Aqueous ring-opening metathesis polymerizations

Past workers in this group as well as in others have made considerable progress in the understanding and development of the ring-opening metathesis polymerization (ROMP) technique. Through these efforts, ROMP chemistry has become something of an organometallic success story. Extensive work was devoted to trying to identify the catalytically active species in classical reaction mixtures of early metal halides and alkyl aluminum compounds. Through this work, a mechanism involving the interconversion of metal carbenes and metallacyclobutanes was proposed. This preliminary work finally led to the isolation and characterization of stable metal carbene and metallacyclobutane complexes. As anticipated, these well-characterized complexes were shown to be active catalysts. In a select number of cases, these catalysts have been shown to catalyze the living polymerization of strained rings such as norbornene. The synthetic control offered by these living systems places them in a unique category of metal catalyzed reactions. To take full advantage of these new catalysts, two approaches should be explored. The first takes advantage of the unusual fact that all of the unsaturation present in the monomer is conserved in the polymer product. This makes ROMP techniques ideal for the synthesis of highly unsaturated, and fully conjugated polymers, which find uses in a variety of applications. This area is currently under intense investigation. The second aspect, which should lend itself to fruitful investigations, is expanding the utility of these catalysts through the living polymerization of monomers containing interesting functional groups. Polymer properties can be dramatically altered by the incorporation of functional groups. It is this latter aspect which will be addressed in this work.

After a general introduction to both the ring-opening metathesis reaction (Chapter 1) and the polymerization of fuctionalized monomers by transition metal catalysts (Chapter 2), the limits of the existing living ROMP catalysts with functionalized monomers are examined in Chapter 3. Because of the stringent limitations of these early metal catalysts, efforts were focused on catalysts based on ruthenium complexes. Although not living, and displaying unusually long induction periods, these catalysts show high promise for future investigations directed at the development of catalysts for the living polymerization of functionalized monomers. In an attempt to develop useful catalysts based on these ruthenium complexes, efforts to increase their initiation rates are presented in Chapter 4. This work eventually led to the discovery that these catalysts are highly active in aqueous solution, providing the opportunity to develop aqueous emulsion ROMP systems. Recycling the aqueous catalysts led to the discovery that the ruthenium complexes become more activated with use. Investigations of these recycled solutions uncovered new ruthenium-olefin complexes, which are implicated in the activation process. Although our original goal of developing living ROMP catalysts for the polymerization of fuctionalized monomers is yet to be realized, it is hoped that this work provides a foundation from which future investigations can be launched.

In the last chapter, the ionophoric properties of the poly(7-oxanobornene) materials is briefly discussed. Their limited use as acyclic host polymers led to investigations into the fabrication of ion-permeable membranes fashioned from these materials.

Selectivity, activity, and stability of ruthenium-carbene based olefin metathesis initiators

The olefin metathesis reaction has found many applications in polymer synthesis and more recently in organic synthesis. The use of single component late metal olefin metathesis catalysts has expanded the scope of the reaction to many new applications and has allowed for detailed study of the catalytic species.

The metathesis of terminal olefins of different steric bulk, different geometry as well as electronically different para-substituted styrenes was studied with the ruthenium based metathesis initiators, trans-(PCy₃)₂Cl₂Ru=CHR, of different carbene substituents. Increasing olefin bulk was found to slow the rate of reaction and trans internal olefins were found to be slower to react than cis internal olefins. The kinetic product of a11 reactions was found to be the alkylidene, rather than the methylidene, suggesting the intermediacy of a 2,4-metallacycle. The observed effects were used to explain the mechanism of ring opening cross metathesis and acyclic diene metathesis polymerization. No linear electronic effects were observed.

In studying the different carbene ligands, a series of ester-carbene complexes was synthesized. These complexes were found to be highly active for the metathesis of olefinic substrates, including acrylates and trisubstituted olefins. In addition, the estercarbene moiety is thermodynamically high in energy. As a result, these complexes react to ring-open cyclohexene by metathesis to alleviate the thermodynamic strain of the ester-carbene ligand. However, ester-carbene complexes were found to be thermolytically unstable in solution.

