3(bipy)(thz)2]·thz (Ln = Sm, Eu - Er, Yb), 1∞[Ln2Cl6(dpe)2(thz)4]·dpe (Ln = Ce, Nd), 1∞[LnCl3(dpe)(thz)2]· 0.5 (dpe) 0.5 (thz) (Ln = Sm, Gd - Dy, Er, Yb), 1∞[HoCl3(dpe)(thz)2]·thz, 1∞[La2Cl6(dpa)(thz)6], 1∞[Pr2Cl6(pyz) (thz)6], 1∞[Ln2Cl6(tzH)4(thz)2] (Ln = Pr, Sm, Gd) sowie die Komplexe [LnCl3(tppe)2(thz)2] (Ln = Nd, Tb, Ho, Er), [Ln2Cl6(pyz)(thz)6]·2(thz) (Ln = Tb, Er), [Ln2Cl6(pym)2(thz)4] (Ln = Tb , Er), [LnCl3(pzH)3(thz)2] (Ln = Pr, Gd) charakterisiert werden.   Ferner konnten die erhaltenen Verbindungen weitestgehend auf ihre photolumineszenz-spektroskopischen sowie thermischen Eigenschaften hin untersucht werden. Außerdem konn-ten auch durch direkte Schwefelkoordination an die Ln3+-Zentren eindimensionale Koordina-tionspolymere 1∞[PrCl2(amt)(py)3] (amt- = 3-Amino-5-mercapto-1,2,4-triazolat), [HNEt3]1∞[LnCl2(amt)2] (Ln = Ho, Er) und Komplexe [LnCl2(Mbim)(py)3]·py (Ln = Y, Er; Mbim = 2-Mercaptobenzimdiazolat) generiert werden / This thesis deals with the structural characterization of 69 novel coordination polymers and complexes synthesized with sulfur containing heterocyclic ligands and trivalent rare earth chlorides. Depending on the ionic radii of the used lanthanide chloride and the amount of the ligand thiazole coordination polymers as 1∞[LnCl3(thz)6]·thz (Ln = La, Ce), dimeric compounds [Ln2Cl6(thz)8]·3(thz) (Ln = La, Ce, Pr, Nd), [Pr2Cl6(thz)8] and monomeric complexes [LnCl3(thz)4]2·thz (Ln = Sm, Eu , Tb, Ho) were derived at room temperature. Using tempera-ture-dependent powder diffraction methods, in-situ IR-spectroscopy and DTA/TG measure-ments it was demonstrated that there is a stepwise, thermal induced release of thiazole molecules out of the structures to back-formation of crystalline lanthanide chloride in the cases of the coordination polymer 1∞[LaCl3(thz)6]·thz and the dimer [Pr2Cl6(thz)8]. This could be a cyclic process requiring the elusive ligand thiazole to be reabsorbed. Furthermore, hy-drous phases were also obtained like the tetranuclear cluster [Pr4Cl10(OH)2(thz)8(H2O)2]. It was possible to generate a series of various coordination polymers and complexes under solvothermal conditions adding suitable linker molecules into the reaction system of lantha-nide chloride and thiazole. Suitable linkers or end-on ligands are a range of ditopic pyridyl ligands like 4,4'-biypridine (bipy), 1,2-di-(4-pyridyl)ethene (dpe), trans-1-(2-pyridyl)-2-(4-pyridyl)ethylene (tppe), 1,2-di-(4-pyridyl)ethane (dpa), diazine as pyrazine (pyz) and pyrimi-dine (pym) as well as azole like 1,2,4-triazole (tzH) and pyrazole (pzH). By single-X-ray struc-ture determination and powder diffraction it was possible to characterize three dimensional networks 3∞[LnCl3(dpa)2]·thz (Ln = Ce - Sm, Gd - Lu), layer structures 2∞[Ln2Cl6(bipy)3(thz)2]·thz (Ln = La, Ce), 2∞[LnCl3(tzH)2(thz)]·thz (Ln = Pr, Sm - Gd) and strand like coordination polymers 1∞[LnCl3(bipy)(thz)2]·thz (Ln = Pr, Nd), 1∞[LnCl3(bipy)(thz)2]·thz (Ln = Sm, Eu - Er, Yb), 1∞[Ln2Cl6(dpe)2(thz)4]·dpe (Ln = Ce, Nd), 1∞[LnCl3(dpe)(thz)2]·0.5 (dpe) 0.5 (thz) (Ln = Sm, Gd - Dy, Er, Yb), 1∞[HoCl3(dpe)(thz)2]·thz, 1∞[La2Cl6(dpa)(thz)6], 1∞[Pr2Cl6(pyz) (thz)6], 1∞[Ln2Cl6(tzH)4(thz)2] (Ln = Pr, Sm, Gd) as well as the complexes [LnCl3(tppe)2(thz)2] (Ln = Nd, Tb, Ho, Er), [Ln2Cl6(pyz)(thz)6]·2(thz) (Ln = Tb, Er), [Ln2Cl6(pym)2(thz)4] (Ln = Tb , Er), [LnCl3(pyr)3(thz)2] (Ln = Pr, Gd). Furthermore, nearly all of the generated structures were investigated with regards to their photoluminescent and thermal properties.   