The fields of N-heterocyclic carbenes and homogeneous gold catalysis have experienced tremendous growth within the last two decades. In addition, the combination of these fields to give NHC-gold complexes has delivered superior stability and reactivity, allowing the isolation of new reactive species and a better understanding of the fundamental chemistry. The work presented in this thesis attempts to synthesise novel NHC-gold complexes and document their reactivities. The main themes discussed in this work are: (a) the understanding and avoidance of silver additives in gold-mediated transformations; and (b) the study of different NHCs to provide optimal sterics and electronics for a given application. In Chapter 2, the reported “Gold(I)-Mediated C-H Activation of Arenes” is investigated. The role of each additive is assessed, and in particular the reliance on silver salts is considered. An NHC ligand was used to stabilise reactive intermediates, which provided new insights into the function of the silver additive. Gold(I) hydroxides are repeatedly shown to be invaluable synthetic equivalents, as well as key intermediates in silver-free protocols. Chapter 3 details numerous attempts to synthesise [Au(OH)(NHC)] complexes that are stable, pure and in high yields. Chapter 4 documents the synthesis of gold species featuring the ITent family of NHC ligands. Their highly flexible steric bulk is investigated by crystallographic studies, and is believed to contribute to their relatively high stabilities. Chapter 5 describes the use of the newly synthesised [Au(OH)(NHC)] complexes to generate mono- and bifluoride species. The reaction conditions were then optimised in order to maximise yields and regioselectivities. Finally, Chapter 6 examines the use of NHC selenium adducts to measure the π-accepting ability of these ligands. These are then coordinated to gold, whereupon different geometries are observed depending on the nature of the NHC.

Une étude cinétique de l’hydrofluoration du dioxyde d’uranium a été menée entre 375 et 475°C sous des pressions partielles d’HF comprises entre 42 et 720 mbar. La réaction a été suivie par thermogravimétrie isotherme et isobare. Les données cinétiques obtenues, couplées à une caractérisation de la poudre avant, pendant et après réaction par MEB, EDS, DRX et BET, ont montré que les grains de poudre d’UO2 se transforment selon un modèle de germination instantané, croissance anisotropre et développement interne. L’étape limitant la vitesse de croissance est la diffusion d’HF dans la couche d’UF4. Un mécanisme de croissance de la couche d’UF4 a été proposé. Dans le domaine de température et de pression étudié, la réaction est d’ordre 1 par rapport à HF et suit une loi d’Arrhénius. Une équation de vitesse a été déterminée et a servi à effectuer des simulations cinétiques qui ont toutes montré une très bonne corrélation avec l’expérience.Le couplage de cette équation de vitesse avec les phénomènes de transport de chaleur et de matière a permis d’effectuer des simulations à l’échelle d’un agglomérat de poudre. Elles ont montré que certaines structures d’agglomérats influencent la vitesse de diffusion des gaz dans le milieu poreux et par conséquent influencent la vitesse de réaction. Enfin des simulations de vitesse de transformation de tas de poudre et de pastilles ont été réalisées et comparées aux vitesses expérimentales. Les courbes cinétiques expérimentales et simulées ont même allure, mais des améliorations dans les simulations sont nécessaires pour pouvoir prédire avec précision des vitesses : le couplage entre les trois échelles (grain, agglomérat, four) en est un exemple. / A kinetic study of hydrofluorination of uranium dioxide was performed between 375 and 475°C under partial pressures of HF between 42 and 720 mbar. The reaction was followed by thermogravimetry in isothermal and isobaric conditions. The kinetic data obtained coupled with a characterization of the powder before, during and after reaction by SEM, EDS, BET and XRD showed that the powder grains of UO2 are transformed according a model of instantaneous germination, anisotropic growth and internal development. The rate limiting step of the growth process is the diffusion of HF in the UF4 layer. A mechanism of growth of the UF4 layer has been proposed. In the temperature and pressure range studied, the reaction is of first order with respect to HF and follows an Arrhenius law. A rate equation was determined and used to perform kinetic simulations which have shown a very good correlation with experience. Coupling of this rate equation with heat and mass transport phenomena allowed to perform simulations at the scale of a powder’s agglomerate. They have shown that some structures of agglomerates influence the rate of diffusion of the gases in the porous medium and thereby influence the reaction rate. Finally kinetic simulations on powder’s beds and pellets were carried out and compared with experimental rates. The experimental and simulated kinetic curves have the same paces, but improvements in the simulations are needed to accurately predict rates: the coupling between the three scales (grain, agglomerate, oven) would be a good example.

