Phosphonate ligands in extended inorganic hybrids and as radical units in complexes

Phosphonatliganden in erweiterten anorganischen Hybridmaterialien undrnals Radikalträgern in KomplexenrnrnAnorganisch-organische Hybridmaterialien sind in der Regel extrem vielseitig. Die systematische Darstellung von niederdimensionalen Materialien (eindimensionale Kettenverbindungen oder zweidimensionalen Schichtverbindungen) mit einer Kontrolle über die Art der Verbindung,rnbietet neue Möglichkeiten im Bereich des molekularen Magnetismus. Hier im Fall von Metall-Phosphonat Verbindungen in erweiterten anorganischen Hybriden wurde der pH - Wert während der Reaktion eingestellt, wodurch der Grad der Protonierung des Phosphonatliganden kontrolliert wurde. Aufgrund der Tatsache, dass alle erhaltenen Metall Phosphonatverbindungen neutral waren, konnte das Ligand zu Metallverhältnis erstmals vorhergesagt werden. So wurden mehrere neue Metall–Phosphonat Verbindungen im Bereich von Null-dimensionalen (I0O0, Co-Kristallisation von M(H2O)6 mitrndeprotonierten Phosphonatligand), über eindimensionalen (I1O0, Kettenstrukturen) bis hin zu zweidimensionalen (I2O0, Schichtstrukturen) ausführlich diskutiert in Bezug auf ihr magnetisches Verhalten. Im Allgemeinen sind die erwarteten Austauschwechselwirkungen in einem erweiterten anorganischen Hybridmaterial stark, weil oft ein Superaustausch durch ein einzelnes Sauerstoffatom möglich ist. Hier waren oft mehrere konkurrierende Austauschwechselwirkungen vorhanden, so dass kompliziertere magnetische Verhalten beobachtet wurden.rnrnDarüber hinaus wurden drei neue Beispiele von Nitronyl-Nitroxidradikale dargestellt, in denen eine zusätzliche saure Funktionalität eingeführt war. Die Auswirkungen des sauren Charakters der zusätzlich eingeführten Sulfonsäure oder Phosphonsäure-Gruppe auf das Nitronyl-Nitroxidradikal wurden im Detail zum ersten Mal untersucht. Die mit der Phosphonsäure-Gruppe versehenen Nitronyl-Nitroxidradikale sind perfekte Proben für die Untersuchung einer Spin-Verschiebung in Nitronyl-Nitroxidradikale durch EPR-Spektroskopie, aufgrund des eingeführten Phosphors. Auch der Protonierungsgrad der zusätzlich eingeführten Phosphonsäure-Gruppe wurde berücksichtigt. In dieser Arbeit wurden die ersten Metallkomplexe der neuen substituierten sauren Nitronyl-Nitroxidradikale vorgestellt. Die Koordination von Nickel(II) Metallionen an die saure, zweite funktionelle Gruppe des Nitronyl–Nitroxid Radikal wurde beschrieben. Die magnetische Austauschwechselwirkung der Metallionen untereinander und die Metall-Radikal-Austauschwechselwirkungen wurden untersucht. rnrnIm Allgemeinen können interessante molekulare magnetische Materialien dadurch dargestellt werden, dass die Dimension der Metall-Phosphonat-Verbindungen als Beispiele für die erweiterten anorganischen Hybridmaterialien gesteuert werden kann. Mit Nitronyl-Nitroxidradikale als organische Liganden können in Zukunft noch mehr Spin-Träger in anorganisch-organischen Gerüstmaterialien integriert werden um die magnetischen Eigenschaften zu verbesseren.rn

Contents of metal cations exchange capacity of ore minerals in ferromanganese micronodules from the Atlantic, Indian and Pacific Oceans