Moreover, one dimensional coordination polymers 1∞[PrCl2(amt)(py)3] (amt- = 3-amino-5-mercapto-1,2,4-triazolate), [HNEt3]1∞[LnCl2(amt)2] (Ln = Ho, Er) and complexes [LnCl2(Mbim)(py)3]·py (Ln = Y, Er; Mbim = 2-mercaptobenzimdiazolate) were obtained by direct coordination of sulfur at Ln3+-centers.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und den Eigenschaften verschiedener NHC-stabilisierter Kobaltkomplexe. Der Fokus liegt dabei einerseits auf der Entwicklung geeigneter Organokobaltverbindungen, welche sich in CVD bzw. ALD-Prozessen zur Abscheidung von elementarem Kobalt eignen. Hierfür wurden verschiedene NHC-stabilisierte sowie gemischt substituierte Kobalt(carbonyl)(nitrosyl)komplexe dargestellt und die thermischen Eigenschaften dieser Verbindungen untersucht. Andererseits wurden Studien zur Synthese und Reaktivität NHC-stabilisierter Halbsandwichverbindungen des Kobalts durchgeführt. Dabei wurde unter anderem überprüft, inwiefern sich der sterische Einfluss des NHC-Liganden auf die Fähigkeiten auswirkt, Element-Element-Bindungen in Silanen und Diboranen zu aktivieren. Ferner wurden weitere Untersuchungen zur Reaktivität derartiger Komplexe, insbesondere gegenüber Alkinen, vorgenommen. Ein weiterer Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Darstellung und Reaktivität NHC-Phosphiniden-stabilisierter Kobaltverbindungen. / The present work concerns the synthesis and reactivity of various NHC-stabilized cobalt complexes. The first part focuses on the development of cobalt compounds suitable for depositing elemental cobalt in chemical vapor deposition processes (CVD and ALD). Therefore, a variety of NHC-stabilized cobalt carbonyl nitrosyl complexes, as well as asymmetrically substituted cobalt complexes, were synthesized and the thermal properties were investigated. Secondly, the thesis addresses the synthesis and reactivity of NHC-stabilized cobalt half sandwich complexes with a focus on the investigation of the influence of sterically demanding carbene ligands in the stoichiometric activation of element-element bonds, as well as further reactivity studies of this class of compounds. Furthermore, studies have been performed on the synthesis and reactivity of NHC-phosphinidene substituted cobalt complexes.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Addukte zwischen dem elektronenreichen, späten Übergangsmetallkomplex Bisphosphanplatin(0) und Lewis-Säuren aus der Gruppe 14 und 15 dargestellt, sowie deren Reaktivität untersucht. Hier sind insbesondere die Darstellung und Untersuchung kationischer Komplexe zu erwähnen. Es konnten erfolgreich Addukte zwischen homoleptischen Platin(0) und heteroleptischen Platin(0)komplexen mit divalenten Gruppe 14 Chloriden (GeCl2, SnCl2 und PbCl2) dargestellt werden (Schema 50). Die Charakterisierung der Verbindungen [(IMes)(Cy3P)Pt–ECl2] (46–48) und [(Cy3P)2Pt–EX2] (50–53) erfolgte über multinukleare NMR-Spektroskopie und Röntgendiffraktometrie. Für die Stannylen- und Plumbylenaddukte konnten ebenfalls Diplatinaddukte [{(Cy3P)2Pt}2(μ2-EX2)] (54–57) dargestellt werden. Untersuchungen der Monoplatinkomplexe mittels Röntgendiffraktometrie ergaben einen erheblichen Grad der Pyramidalisierung um die Gruppe 14 Zentren. Das Germylenaddukt ist dabei der am höchsten pyramidalisierte Pt=EX2 Komplex, der bisher strukturell untersucht wurde.Die Koordination der Pt(0)einheiten in den Diplatinkomplexen wurde mittels 31P{1H}-NMR-Spektroskopie und UV-Vis-Spektroskopie bei variablen Temperaturen sowie DFT Rechnungen untersucht. Während im Diplatin-Stannylenkomplex 55 beide Pt–Sn-Bindungen stabil sind, verliert