Die vorliegende Arbeit beinhaltet Studien zur Darstellung, Charakterisierung und Reaktivität von Platin-Fluorido-Komplexen, die 2-(3-Methyl)indolyl-substituierte Phosphan-Liganden besitzen, welche über die Indolyl-Einheiten Wasserstoffbrückenbindungen zu Fluorido-Liganden oder Poly(hydrogenfluorid)¬fluorid-Anionen in der äußeren Ligandensphäre ausbilden. Die Darstellung der Platin-Fluorido-Komplexe gelang dabei über zwei verschiedene Syntheserouten. Die Reaktion von Chlorido-Vorläuferkomplexen mit Tetramethylammoniumfluorid führte zur Deprotonierung der Indolyl-NH-Protonen und einer damit verbundenen Cyclometallierung der Phosphan-Liganden am Platinzentralmetall. Bei Zugabe von Fluorwasserstoff-Quellen erfolgte die Bildung eines Platin-Fluorido-Komplexes, mit dem die Aktivierung von CO zu einem Carbamoyl-Komplex sowie von einem Inamid zu einem ungewöhnlichen Oxazol-Derivat gelang. Eine weitere Möglichkeit zur Darstellung von Platin-Fluorido-Komplexen eröffnete sich durch die Reaktion von Platin-Methyl-Verbindungen mit HF-Quellen. Hierbei bildeten sich Fluorido-Komplexe, bei denen die beiden trans-ständigen Indolylphosphan-Liganden intramolekulare Wasserstoffbrücken zum platingebundenen Fluoratom aufbauen. Die Identität der Fluorido-Komplexe wurde mittels 1H-, 19F , 31P{1H}- sowie 1H,15N-HMBC-NMR-Spektroskopie, IR-Spektroskopie sowie teilweise durch Röntgenstrukturanalysen untersucht. Durch gezielte Veränderungen des zum Fluorido-Liganden trans-ständigen Aryl-Liganden konnten zudem die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen näher ermittelt werden. Die Existenz der Wasserstoffbrücken in der äußeren Koordinationssphäre zum Fluorido-Liganden ermöglichte bisher beispiellose Reaktivitäten. So wurde in Modellreaktionen die elektrophile Aktivierung von Alkinen bei gleichzeitiger Bereitstellung des dissoziierten Fluorido-Liganden in der äußeren Koordinationssphäre beobachtet. Hierauf basierend wurden selektive, katalytische Umsetzungen von Alkinen zu (Z)-Fluoralkenen entwickelt. / Studies on the formation, characterisation and reactivity of platinum fluorido complexes bearing 2-(3-methyl)indolyl substituted phosphine ligands, which allow for the generation of hydrogen bonding to the fluorido ligand as well as polyfluorides in the outer coordination-sphere are presented. The formation of the platinum fluorido complexes was achieved by two different synthetic routes. Using tetramethylammonium fluoride (TMAF) for an Cl/F exchange at chlorido precursor complexes led to the formation of cyclometallated platinum complexes due to deprotonation of the indolyl NH group of the phosphine ligands. Treatment of the cyclometallated complex with HF-sources led to the formation of a platinum fluorido compound, which was applied in the electrophilic activation of carbon monoxide as well as an ynamide generating a carbamoyl complex and an exceptional metal bound oxazole derivative, respectively. Additionally, platinum fluorido complexes were accessible through protonation of methyl ligands of suitable precursor complexes. Using this route, fluorido complexes bearing trans coordinated indolylphosphine ligands are formed, which allow for the generation of two hydrogen bonds to the fluorido ligand. The structure of the fluorido complexes were analysed by 1H-, 19F-, 31P{1H}- and 1H,15N-HMBC NMR data, IR-spectroscopy and in part by single crystal X-ray diffraction. Variation of the aryl ligands in a mutually trans position to the platinum bound fluorine atom gave an insight on the structure-property relationships of the fluorido complexes. The existence of outer-sphere hydrogen bonding to the fluorido ligands allowed for unprecedented reactivities. Thus, model reactions revealed complexes bearing a pendant fluoride in the coordination sphere while at the same time an alkyne is activated at the platinum centre. Based on this, catalytic hydrofluorination reactions of unactivated alkynes to provide selectively (Z)-fluoroalkenes were developed.

