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2,2’-Bipyridylboroniumkationen IIA stellen analog dem organischen Elektronenakzeptor Diquat vollständig reversible Zwei-Elektronen-Redoxsysteme dar. Da sie sich darüber hinaus leicht in luft- und wasserstabile Derivate überführen lassen, sind sie potentiell interessante Bausteine für die Entwicklung neuartiger Elektronenspeichermedien. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit galt es, Wege zu Makromolekülen aus 2,2’-Bipyridylboroniumeinheiten zu finden. Dabei sollte die spontane Adduktbildung zwischen bor- und stickstoffhaltigen Bausteinen als zentraler Reaktionsschritt ausgenutzt werden. Um möglichst monodisperse Produkte zu erhalten, befasste sich die Arbeit im Schwerpunkt mit der Synthese von Dendrimeren, für die eine Reihe divergenter Synthesestrategien erarbeitet und auf ihre Praktikabilität hin untersucht wurden. Ein Teilprojekt widmete sich dem Aufbau linearer Polymere durch Kopolymerisation von bor- und stickstoffhaltigen Monomeren. In allen Fällen bildeten borylierte Benzolderivate wesentliche Bausteine, da sie nicht nur als Kernfragmente für Dendrimere sondern auch als Monomere in Polymerisationsreaktionen eingesetzt werden sollten. Über eine Silicium-Bor-Austauschreaktion konnten ausgehend von (Trimethylsilyl)substituierten Arylen und BBr3, die dargestellten Dibromoborylaryle 1 – 4 in guten Ausbeuten synthetisiert und anschließend über etablierte Verfahren in die Derivate 1a – 4a sowie 1b und 2b überführt werden. Erstmals gelang es dabei, die Festkörperstrukturen von 1 – 4 zu bestimmen. Der nächste Teilschritt bestand darin, das Potential borylierter Aryle als Kernfragmente für 2,2’-Bipyridylboronium-Dendrimere zu untersuchen. Zu diesem Zweck wurden 1a – 4a mit käuflichem 4,4’-Dimethyl-2,2’-bipyridyl umgesetzt, um Modellsysteme für Dendrimere der nullten Generation (G0-Dendrimere) zu schaffen. Dabei zeigte sich, dass bis zu drei 2,2’-Bipyridylboroniumeinheiten problemlos um einen Benzolring herum gruppiert werden können. Um schließlich Dendrimere aufzubauen, wurden verschiedene divergente Synthesestrategien angewendet. Umsetzung der borylierten Aromaten mit speziellen 4,4’-disubstituierten 2,2’-Bipyridylderivaten, die in ihrer Peripherie borylierbar sind, führt entsprechend dem oberen Reaktionschritt zu den jeweiligen G0-Dendrimeren. Diese gilt es im folgenden zweiten Reaktionsschritt an den Bipyridylseitenketten zu borylieren. Anschließende Umsetzung der so erhaltenen borylierten Spezies mit weiterem 2,2’-Bipyridyl führt dann zur Bildung von Bipyridylboronium-Dendrimeren der ersten bzw. jeweils höheren Generation. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden fünf verschiedene 2,2’-Bipyridylliganden entwickelt, die sich durch Umsetzung mit den borylierten Aromaten 1a – 3a in die entsprechenden Dendrimere der nullten Generation überführen lassen und anschließend an ihren Seitenketten durch Anwendung der Hydroborierung (5 und 6) oder des Silicium-Bor-Austausches (7 – 9) boryliert werden können. Zur Synthese von G1-Dendrimeren über die Hydroborierungsroute eignet sich aus HSiEt3 und BBr3 in situ erzeugtes HBBr2 besonders. Umsetzung der olefinischen 2,2’-Bipyridylboroniumkationen 30Br und 31Br mit diesem Reagenz führte schon bei tiefen Temperaturen zur vollständigen Hydroborierung der olefinischen C-C-Doppelbindungen. Die nachfolgende Reaktion mit 4,4’-Dimethyl-2,2’-bipyridyl lieferte die entsprechenden Dendrimere 36Br3 und 37Br3 der ersten Generation, welche nachfolgend mit MeOH / NEt3 behandelt wurden, um alle am Bor verbliebenen Bromosubstituenten durch Methoxygruppen zu ersetzen. Die Bildung von 36Br3 und 37Br3 ließ sich mittels ESI-Massenspektrometrie eindeutig nachweisen. Allerdings gelang es nicht, die G1-Spezies analysenrein zu isolieren, da die Alkyl-2,2’-bipyridylboroniumfragmente unter den Bedingungen der HPLC-Trennung nicht stabil sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Hydroborierungsreaktion stets Gemische aus Regio- (Edukt 30Br) bzw. Stereoisomeren (Edukt 31Br) liefert. Diese Probleme lassen sich in der Silicium-Bor-Austausch-Variante der Dendrimersynthese unter Einsatz der Liganden 8 und 9 vermeiden. Bei beiden Monokationen 38Br (Ligand 8) und 45Br (Ligand 9) gelang durch Reaktion mit BBr3 der vollständige Austausch der endständigen Trimethylsilylgruppen durch Dibromoborylfunktionen. Nachfolgende Umsetzung dieser borylierten Kationen mit 4,4’-Dimethyl-2,2’-bipyridyl führte zu den entsprechenden G1-Dendrimeren, die durch Behandlung mit MeOH / NEt3 in die luft- und wasserstabilen Derivate 45Br3 und 50Br3 überführt und über HPLC-Trennverfahren isoliert werden konnten. Ein Teilprojekt der vorliegenden Arbeit widmete sich der Synthese linear polymerer Makromoleküle. Im Rahmen dieser Studien wurden dipodale 2,2’-Bipyridyle, bei denen zwei 2,2’-Bipyridyleinheiten über eine Ethylen- bzw. Ethenylenbrücke miteinander verbunden sind, mit dem diborylierten Aryl 2b umgesetzt und so die löslichen Polymere (57Br2)n und (58Br2)n erhalten, welche eine intensiv violette ((57Br2)n) bzw. nahezu schwarze Farbe ((58Br2)n) besitzen. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden mehrere Wege zu Dendrimeren und Polymeren aus 2,2’-Bipyridylboroniumkationen erschlossen, wobei die spontane B-N-Adduktbildung als zentraler Verknüpfungsschritt eingesetzt wurde. Dieses Synthesekonzept erwies sich als äußerst vielseitig, da durch einfache Derivatisierung der bor- und stickstoffhaltigen Bausteine, die chemischen und physikalischen Eigenschaften der resultierenden Makromoleküle gezielt verändert werden konnten. Beispielsweise zeigen die ausgehend von 9 dargestellen 2,2’-Bipyridylboroniumsalze 45Br und 50Br aufgrund des vergrößerten π-Elektronensystems gegenüber Basissystemen wie 28Br3 bathochrom verschobene Absorptionsbanden und eine intensive Lumineszenz bei einer Wellenlänge von 488 nm.

Poly(pyrazol-1-yl)borate, die sogenannten Skorpionate, repräsentieren eine der etabliertesten Ligandenklassen in der Koordinationschemie und finden aufgrund ihrer Vielseitigkeit zahlreiche Anwendungen. In den letzten Jahren hat sich ein besonderes Interesse an Bis- und Tris(pyrazol-1-yl)boratliganden entwickelt, die mehrere Skorpionateinheiten im selben Molekül vereinen und dadurch kooperative Effekte zwischen den Metallionen fördern. Diese Liganden können sowohl Einsatz in der homogenen Katalyse als auch in den Materialwissenschaften finden. Die bisher in unserer Arbeitsgruppe entwickelten ditopen Bis(pyrazol-1-yl)borate des Typs L (Abb. 3.1) weisen allerdings eine recht hohe Hydrolyseempfindlichkeit auf, deren Ursache wahrscheinlich im elektronenschiebenden Charakter und der Raumerfüllung der Alkylsubstituenten begründet liegt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden daher zunächst die ditopen Skorpionatliganden M2[3] und M2[6] mit Phenyl- und Pentafluorphenylsubstituenten dargestellt, die in darauf folgenden Hydrolysestudien eine im Vergleich zu L erheblich höhere Beständigkeit gegenüber Feuchtigkeit zeigten. Die Umsetzungen der Liganden Li2[Lpara] (Dissertation Dr. Susanne Bieller; Frankfurt 2005) und Li2[6] mit MnII-chlorid verdeutlichten, dass sich das C6F5-substituierte Heteroskorpionat auch in Bezug auf sein koordinationschemisches Verhalten vom tertButyl-substituierten Liganden unterscheidet. Während Li2[Lpara] mit MnCl2 zu einem chlorid-überbrückten, makrozyklischen, dinuklearen Mangankomplex reagiert, wird mit Li2[6] das in Abb. 3.2 dargestellte Koordinationspolymer {(MnCl2)2(Li(THF)3)2[6]}∞ erhalten. Die Ladung der anionischen Polymerkette wird durch Lithium-Gegenionen ausgeglichen. Um die Bildung von diskreten Komplexen einerseits bzw. von Koordinationspolymeren andererseits gezielt steuern zu können, wurden die mit sterisch anspruchsvollen Pyrazolylsubstituenten