Thermolytic decomposition pathways were studied for several ruthenium-carbene based olefin metathesis catalysts. Substituted carbenes were found to decompose through bimolecular pathways while the unsubstituted carbene (the methylidene) was found to decompose unimolecularly. The stability of several derivatives of the bis-phosphine ruthenium based catalysts was studied for its implications to ring-closing metathesis. The reasons for the activity and stability of the different ruthenium-based catalysts is discussed.

The difference in catalyst activity and initiation is discussed for the bis-phosphine based and mixed N-heterocyclic carbene/phosphine based ruthenium olefin metathesis catalysts. The mixed ligand catalysts initiate far slower than the bis-phosphine catalysts but are far more metathesis active. A scheme is proposed to explain the difference in reactivity between the two types of catalysts.

Methyleneimidazoline Complexes of Iridium, Rhodium, and Palladium from Selective C(sp(3))-H Bond Activation

Palladium, iridium, and rhodium complexes of 2-methyleneimidazolines have been synthesized by selective phosphine-assisted activation of the 2-methyl C-H bonds in 2-methylimidazolium compounds. Metallacycles of various sizes were obtained in the reaction of phosphine-tethered 2-methylimidazolium compounds and [{M(cod)X}(2)] (M = Rh or Ir cod = 1,5-cyclooctadiene: X = alkoxyl or Cl). representative complexes were characterized by X-ray crystallography. The selectivity for aliphatic C(sp(3))H versus aromatic C(sp(2))H activation could be adjusted by means of the steric bulk of the OR ligand, whereby a bulky, OR group favors activation of the 2-methyl C(sp(3))-H bond. Experimental results confirmed that a methyl C-H activation product (a seven-membered iridacycle) is the kinetic product, while the aryl C-H activation product (a six-membered iridacycle) is the thermodynamic product.

Pyrrolide-supported lanthanide alkyl complexes. Influence of ligands on molecular structure and catalytic activity toward isoprene polymerization

The N,N- bidentate ligands 2- {( N- 2,6- R) iminomethyl)} pyrrole ( HL1, R) dimethylphenyl; HL2, R) diisopropylphenyl) have been prepared. HL1 reacted readily with 1 equiv of lanthanide tris( alkyl)s, Ln(CH2SiMe3)(3)(THF)(2), affording lanthanide bis(alkyl) complexes L(1)Ln(CH2SiMe3)(2)(THF)(n) (1a, Ln= Lu, n = 2; 1b, Ln = Sc, n = 1) via alkane elimination. Reaction of the bulky ligand HL2 with 1 equiv of Ln(CH2SiMe3)(3)( THF)(2) gave the bis(pyrrolylaldiminato) lanthanide mono(alkyl) complexes L(2)(2)Ln- (CH2SiMe3)(THF) (2a, Ln) Lu; 2b, Ln = Sc), selectively. The N,N- bidentate ligand HL3, 2- dimethylaminomethylpyrrole, reacted with Ln( CH2SiMe3) 3( THF) 2, generating bimetallic bis( alkyl) complexes of central symmetry ( 3a, Ln = Y; 3b, Ln = Lu; 3c, Ln = Sc). Treatment of the N,N,N,N- tetradentate ligand H2L4, 2,2'-bis(2,2-dimethylpropyldiimino) methylpyrrole, with equimolar Lu(CH2SiMe3)(3)(THF)(2) afforded a C-2- symmetric binuclear complex ( 4). Complexes 3a, 3b, 3c, and 4 represent rare examples of THF- free binuclear lanthanide bis( alkyl) complexes supported by non- cyclopentadienyl ligands. All complexes have been tested as initiators for the polymerization of isoprene in the presence of AlEt3 and [ Ph3C][B(C6F5)(4)]. Complexes 1a, 1b, and 3a show activity, and 1b is the most active initiator, whereas 2a, 2b, 3b, 3c, and 4 are inert.