der Diplatin-Plumbylenkomplex 57 reversibel ein Pt(0)-Fragment bei hohen Temperaturen (RT). Die quantenchemischen DFT-Analysen des Plumbylens 53 ergaben, dass die berechnete σ-Hinbindung in der Richtung Pt→Pb deutlich stärker ausgeprägt ist und die σ-Rückbindung in der Richtung Pt←Pb kaum Bindungsanteile ausmacht. Somit entspricht der Bindungscharakter in Verbindung 53, wenn überhaupt, nur partiell dem einer Doppelbindung. Die vorherrschende Wechselwirkung ist die Pt→Pb σ-Donation. Transferexperimente bewiesen die erhöhte Lewis-Basizität im heteroleptischen Platin(0)fragment, außerdem konnte erfolgreich in einem Addukt der Ligand (PCy3 vs. IMes) ausgetauscht werden, was die Stabilität der Pt–E-Bindung beweist (Schema 50).Der synthetische Zugang zu niedrig koordinierten Sn- und Pb- Mono- und Dikationen wird allgemein durch die schlechte Löslichkeit und die hohe elektrophile Natur dieser Teilchen eingeschränkt. Durch die Reaktion der Germylen, Stannylen und Plumbylen Monoplatinaddukte (50–53) mit Aluminiumtrihalogeniden gelang es jedoch, solche niedrig koordinierten Monokationen [(Cy3P)2Pt–EX]2[AlX4]2 (64a = Sn, Br; 70a = Pb, Cl) in der Koordinationssphäre von Platin(0) darzustellen. Durch Abstraktion eines weiteren Halogenides mittels AlX3 konnten sogar bisher unbekannte niedervalente Komplexe [(Cy3P)2Pt–E][AlX4]2 (68 = Sn, Br; 75 = Pb, Cl) mit einem dikationischen Zinn- beziehungsweise Bleizentrum in der Koordinationssphäre eines Übergangsmetalles isoliert werden (Schema 51).Da durch die Stellung im Periodensystem kein vakantes p-Orbital vorhanden ist, reagieren Elementverbindungen der Gruppe 15 normalerweise nicht als Lewis-Säuren. Eine Reaktivitätsuntersuchung von hypervalenten Lewis-Säuren aus der späten Hauptgruppe mit elektronenreichen späten Übergangsmetallverbindungen stand daher noch aus. Es gelang eine Lewis-Säuren-unterstützte Transformation von Platin(0) und Phosphor(V)fluorid in eine Pt(II)/P(III)-Verbindung der Form trans-[(Cy3P)2Pt(F)(PF3)][PF6] (91) (Schema 52). Die Bildung einer stabilen Pt–PF3 Enheit mit starken σ-/π-Bindungen liefert die Triebkraft der Reaktion. Die Reaktivitätstudien von Antimon(III)halogeniden mit Platin(0)-Komplex ergaben sowohl die Bildung eines zweifach Pt(0)-basenstabiliserten Stiboniumkations, als auch das Produkt der oxidativen Addition. Beide Reaktionen wurden per multinuklearer NMR-Spektroskopie und Röntgendiffraktometrie bestätigt. Die Bildung des Diplatin-Stibeniumkations [{(Cy3P)2Pt}2(μ-SbF2)]+ (94) ist das erste Beispiel für ein MOLP mit einer antimonzentrierten Lewis-Acidität, wohingegen die Bildung des oxidativen Dihalostibanylkomplexes trans-[PtCl(SbCl2)(PCy3)2] (97) das erste Beispiel einer oxidativen Addition einer Sb–X-Bindung an ein Übergangsmetallzentrum ist (Schema 52). / The results of this work can be summarized as follows. Adducts between the electron-rich Lewis-base [(Cy3P)2Pt] (10) and Lewis-acids from groups 14 and 15 were synthesized and their reactivity investigated, especially the formation of cationic species. The adducts were successfully obtained by the reaction of homoleptic and heteroleptic platinum(0)compounds and divalent group 14 chlorides (GeCl2, SnCl2 and PbCl2). The characterization of the compounds (IMes)(Cy3P)Pt–ECl2] (46–48) and [(Cy3P)2Pt–EX2] (50–53) was possible by multinuclear NMR spectroscopy and X-ray crystal diffraction analysis. For the stannylene and plumbylene adducts the bisplatinum analogues [{(Cy3P)2Pt}2(μ2-EX2)] (54–57) could also be isolated (Scheme 1). The Monoplatinum compounds exhibit a large