versehenen Liganden M2[4], M2[5] und M2[7] (Abb. 3.1) dargestellt. Im Zuge der Kristallisation von Li2[4] zeigte sich, dass diese Verbindung eine hohe Affinität für Chloridionen besitzt. Auch in Anwesenheit eines Überschusses Kronenether führen Spuren des Halogenids zur Ausbildung des in Abb 3.3 gezeigten dinuklearen, chloridverbrückten Lithiumkomplexes Li2Cl[4]. Die ausgeprägte Komplexbildungstendenz lässt Li2Cl[4] im Hinblick auf die Entwicklung von Anionenrezeptoren interessant erscheinen. Komplexe, in denen zwei Metallionen durch zwei Heteroskorpionatliganden in eine makrozyklische Struktur eingebunden werden (Tmeta/para in Abb. 3.4), konnten im Rahmen dieser Arbeit nicht isoliert werden. Ein Hinweis, warum dieses Strukturmotiv ungünstig sein könnte, wurde durch die Charakterisierung des auf einem partiell hydrolysierten Derivat von Li2[Lpara] beruhenden CoII-Makrozyklus Co2[23]2 erhalten. Die Analyse der Strukturparameter dieser Verbindung deutet an, dass die Bildung eines Makrozyklus im Fallder unhydrolysierten Heteroskorpionate aufgrund sterischer Wechselwirkungen zwischen den Pyrazolylringen und der Phenylenbrücke benachteiligt sein sollte. Obwohl zwischen Aryl- und Alkyl-basierte n Heteroskorpionaten erhebliche Unterschiede hinsichtlich ihrer Neigung zur hydrolytischen Zersetzung erkennbar sind, zeigen beide Ligandentypen ähnliche Labilitäten gegenüber der stark Lewis-aziden Verbindung Brommanganpentacarbonyl. Die Reaktionen von Li2[Lpara], Li2[3] und Li2[6] mit Mn(CO)5Br führten zur Spaltung von B-N-Bindungen, die in allen drei Fällen durch Kristallisation des in Abb. 3.5 gezeigten, pyrazolid-verbrückten MnI-Carbonylkomplexes 21 dokumentiert werden konnte. Im Gegensatz zu den Heteroskorpionatliganden zeigen oligotope phenylenverknüpfte Homoskorpionate keine Tendenz, sich unter dem Einfluss von Mn(CO)5Br zu zersetzen. Reaktionen der di- und tritopen Tris(pyrazol-1-yl)borate Li2[15], Li2[16] und Li3[18] lieferten die in Abb. 3.6 dargestellten Mangantricarbonylkomplexe (Mn(CO)3)2[15], (Mn(CO)3)2[16] und (Mn(CO)3)3[18] in guten Ausbeuten. Neben der Darstellung dieser, für materialwissenschaftliche Fragestellungen (Koordinationspolymere, Metallorganische Netzwerke) interessanten Liganden, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit auch der Frage nachgegangen, ob die Verknüpfung zweier Heteroskorpionateinheiten Auswirkungen auf die katalytische Aktivität entsprechender Rhodium-Cyclooctadien-Komplexe in der Polymerisation von Phenylacetylen hat. Sterisch anspruchsvolle Pyrazolylsubstituenten tragende monotope Rhodium-Cyclooctadien- Skorpionatkomplexe konnten in dieser Reaktion bereits erfolgreich als Katalysatoren eingesetzt werden und lieferten regioselektiv cis-transoid-verknüpftes Poly(phenylacetylen). Zunächst wurden die in Abb. 3.7 dargestellten Rhodiumkomplexe (Rh(cod))2[3] und (Rh(cod))2[6] von Bis(pyrazol-1-yl)boraten, die keine sterisch anspruchsvollen Pyrazolylsubstituenten tragen, synthetisiert. Ähnlich wie der analoge einkernige Komplex Rh(cod)[H2Bpz2 ] zeigten (Rh(cod))2[3] und (Rh(cod))2[6] keinerlei katalytische Aktivität. Daher sollten im Anschluss die mit Phenylpyrazolylgruppen ausgestatteten Derivate (Rh(cod))2[5] und (Rh(cod))2[7] synthetisiert und im katalytischen Prozess eingesetzt werden. Im Verlauf dieser Experimente stellte sich heraus, dass die Reaktionen der Alkalimetallskorpionate Li2[5] und K2[7] mit (Rh(Cl)(cod))2 nicht zu den Zielverbindungen, sondern zur Zersetzung der Ligandgerüste führen. In beiden Fällen konnte das Abbauprodukt 22 isoliert werden (Abb. 3.8). Weitere Untersuchungen ergaben, dass 22 in der Lage ist, Phenylacetylen in guten Ausbeuten und regioselektiv (cis-transoid-verknüpftes Poly(phenylacetylen)) zu polymerisieren. 22 stellt somit ein gut zugängliches und leicht zu modifizierendes Katalysatorsystem dar, dessen Optimierung Thema zukünftiger Untersuchungen sein wird.