Preparation and characterisation of palladium, platinum and manganese di(organo)carbene complexes from quinolinone and quinolinium precursors

A series of palladium, platinum and manganese di(organo) carbene complexes have been prepared from 4-chloro-N-methylquinolinone by processes that involve alkylation before or after attachment to the metal unit; the nucleophilic heteroatoms necessary for eventual carbene formation and stabilisation are separated from the C-donor atom by three bonds.

Intramolecular carbenoid insertions : the reactions of [alpha]-diazoketones derived from furanyl, thienyl, benzofuranyl and benzothienyl acetic acids with rhodium (II) acetate /

A number of synthetically useful ring systems can be prepared via the intramolecular insertion of a metal-stabilized carbenoid into a heteroaromatic systems. The chemical outcome of these reactions are dependent not only on the nature of the heteroatom but also on the length of the aliphatic tether linking the carbenoid moiety with the aromatic fragment. Our work with furanyl and thienyl systems containing a single methylene tether have allowed for some rather atypical chemistry. For example, treatment of l-diazo-3-(2-thienyl)-2-propanone (6) with catalytic rhodium (II) acetate yields 5,6- dihydro-4^-cyclopenta[Z>]thiophen-5-one (3) while, the isomeric l-diazo-3-(3-thienyl)-2- propanone(15) gives a spiro-disulphide (20). Novel chemistry was also exhibited in the analogous furanyl systems. While treatment of l-diazo-3-(3-furanyl)-2-propanone (52) with Rh2(OAc)4 resulted in the expected 2-(4-Oxo-2-cyclopentenyliden)acetaldehyde (54), isomeric l-diazo-3-(2- furanyl)-2-propanone (8) undergoes vinylogous Wolff rearrangement to give a mixture of 6a-methyl-2,3,3a,6a-tetrahydrofuro[2,i-^>]furan-2-one (44) and 2-(2-methyl-3-furyl)acetic acid (43). Rhodium acetate catalyzed decomposition of l-diazo-3-(3-benzofuranyl)-2- propanone (84) and l-diazo-3-(2-benzofuranyl)-2-propanone (69)also allows for vinylogous Wolff rearrangement, a chemistry unseen in benzofuranyl systems with longer tethers. A number of interesting products were isolated from the trapping of intermediate ketenes. Decomposition of l-diazo-3-(3-benzothienyl)-2-propanone (100) resulted in the formation of 2,3-dihydro-l//-benzo[^]cyclopenta[^thiophen-2-one (102). However, in addition to (102), a dimer was also generated from the decomposition of l-diazo-3-(2- benzothienyl)-2-propanone (109). The insight into the mechanistic underpinnings of the above reactions are provided by molecular modeling at a PM3 level.

Synthesis of Chiral Benzimidazolylidenes from 1,10-Phenathrolines and 1,10-Phenathroline-2,9-dione /

A^-heterocyclic carbenes (NHCs) have become the focus of much interest as ancillary ligands for transition metal catalysts in recent years. Their structural variability and strong cy-donation properties have led to the preparation of demonstrably useful organometallic catalysts. Among the three general structural types of NHCs (imidazolylidenes, imidazolinylidenes, and benzimidazolylidenes), benzimidazolylidenes are the least investigated because of the limitation of current synthetic approaches. The preparation of chiral analogues is even more challenging. Previously, our group has demonstrated an alternative approach to synthesizing benzimidazolylidenes with a tetracyclic framework in three steps from 1,10-phenanthroline. This thesis is focused on approaches to chiral benzimidazolylidenes derived from substituted 1,10-phenanthrolines. A key step in the preparation of these ligands involves a reduction of the pyridyl rings in 1,10-phenanthrolines. Chirality can be introduced to phenanthrolines before, during, or after the reduction as illustrated by three approaches: 1) de novo construction of the phenanthroline from chiral ketones with endo and exo faces to provide a degree of diastereoselectivity during subsequent reduction; 2) introduction of substituents into the 2- and 2,9- position of phenanthroline by nucleophilic aromatic substitution, followed by a reduction-resolution sequence; and 3) use of the protected octahydrophenanthroline as a substrate for chiral induction a to nitrogen.

