Bio-inspired polymer-supported nitrido molybdenum(VI) complexes for ammonia synthesis − reactivity towards protons and electrons : EPR investigations on paramagnetic molybdenum(V) and copper(II) complexes

Die biologische Stickstofffixierung durch Molybdän-haltige Nitrogenasen sowie die Erforschung des zugrundeliegenden komplexen Mechanismus (N2-Aktivierung an Metall-Zentren, 6-fache Protonierung und Reduktion, N–N Bindungsspaltung unter Bildung von Ammoniak) ist von erheblichem Interesse. Insbesondere Molybdän-Komplexe wurden bereits erfolgreich als Modellverbindungen für die Untersuchung elementarer Einzelschritte der N2-Aktivierung eingesetzt. Durch die Verwendung von Triamidoamin-Liganden ist es Schrock et al. sogar gelungen mehrere Katalysezyklen zu durchlaufen und einen Mechanismus zu formulieren. Trotz der sterisch anspruchsvollen Substituenten in den Schrock-Komplexen ist die Umsatzrate dieses homogenen Katalysators, aufgrund Komplex-Deaktivierung infolge intermolekularer Reaktionen wie Dimerisierung und Disproportionierung, limitiert. In der vorliegenden Arbeit wurden einige dieser Herausforderungen angegangen und die aktiven Spezies auf einer Festphase immobilisiert, um intermolekulare Reaktionen durch räumliche Isolierung der Komplexe zu unterdrücken.rnEin Polymer-verankertes Analogon des Schrock Nitrido-Molybdän(VI)-Komplexes wurde auf einem neuen Reaktionsweg synthetisiert. Dieser beinhaltet nur einen einzigen Reaktionsschritt, um die funktionelle Gruppe „MoN“ einzuführen. Protonierung des immobilisierten Nitrido-Molybdän(VI)-Komplexes LMoVIN (L = Polymer-verankerter Triamidoamin-Ligand) mit 2,6-Lutidinium liefert den entsprechenden Imido-Molybdän(VI)-Komplex. Durch anschließende Ein-Elektronen-Reduktion mit Cobaltocen wird der Polymer-angebundene Imido-Molybdän(V)-Komplex erhalten, bewiesen durch EPR-Spektroskopie (g1,2,3 = 1.989, 1.929, 1.902). Durch die Immobilisierung und die effektive räumliche Separation der Reaktionszentren auf der Festphase werden bimolekulare Nebenreaktionen, die oft in homogenen Systemen auftreten, unterdrückt. Dies ermöglicht zum ersten Mal die Darstellung des Imido-Molybdän(V)-Intermediates des Schrock-Zyklus.rnEPR-Spektren des als Spin-Label eingeführten immobilisierten Nitrato-Kupfer(II)-Komplexes wurden unter verschiedenen Bedingungen (Lösungsmittel, Temperatur) aufgenommen, wobei sich eine starke Abhängigkeit zwischen der Zugänglichkeit und Reaktivität der immobilisierten Reaktionszentren und der Art des Lösungsmittels zeigte. Somit wurde die Reaktivität von LMoVIN gegenüber Protonen und Elektronen, welches zur Bildung von NH3 führt, unter Verwendung verschiedener Lösungsmittel untersucht und optimiert. Innerhalb des kugelförmigen Polymers verläuft die Protonierung und Reduktion von LMoVIN stufenweise. Aktive Zentren, die sich an der „äußeren Schale“ des Polymers befinden, sind gut zugänglich und reagieren schnell nach H+/e− Zugabe. Aktive Zentren im „Inneren des Polymers“ hingegen sind schlechter zugänglich und zeigen langsame diffusions-kontrollierte Reaktionen, wobei drei H+/e− Schritte gefolgt von einer Ligandenaustausch-Reaktion erforderlich sind, um NH3 freizusetzen: LMoVIN  LMoVNH  LMoIVNH2  LMoIIINH3 und anschließender Ligandenaustausch führt zur Freisetzung von NH3.rnIn einem weiteren Projekt wurde der Bis(ddpd)-Kupfer(II)-Komplex EPR-spektroskopisch in Hinblick auf Jahn−Teller-Verzerrung und -Dynamik untersucht. Dabei wurden die EPR-Spektren bei variabler Temperatur (70−293 K) aufgenommen. Im Festkörperspektrum bei T < 100 K erscheint der Kupfer(II)-Komplex als gestreckter Oktaeder, wohingegen das EPR-Spektrum bei höheren Temperaturen g-Werte aufzeigt, die einer pseudo-gestauchten oktaedrischen Kupfer(II)-Spezies zuzuordnen sind. Diese Tatsache wird einem intramolekularen dynamischen Jahn−Teller Phänomen zugeschrieben, welcher bei 100 K eingefroren wird.

Nickel(II)-, cobalt(II)-, copper(II)-, and zinc(II)-phthalate and 1-methylimidazole coordination compounds: synthesis, crystal structures and magnetic properties