degree of pyramidalization at the Group 14 centers. Compound 3a was found to be the most highly pyramidalized M=ER2 complex ever structurally characterized. The addition of a second platinum moiety was studied by 31P{1H} NMR spectroscopy and UV-Vis spectroscopy at variable temperatures as well as DFT calculations. The Pt-Sn bond of the bisplatinum stannylene complex 55 is robust. Nevertheless, the bisplatinum plumblyene compound complex 57 loses reversibly one Pt fragment at high temperature (RT). DFT calculations of the plumbylene compound 53 showed, that the calculated Pt→Pb σ-bond is much stronger than the calculated Pt←Pb σ-back-bond. Thus the character of the Pt–Pb bonding in the compound 53 corresponds if at all, only partially with that of a double bond. The predominant binding interaction is the Pt→Pb σ-donation. Transfer experiments revealed the higher Lewis-basicity of the heteroleptic platinum(0) vs that of the homoleptic platinum(0) fragments. The stability of the Pt–E bond was confirmed by the ligand exchange PCy3 vs IMes on the adduct compounds. Synthetic access to low-coordinate Pb mono- and dications is in general impeded due to their poor solubility and highly electrophilic nature. However, the electrophilicity of these cations can be tamed by attaching them to electron-rich transition metals. Monostannylene and -plumbylene complexes were treated with AlX3 to afford the cationic platinum complexes [(Cy3P)2Pt–EX]2[AlX4]2 (64a = Sn, Br; 70a = Pb, Cl). The abstraction of another halide with AlX3 led to the isolation of the unprecedented low-valent compounds [(Cy3P)2Pt–E][AlX4]2 (68 = Sn, Br; 75 = Pb, Cl) containing a dicationic tin or lead centre.Since no vacant p-orbital is available, through the position in the periodic table, group 15 compounds react normally not as Lewis-acids. Hence, the reactivity of hypervalent Lewis-acids from the late main group with electron-rich late transition metal complexes are still under investigation. The Lewis-acid supported transformation of bisphosphineplatinum(0) and phosphorus(V)fluoride into the mixed Pt(II)/P(III) compound trans-[(Cy3P)2Pt(F)(PF3)][PF6] (91) was successfully carried out (Scheme 3). The formation of a stable Pt–PF3 unit with strong σ-/π-bonds provides the driving force for the reaction.Extended studies towards the antimony trihalides with platinum(0), revealed the first example of unambiguous, unsupported MOLP chemistry of antimony-centered ligands, as well as the first evidence of an oxidative addition. Both reactions were studied by multinuclear NMR spectroscopy as well as X-ray diffraction analysis. The formation of the cationic stibenium complex [{(Cy3P)2Pt}2(μ-SbF2)]+ (94), is the first example for an unsupported metal-only Lewis pair containing an antimony-centered Lewis acid. In contrast, the dihalostibanyl complex trans-[PtCl(SbCl2)(PCy3)2] (97), is the first example of an oxidative addition of an antimony-halide bond to a transition metal (Scheme 3).

Die Reaktivität acyclischer Carbene, N-heterocyclischer Silylene und Germylene gegenüber verschiedenen Boranen sowie die weitere Reaktivtät der erhaltenen Verbindungen wird untersucht. Im zweiten Teil wird die Darstellung und Reaktiviert einiger Thorium- und Lanthanoidhydridoboratkomplexe genauer beleuchtet. / The reactivity of acyclic carbenes, N-heterocyclic silylenes and germylenes with different boranes and the reactivity of obtained substances is studied in detail. The second part deals with the synthesis and reactivity of thorium and lanthanide hydridoborate complexes.