Intramolecular carbenoid insertion : reactions of [alpha] -diazoketones derived from benzothienyl, pyrolyl and indolyl alkanoic acids with rhodium (II) acetate

Recent studies have shown that the rhodium (II) acetate decomposition chemistry observed for a-diazoketones tethered to thienyl, furanyl, and benzofuranyl moieties is dependent not only on the nature of the heteroatom but also on the length of the aliphatic tether linking the diazoketone moiety with the aromatic fragment. The present thesis expands on these results and focuses on a-diazoketones tethered to benzothiophenes, pyrroles and indoles by a methylene linker. In the case of benzothiophenes, it was shown that the rhodium catalyst decomposition of I-diazo-4-(3-benzothienyl)-2-butanone (146) and 1-diazo-4-(3benzothienyl)- 2-butanone (152) allow for the isolation of 1,2,3a,3b-tetrahydro-3Hbenzo[ b]cyclopenta[1,3]cyclopropa- [1 ,2-d]thiophen-3-one (147) and 1,2,3a,3btetrahydro- 3H-benzo[b]cyclopenta[1,3]cyclopropa[1,2-d]thiophen-3-one (153). However treatment of 1-diazo-3-(3-Benzothienyl)-2-Propanone (165) with Rh(II) acetate results in the formation of 2,3-Dihydro-1H-benzo[b]cyclopenta[d]thiophen-2-one (159), while 1diazo- 3-(2-Benzothienyl)-2-Propanone with the same condition gives 5,5-bis( 1benzothiophen- 2-ylmethyl)-2(5H)-furanone (166) along with the tricycle 159. The chemistry of the pyrrolyl and the indolyl moieties linked to terminal adiazoketone systems was also investigated. The decomposition of I-diazo-(2-pyrrolyl)-2propanone (173) results in the formation of two products; the N-H insertion product IHpyrrolizin- 2(3H)-one (176) and the alkylation product 4,6-dihydrocyclopenta[b]pyrrol5( 1 H)-one (180). When 1-Diazo-3-(3-indoly)-3-propanone (194) is treated with catalytic amount of Rh (II) 3,4-dihydrocyclopenta[b]indol-2(1H)-one (193) is isolated quantitatively. The later reaction when monitored using IH NMR the intermediate 200 can be seen whose structure was confirmed by the comparison to series of model compounds. The mechanisms underlying these reactions as well as their synthetic utility is discussed.

Iridium(I) complexes of phenanthroline-derived benzimidazolylidenes : synthetic, structural and catalytic studies

N-heterocyclic carbenes (NHCs) have undergone rapid development in recent years. Due to their strong a-electron donation and structural variability properties, NHCs are becoming a major class of ligands in organometallic chemistry. Compared with the other two types of NHCs (imidazolylidenes and imidazolinylidenes), benzimidazolylidenes have not been well represented. Limited synthetic approaches may impede the development ofbenzimidazolylidenes. This thesis is focused on the synthesis of phenanthroline-derived benzimidazolylidene ligands and their metal complexes. A series of benzimidazolylidene-iridium complexes were synthesized and characterized spectroscopically and crystallographic ally. All of the new complexes showed varying degrees of catalytic activity and enantioselectivity toward transfer hydrogenation and asymmetric hydrogenation. The best results were achieved in hydrogenation of methyl-2-acetamidoacrylate, which afforded (-)-(R)-methyl-2-acetamidopropanoate in 97% yield and 81 % ee.