In dieser Arbeit wird eine allgemeine Syntheseroute zu Au(I)‐Fluoridokomplexen sowie deren Reaktivität beschrieben. Die Verbindungen [Au(I)(L)] (L = Phosphanliganden, N‐Heterozyklische Carbene (NHC)) reagieren mit AgF zu den korrespondierenden Komplexen [Au(F)(L)]. Die hohe Reaktivität des Fluoridoliganden ermöglicht die Bildung neuer organometallischer Goldkomplexe. Mit terminalen Alkinen entstehen Alkinyl‐Komplexe, während mit Silylreagenzien die Verbindungen [Au(X)(SPhos)] (X = CF3, C2F5, C6F5, SPh) erhalten werden können. Weiterhin wird die Rolle der Au(I)‐Fluoridokomplexe in der Hydrofluorierung von Alkinen untersucht. Bei der Reaktion von [Au(F)(SPhos)] mit internen Alkinen werden Fluorvinyl‐ Verbindungen erhalten. Modellreaktionen, die die Elementarschritte der Reaktion simulieren sollen, deuten auf einen Outer‐Sphere‐Angriff des Fluorids an dem am Gold aktivierten Alkin hin. Außerdem wird eine Interaktion mit überschüssiger HF und dem Au(I)‐Fluoridoliganden vorgeschlagen. Um diese Interaktion weiter zu untersuchen, werden die Komplexe [Au(F)(L)] (L = SPhos, NHC) mit HF zur Reaktion gebracht, wobei die Komplexe [Au(FHF)(L)] entstehen, welche am besten als unsymmetrische Hydrogendifluoridverbindungen mit intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen beschrieben werden, was durch quantenchemische Rechnungen bestätigt wird. Zusätzlich werden Untersuchungen zu Halogenbrückenbindungen mit Pentafluoriodbenzol durchgeführt und die Stärke dieser Wechselwirkung quantitativ bestimmt. Die hohe Reaktivität des Fluoridoliganden kann in der Umsetzung von [Au(F)(SPhos)] mit NFSI genutzt werden. Der erhaltene Fluoramidokomplex insertiert CO in die N-F‐Bindung unter Entstehung eines Acetylfluorids. Im Gegensatz dazu führt die Reaktion mit CNtBu zur Koordination dessen. Weiterhin wird eine Möglichkeit zur Übertragung der N(F)SO2Ph‐Gruppe auf organische Moleküle aufgezeigt. / In this study, a general synthetic route to Au(I) fluorido complexes as well as their subsequent reactivities are presented. Reactions of [Au(I)(L)] (L = phosphines, N‐ heterocyclic carbenes (NHCs)) with AgF yield the respective fluorido compounds [Au(F)(L)]. Derivatisation of the gold complexes is possible with terminal alkynes, resulting in alkynyl compounds, as well as with silyl reagents, yielding the compounds [Au(X)(SPhos)] (X = CF3, C2F5, C6F5, SPh). The role of such Au(I) fluorido complexes in hydrofluorination reactions of alkynes is further studied. Fluorovinyl compounds are generated by reaction with internal alkynes. Model reactions simulating elemental steps of the reaction are conducted and a mechanism based on the findings is proposed. The nucleophilic attack of the fluorine at the gold‐coordinated alkyne presumably proceeds via an outer‐sphere pathway rather than an insertion reaction, forming the observed fluorovinyl compounds. Further interaction of the metal‐bound fluorine with excessive HF is also proposed. To follow up on this hydrogen bonding interaction with HF, complexes [Au(F)(L)] (L = SPhos, NHC) are treated with an HF source, revealing the formation of unsymmetrical bifluorido complexes in the form of [Au(FHF)(L)]. Similar to hydrogen bonding, the metal‐bound fluorine also takes part in halogen bonding with pentafluoroiodobenzene and the strength of this interaction is determined. The experimental findings are in good agreement with the theoretical calculations. To further exploit the high reactivity of the Au(I) fluorido complexes, [Au(F)(SPhos)] is treated with NFSI. The so obtained fluoroamido compound [Au{N(F)SO2Ph}(SPhos)] does not react as an electrophilic fluorinating reagent, but shows insertion of CO into the N-F bond. In contrast, reaction of this complex with CNtBu results in coordination of the isocyanide to the metal centre. Transfer of the N(F)SO2Ph moiety onto organic substrates is also shown.