Die Synthese unterschiedlicher terminaler Gruppe 6 Borylenkomplexe wurde durchgeführt. Dabei wurden neben NMR- und IR-spektroskopischen Untersuchungen, die Identitäten der Verbindungen mittels Röntgenkristallographie festgestellt. Ferner wurden Studien zur Reaktivität des nucleophilen Borzentrums in diesen Verbindungen durchgeführt und die erhaltenen Reaktionsprodukte ebenfalls durch die oben genannten Spektroskopiemethoden charakterisiert. Dabei lag das Augenmerkt besonders auf der Darstellung von monovalenten Borverbindungen, sowie Verbindungen mit Bor-Element-Mehrfachbindungen. / Synthesis and reactivity of group 6 arylborylene complexes. Characterization via NMR, IR spectroscopy and X-Ray analysis.

Im Rahmen dieser Arbeit konnten im Ersten Teil durch Anwendung verschiedener Synthesestrategien neuartige ansa-Halbsandwichkomplexe der sechsten, achten und zehnten Gruppe der Übergangsmetalle synthetisiert und umfassend charakterisiert werden. Die dargestellten Verbindungen wurden in Reaktivitätsstudien auf ihr Verhalten gegenüber Chalkogenen, sowie gegenüber niedervalenten späten Übergangsmetallkomplexen untersucht. Weiterhin wurden die erhalten Komplexe auf ihrer Eignung als mögliche Vorstufen für metallhaltige Polymere hin untersucht. Dabei wurden verschiedene Polymerisationsmethoden wie thermische, katalytische oder anionische induzierte Ringöffnungsreaktion eingesetzt und die erhaltenen Polymere mit Hilfe der Gelpermeations-Chromatographie auf ihr Molekulargewicht bzw. auf ihre Polydisperisität hin untersucht. Im zweiten Teil dieser Arbeit konnten verschiedene neuartige Basenaddukte von Tetrabromdiboran(4) dargestellt und charakterisiert werden. Durch schrittweise Reduktion gelang die Synthese basenstabilisierter neutraler Diborene auf einer bisher unbekannten Syntheseroute. Durch die erschöpfende Reduktion von [B2Br4(IDip)2] konnte erstmals ein basenstabilisiertes Diborin außerhalb einer inerten Edelgasmatrix isoliert und charakterisiert werden. Zum Verständnis der Bindungssituation sowie der Konstitution in Lösung und Festkörper wurden umfangreiche physikochemische und theoretische Studien angefertigt. Die erhaltenen Daten belegen die Synthese von [B2(IDip)2] mit einer Bindungsordnung von drei entlang der zentralen B2-Einheit. Es wurden umfangreiche Reaktivitätsstudien gegenüber verschiedenen Substraten durchgeführt. Die Umsetzung von [B2(IDip)2] mit CO lieferte ein basenstabilisiertes Bis-boralacton, bei dessen Bildung eine gänzlich unbekannte CO-Verknüpfungsreaktion auftritt, welche für Hauptgruppenelementverbindungen bisher nicht beobachtet werden konnte. Im Zuge mechanistischer Studien gelang der Nachweis eines Reaktionsintermediates. Weiterhin zeigt das Diborin [B2(IDip)2] (140) eine interessante Koordinationschemie gegenüber Kupfer(I)-Verbindungen. Dabei gelang die Darstellung von tri- und dinuklearen Kupfer(I)-Komplexen von [B2(IDip)2]. Diese wurden durch multinukleare NMR-Spektroskopie sowie mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse umfassend charakterisiert. / Within the scope of this work, novel base adducts of phospanes and NHC ligands with tetrabromodiborane(4) were synthesized and fully characterized. Subsequent two electron-reduction of the latter yields novel base stabilized diborenes. Full reduction of [B2Br4(IDip)2] with four equivalents of sodium naphthalenide, yielded the diboryne [B2(IDip)2] which is the first example of a triply-bound B2 unit stable at ambient temperature. Crystallographic and spectroscopic characterizations confirmed that the latter is a halide-free linear system containing a boron-boron triple bond. In the course of reactivity studies of the diboryne towards various substrates a novel coupling reaction between [B2(IDip)2] and 4 CO-molecules was be observed, leading to a base-stabilized bis(bora)lactone which was isolated and fully characterized. Furthermore, an intermediat of the reaction pathway incorporating a single CO-molecule was isolated and characterized by X-ray diffraction and multinuclear NMR. Reactions with coinage-metal precusors lead to di and trinuclear coordination compounds. The geometry of both complexes were investigated by X-ray diffraction and multinuclear NMR. The bonding situation was studied by DFT-calculations. ...