Étude de réactivité et de sélectivité de nouveaux catalyseurs à base de ruthénium

Ce projet de recherche consiste en l’étude de la réactivité et de la sélectivité de nouveaux catalyseurs de métathèse d’oléfines à base de ruthénium lors de réaction de fermeture de cycle par métathèse d’oléfines (RCM). L’emphase de cette étude repose sur l’évaluation de nouveaux catalyseurs possédant un ligand NHC (carbène N-hétérocyclique) C1-symétrique développés par le laboratoire Collins pour des réactions de désymétrisations asymétriques de méso-triènes par ARCM. Le projet a été séparé en deux sections distinctes. La première section concerne la formation d’oléfines trisubstituées par ARCM de méso-triènes. La seconde section consiste en la formation d’oléfines tétrasubstituées par le biais de la RCM de diènes et de la ARCM de méso-triènes. Il est à noter qu’il n’y a aucun précédent dans la littérature concernant la formation d’oléfines tétrasubstituées suite à une désymétrisation par ARCM. Lors de l’étude concernant la formation d’oléfines trisubstituées, une étude de cinétique a été entreprise dans le but de mieux comprendre la réactivité des différents catalyseurs. Il a été possible d’observer que le groupement N-alkyle a une grande influence sur la réactivité du catalyseur. Une étude de sélectivité a ensuite été entreprise pour déterminer si le groupement N-alkyle génère aussi un effet sur la sélectivité des catalyseurs. Cette étude a été effectuée par l’entremise de réactions de désymétrisation d’une variété de méso-triènes. En ce qui a trait à la formation d’oléfines tétrasubstituées, une étude de la réactivité des différents catalyseurs a été effectuée par l’intermédiaire de malonates de diéthyldiméthallyle. Il a encore une fois a été possible d’observer que le groupement N-alkyle possède un effet important sur la réactivité du catalyseur. Une étude de sélectivité a ensuite été entreprise pour déterminer si le groupement iv N-alkyle génère aussi un effet sur la sélectivité des catalyseurs. Cette étude a été effectuée par l’entremise de réactions de désymétrisation de différents mésotriènes.

Sels de tétraarylphosphonium : synthèse et application à la synthèse de la (–)-coniine ; capacité trans-directrice du groupement amide en cyclopropanation d’oléfines