Three new coordination polymers [M(Pht)(1-MeIm)2]n (where M=Cu (1), Zn (2), Co (3); Pht2−=dianion of o-phthalic acid; 1-MeIm=1-methylimidazole) and two compounds [M(1-MeIm)6](HPht)2 · 2H2O (M=Co (4), Ni (5)) have been synthesized and characterized by X-ray crystallography. The structures of 1–3 (2 is isostructural to 3) consist of [M(1-MeIm)2] building units connected by 1,6-bridging phthalate ions to form infinite chains. In complex 1, each copper(II) center adopts a square coordination mode of N2O2 type by two O atoms from different phthalate ions and two N atoms of 1-MeIm, whereas in 3 two independent metal atoms are tetrahedrally (N2O2) coordinated to a pair of Pht ligands and a pair of 1-MeIm molecules. There are only van der Waals interactions between the chains in 1, while the three-dimensional network in 3 is assembled by C–H⋯O contacts. In contrast to polymers 1–3 the structures of 4 and 5 (complexes are also isostructural) are made up of the [M(1-MeIm)6]2+ cation, two hydrogen phthalate anions (HPht−) and two H2O solvate molecules. The coordination around each metal(II) atom is octahedral with six nitrogen atoms of 1-MeIm. Extended hydrogen bonding networks embracing the solvate water molecules and a phthalate residue as well as the weak C–H⋯O interactions stabilize the three-dimensional structures. Magnetic studies clearly show that the magnetic ions do not interact with each other. Furthermore, in compound 4 we have another example of a highly anisotropic Co2+ ion with a rhombic g-tensor and large zero-field-splitting. The complexes were also characterized by IR and 1H NMR spectroscopy, thermogravimetric analysis, and all data are discussed in the terms of known structures.

Metamagnetic Copper(II) Diphosphonates with Layered Structures

Compounds [NH3(CH2)4NH3]Cu3(hedp)2·2H2O (1) and [NH3(CH2)3NH3]Cu3(hedp)2·3.5H2O (2), where hedp represents 1-hydroxyethylidenediphosphonate, exhibit two-dimensional structures closely related to each other. The anionic layers with composition {Cu3(hedp)2}n2n- contain four- and eight-membered rings assembled from vertex-sharing {CuO4} units and {CPO3} tetrahedra. The protonated diamines and lattice water fill the interlayer spaces. Crystal data for 2:  space group P1̄, a = 8.0315(4), b = 11.3713(6), c = 13.3117(7) Å, α = 97.122(1), β = 103.187(1), γ = 108.668(1)°, V = 1095.5(1) Å3, Z = 2. Magnetic properties of the two compounds have been investigated. Both show typical metamagnetic behaviors at low temperature. The critical field at which the antiferromagnetic ground-state switches to a ferrimagnetic state is ∼48 Oe for 1 and 185 Oe for 2 at about 2 K.

Syntheses, structures and magnetic properties of two copper(Ii) diphosphonates: [NH3(CH2)2NH3]2[Cu2(hedp)2]·H2O and [NH3CH(CH3)CH2NH3]2[Cu2(hedp)2] (hedp = 1-hydroxyethylidenediphosphonate)

This paper describes the syntheses and characterization of two new copper(II) diphosphonates: [NH3(CH2)2NH3]2[Cu2(hedp)2]·H2O (1) and [NH3CH(CH3)CH2NH3]2[Cu2(hedp)2] (2) (hedp = 1-hydroxyethylidenediphosphonate). Both compounds exhibit similar one-dimensional linear chain structures. The symmetrical {Cu2(hedp)2} dimers are connected by edge-shared {CuO5} square pyramids and form infinite chains. The Cu(II) ions are alternately bridged by O–P–O groups and O atoms. The Cu–O–Cu angles are 95.8(1) and 96.1(1)° for 1 and 2, respectively. Their magnetic properties show moderately strong antiferromagnetic interactions in both compounds.

A new 1D bimetallic thiocyanate-bridged copper(II)–cobalt(II) compound

The crystal structure of the first one-dimensional hetero-metallic compound containing thiocyanate as bridging ligands,{[Cu(cyclam)][Co(NCS)4]}n, has been determined, togetherwith a preliminary study of the magnetic properties.

A new bidimensional compound containing (μ-thiocyanate)(bpy)copper(II) molecules: synthesis, crystal structure and magnetic properties of [Cu(bpy)(NCS)2]n (bpy = 2,2'-bipyridyl)

The crystal structure of the first bidimensional copper(II) compound containing only thiocyanate as bridging ligands [Cu(bpy)(NCS) 2 ] n , where bpy=2,2'-bipyridyl, has been determined by X-ray diffraction on single-crystals. Two different environments for both types of copper(II) ions in the unit cell are apparent: a distorted octahedron and a square pyramid. A bidimensional structure with a deformed honeycomb-layer motif is formed, the bipyridyl ligands filling the interlayer space. The magnetic susceptibility data of the compound have been investigated between 280 and 1.8 K. The compound presents a very weak antiferromagnetic interaction that has been fitted by using the Bleaney-Bowers expression for a dimeric unit, whereby a J value of -1.01(1) cm - 1 (H=-JS 1 .S 2 ) and a g value of 2.08(1) have been obtained.

Reaction of Copper(II) Chloroacetate with Pyrazole. Synthesis of a One-Dimensional Coordination Polymer and Unexpected Dehydrochlorination Reaction

The reaction of copper(II) chloroacetate (1d) with pyrazole (Hpz) mainly yielded the mononuclear compound [Cu(μ-ClCH2COO)2(Hpz)2] (2m), which self-assembled generating a one-dimensional coordination polymer. Moreover, the concomitant isolation of the tetranuclear [{Cu2(μ-pz)(μ-OCH2COO)(Hpz)(MeOH)}2(μ-ClCH2COO)2] (3t) and hexanuclear [{Cu3(μ3-OH)(μ-pz)3(Hpz)2}2(μ-ClCH2COO)2](Cl)2 (4h) species evidenced the occurrence of a peculiar, previously unreported, dehydrochlorination reaction and the formation of the trinuclear triangular moiety [Cu3(μ3-OH)(μ-pz)3]. Theoretical calculations based on density functional theory including solvation effects indicate a possible pathway for the formation of 3t. Interestingly, besides the energy minimum corresponding to 3t, a further relative energy minimum is found for a species which can be considered a possible reaction intermediate.