Le développement ainsi que l’amélioration des différentes techniques de purification sont des défis importants pour la chimie d’aujourd’hui. Certaines des méthodes actuelles, tel que le greffage d’un réactif sur un support solide permettant d’accéder à un produit pur par simple filtration du milieu, comportent toutefois certains inconvénients. En effet, les propriétés de solubilité de ces polymères rendent la mise en œuvre des réactions plus difficiles. C’est dans ce contexte que le groupe du Pr. Charette a rapporté l’utilisation de réactifs liés à un sel de tétraarylphosphonium (TAP). Ces sels peuvent être solubilisés dans un solvant tel que le dichlorométhane et aisément retirés du milieu réactionnel par précipitation à l’aide d’éther diéthylique (Chapitre 1). L’un des objectifs de cette thèse a donc été lié à la découverte de deux méthodes complémentaires qui, jusqu’à présent, sont considérées comme des méthodes de choix pour la synthèse des sels de TAP fonctionnalisés (Chapitre 2). L’une d’entre elles est utilisée par Soluphase inc., une entreprise qui commercialise ces sels de TAP. L’efficacité des sels en tant que support dans la synthèse de petites molécules a été démontrée lors de la synthèse d’un produit naturel, la (–)-coniine (Chapitre 3). L’isolement des intermédiaires synthétiques instables par simple précipitation à l’aide d’un support de TAP a permis de rendre cette synthèse plus efficace que celle déjà connue. Dans le deuxième volet de cette thèse, plusieurs problèmes reliés à la synthèse de dérivés cyclopropaniques 1,1-disubstitués ont été étudiés. Ces derniers font partie intégrale de plusieurs produits naturels et de médicaments. Cependant, leur formation par une réaction de cyclopropanation d’alcènes utilisant des réactifs diazoïques possédant deux groupements de type accepteur n’est pas tâche facile (Chapitre 4). En effet, cette réaction souffre d’un faible contrôle diastéréosélectif. Par le fait même, très peu de méthodologies de synthèse ont rapporté l’utilisation de ce type de réactifs diazoïques dans des réactions de cyclopropanation stéréosélectives. L’étude du mécanisme de la réaction de cyclopropanation catalysée au Rh(II) a proposé des indices favorisant un modèle ayant des précédents dans la littérature (Chapitre 5). Ces études nous ont mené à la découverte de la «capacité trans-directrice» du groupement amide lors des réactions de cyclopropanation d’oléfines. Nous avons donc utilisé cette propriété afin de résoudre plusieurs problèmes rencontrés dans la littérature. Nous avons montré qu’elle permet l’accès à des dérivés cyclopropaniques possédant deux groupements carboxyliques géminaux avec des sélectivités élevées (Chapitre 6). Ces produits étaient accessibles que par des séquences synthétiques nécessitant plusieurs étapes. De plus, nous avons démontrés que ces nouveaux dérivés cyclopropaniques sont des outils synthétiques fort utiles dans la synthèse de produits naturels d’intérêt biologique. Cette formidable «capacité trans-directrice» du groupement amide nous a permi de résoudre le problème de la synthèse asymétrique de dérivés carboxyliques α-cyano cyclopropaniques (Chapitre 7). De plus, ce projet nous a menées à la découverte de l’effet de divers additif achiraux permettant d’augmenter la sélectivité dans certaines réactions. Cette réaction possède une vaste étendue et l’utilité de ces nouveaux dérivés cyclopropaniques a été démontrée par plusieurs transformations de groupements fonctionnels.

Propriétés supramoléculaires des cations diimidazolium disubstitués : des complexes d’inclusion en solution aux interactions à l’état cristallin et cristal liquide

Les sels d’imidazolium ont un rôle important dans certaines protéines et acides nucléiques et ont été utilisés à de nombreuses reprises dans des assemblages supramoléculaires en raison de leurs propriétés uniques. Les sels de diimidazolium dérivés sont toutefois moins connus. Ils ont pour l’instant uniquement été utilisés comme des précurseurs de carbènes N-hétérocycliques. Ils sont donc à la base de plusieurs catalyseurs utilisés pour des réactions de couplage croisés mais leurs propriétés sont toutefois méconnues dans le cadre de la chimie supramoléculaire. Cette classe de composés a nottament attiré notre attention en raison de la facilité de modification de leurs propriétés physico-chimiques par modification de leur structure chimique. L’objectif général des travaux présentés dans cette thèse est l’étude des propriétés supramoléculaires des sels de diimidazolium disubstitués en solution (aqueuse ou organique), ainsi qu’en phase solide ou cristal-liquide. L’influence de l’espaceur entre les deux noyaux imidazolium ainsi que l’influence des substituants latéraux et des contre-ions a été étudiée. Dans un premier temps, les propriétés de complexation des sels de diimidazolium à des macrocycles sont étudiées. Les sels bromure sont étudiés en solution aqueuse avec plusieurs cyclodextrines et le cucurbit[7]uril, et les sels hexafluorophosphate sont étudiés en solution organique pour leur complexation avec l’éther couronne DB24C8 et un calix[4]arène. Cette nouvelle classe de composés a montré de très bonnes propriétés de complexation à ces différents macrocycles en solution et a également permis de contrôler différents assemblages supramoléculaires à l’interface air-eau. Dans un deuxième temps, l’étude des sels de phénylènediimidazolium a permis de modifier les propriétés de complexation en solution pour obtenir la formation de complexes multiples avec le cucurbit[7]util en solution aqueuse. Cette même famille de composés a également permis la formation de cristaux liquides ioniques lorsque les substituants sont des chaînes alkyles plus longues. La résolution de plusieurs structures cristallines de différents sels de diimidazolium a finalement permis de comprendre la nature des interactions intermoléculaires à l’état cristallin. La recherche présentée dans cette thèse a donc permis une étude détaillée des propriétés supramoléculaires des sels de diimidazolium dans tous les états de la matière qui leur sont accessibles.

Die Carbonylierung acyclischer Diaminocarbene

Das Dissertationsprojekt befasst sich mit dem synthetischen Potential acyclischer Diaminocarbene (aDACs; Verbindungen des Typs (R2N)2C:) und prüft dabei insbesondere deren Reaktivität gegenüber Kohlenmonoxid (CO). Grundlage des Vorhabens ist eine Aufsehen erregende Beobachtung von SIEMELING et al. (Chem. Sci., 2010, 1, 697): Der Prototyp der aDACs, das Bis(diisopropylamino)carben, ist in der Lage CO zu aktivieren. Dabei wird zunächst ein intermediäres Keten des Typs (R2N)2C=C=O generiert, das in Folge einer intramolekularen Reaktion ein stabiles β-Lactamderivat ausbildet. Eine Sensation, schließlich ging man in der Fachwelt bis dato davon aus, dass cyclische und acyclische Diaminocarbene für derartige Reaktionen nicht elektrophil genug seien. Ziel der vorliegenden Arbeit war eine systematische Auslotung der aDAC-Reaktivität gegenüber CO. Im Rahmen der durchgeführten Untersuchungen ist es gelungen, das Feld der literaturbekannten aDACs von 12 auf 19 zu erweitern. Die Carbene, ihre Formamidiniumsalz-Vorstufen, sowie die korrespondierenden Carben–Metallkomplexe konnten in den meisten Fällen vollständig charakterisiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass manche Isopropyl-substituierten aDACs in inertem Lösemittel einer β-Umlagerung unterliegen sowie, dass eine solche intramolekulare Reaktivität innerhalb dieser Substanzklasse nicht trivial ist: Zum Teil ganz ähnlich substituierte aDACs sind in Lösung unbegrenzt haltbar. Die Reaktivität gegenüber CO konnte an etwa einem Dutzend aDACs studiert werden. Lediglich in einem Fall zeigte sich das Carben inert. In einem sterisch überfrachteten Fall entstand in einer regio- und stereoselektiven Folgereaktion ein biologisch aktives bicyclisches β-Lactamderivat. In den meisten Fällen ergaben sich betainische Oxyallylspezies des Typs [(R2N)2C]2CO als intermolekulare Folgeprodukte. Die mechanistische Scheidelinie zwischen intra- und intermolekularer Keten-Folgereaktion konnte anhand der Carbonylierung sterisch ganz ähnlich substituierter aDACs aufgezeigt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse liefern deutliche Hinweise darauf, dass das chemische Verhalten der aDACs gegenüber CO eher durch feinste elektronische Unterschiede als durch den sterischen Anspruch der Carben-Substituenten beeinflusst wird. Mit Hilfe von In-Situ-IR-Spektroskopie gelang es in manchen Fällen, bei denen eine Isolierung der Carbonylierungsprodukte nicht glückte, die Generierung hochreaktiver Oxyallylspezies zu belegen. Weiterhin konnte im Zuge der In-Situ-IR-Studien das zuvor nur postulierte Diaminoketen als primäres Carbonylierungsprodukt dingfest gemacht werden (ν(C=C=O) = 2085 1/cm): Es handelt sich hierbei um den ersten experimentellen Nachweis eines Diaminoketens überhaupt.

Unsymmetrisch substituierte N-heterocyclische Carbene mit einem 1,1 ʹ-Ferrocendiyl-Rückgrat und N-heterocyclische Carbene als Adsorbatspezies für selbstorganisierende Monolagen

Aufbauend auf den Arbeiten von Bielawski et al. und Siemeling et al. wurden im Rahmen dieser Arbeit unsymmetrisch substituierte N-heterocyclische Carbene mit einem 1,1ʹ-Ferrocendiyl-Rückgrat synthetisiert. Ausgehend von der literaturbekannten Verbindung 1,1’-Diaminoferrocen gelang die Einführung der exocyclischen Substituenten an den Stickstoffatomen lediglich durch die Anpassung der Stöchiometrie in den einzelnen Syntheseschritten. Es wurden die folgenden drei NHCs synthetisiert: N-(2-Adamantyl)-N’-neopentyldiaminocarben[3]ferrocenophan (Ad/Np), N-Neopentyl-N’-phenyldiaminocarben[3]ferrocenophan (Ph/Np) und N-(9-Anthracenylmethyl)-N’-neopentyldiaminocarben[3]ferrocenophan (Acm/Np). Das Carben Ad/Np konnte dabei erfolgreich isoliert werden, während die anderen zwei Carbene als Liganden in Komplexen des Typs [RhCl(COD)(NHC)] stabilisiert wurden. Von allen drei Carbenen wurden Rhodium-Carben-Komplexe des Typs [RhCl(COD)(NHC)] und cis-[RhCl(CO)2(NHC)] synthetisiert. Anhand der röntgenkristallographischen und NMR-spektroskopischen Untersuchungen dieser Rhodiumkomplexe konnten in allen sechs Komplexen anagostische Wechselwirkungen zwischen dem zentralen Rhodiumatom und den Wasserstoffatomen der exocyclischen Substituenten, die sich in α-Position zu den Stickstoffatomen befinden, nachgewiesen werden. Des Weiteren wurden anhand der cis-[RhCl(CO)2(NHC)]-Komplexe die TEP-Werte der Carbene bestimmt. Gemessen in DCM betragen diese 2049 cm-1 (Ad/Np), 2049 cm-1 (Ph/Np) und 2051 cm-1 (Acm/Np). Unabhängig von den unsymmetrisch substituierten NHCs mit einem 1,1ʹ-Ferrocendiyl-Rückgrat wurde im Rahmen dieser Arbeit die Eignung von NHCs als Adsorbatspezies für selbstorganisierende Monolagen überprüft. Hierzu wurden Tetraalkylimidazol-2-ylidene synthetisiert, welche als 0.01 mM Lösung auf Gold(111)-Substrate aufgebracht wurden. Die Goldsubstrate wurden anschließend mittels XPS untersucht. Die XPS-Analyse der modifizierten Goldsubstrate zeigte, dass eine Bindung der Carbene auf der Oberfläche stattgefunden hat. Es zeigte sich allerdings auch, dass keine SAM gebildet wurden, da die Oberfläche signifikant mit kohlen- und sauerstoffbasierten Verbindungen kontaminiert ist. Dabei kann vermutet werden, dass die Carbene nicht ausschließlich auf der Goldoberfläche selbst, sondern auch mit den auf der Oberfläche befindlichen Verbindungen reagiert haben.

A carbene insertion approach to functionalised poly(ethylene oxide)-based gels

Carbenes photogenerated from the novel bisdiazirine, 1, 3-bis(3-(trifluoromethyl)diazirin-3-yl) benzene 1, have been applied successfully to cross-linking of mono-methyl poly(ethylene oxide) (MePEO5000) in the presence of dichloromethane, leading to the simultaneous incorporation of alkylhalide functionalities. The PEO-based gels swell in a wide range of solvents with polarity index values varying from 3.1 to 9.0. Reaction of the alkylhalide functionalities present in the gels with 4-phenylazophenol provided loading capacities of up to 0.20 mmol g(-1) and demonstrated the potential of these materials for gel-phase synthesis applications. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.