Results of experimental studies of ion exchange properties of manganese and iron minerals in micronodules from diverse bioproductive zones of the World Ocean were considered. It was found that sorption behavior of these minerals was similar to that of ore minerals from ferromanganese nodules and low-temperature hydrothermal crusts. The exchange complex of minerals in the micronodules includes the major (Na**+, K**+, Ca**2+, Mg**2+, and Mn**2+) and subordinate (Ni**2+, Cu**2+, Co**2+, Pb**2+, and others) cations. Reactivity of theses cations increases from Pb**2+ and Co**2+ to Na**+ and Ca**2+. Exchange capacity of micronodule minerals increases from alkali to heavy metal cations. Capacity of iron and manganese minerals in oceanic micronodules increases in the following series: goethite < goethite + birnessite < todorokite + asbolane-buserite + birnessite < asbolane-buserite + birnessite < birnessite + asbolane-buserite < birnessite + vernadite ~= Fe-vernadite + Mn-feroxyhyte. Obtained data supplement available information on ion exchange properties of oceanic ferromanganese sediments and refine the role of sorption processes in redistribution of metal cations at the bottom water - sediment interface during micronodule formation and growth.

Isostructural M(RL)(2)(hfac)(2) complexes with RL=5-(4-[N-tert-butyl-N-aminoxyl]phenyl)pyrimidine

5-(4-(N-tert-Butyl-N-aminoxylphenyl)) pyrimidine (RL, 4PPN) forms crystallographically isostructural and isomorphic pseudo-octahedral M(RL)(2)(hfac)(2) complexes with M(hfac)(2), M = Zn, Cu, Ni, Co, and Mn. Multiple close contacts occur between sites of significant spin density of the organic radical units. Magnetic behavior of the Zn, Cu, Ni, Co complexes appears to involve multiple exchange pathways, with multiple close crystallographic contacts between sites that EPR (of 4PPN) indicates to have observable spin density. Powder EPR spectra at room temperature and low temperature are reported for each complex. Near room temperature, the magnetic moments of the complexes are roughly equal to those expected by a sum of non-interacting moments (two radicals plus ion). As temperature decreases, AFM exchange interactions become evident in all of the complexes. The closest fits to the magnetic data were found for a 1-D Heisenberg AFM chain model in the Zn(II) complex (J/k = (-)7 K), and for three-spin RL-M-RL exchange in the other complexes (J/k = (-)26 K, (-)3 K, (-) 6 K, for Cu(II), Ni(II), and Co(II) complexes, respectively). (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Magnetische Wechselwirkung Spin-Austauschgekoppelter Systeme mit Nitroxid und Nitronyl-Nitroxid Radikalen

Bei der Untersuchung molekularer magnetischer Materialien spielen Metall-Radikal Verbindungen eine bedeutende Rolle. Ein Forschungsschwerpunkt stützt sich auf die Familie der Nitronyl-Nitroxid (NIT) Radikale, die sich durch eine hohe chemische Stabilität auszeichnen. Im sogenannten „Metall-Radikal Ansatz“ wurden die starken Austauschwechselwirkungen zwischen stabilen Radikalen und Übergangsmetallionen in mehrdimensionalen Netzwerken ausgiebig untersucht. Um diese Netzwerke mit NIT Radikalen aufzubauen, müssen zusätzliche funktionelle Gruppen, mit einem Abstand zur spintragenden Einheit, in das Molekül eingebaut werden. Dies kann zu einer zusätzlichen schwachen Spinaustauschwechselwirkung führen. Um diese Wechselwirkung zwischen Metalldimeren mit einem einzelnen Benzoat annalogen NIT-Radikal zu untersuchen, wurden dimere Mangan(II), Kobalt(II) und Zink(II) Komplexe mit dem Chelatliganden N,N,N',N'-Tetrakis(2-benzimid-azolylalkyl)-2-hydroxy-1,3-diamino-propan synthetisiert und zusätzlich über eine periphere Carboxylat Gruppe eines NIT Radikals verbrückt.rnDie Messungen der magnetischen Suszeptibilität weisen auf eine dominante antiferromagnetische Wechselwirkung in der Metall-Radikal Verbindung hin, bei der es sich um die Spin-Austauschwechselwirkung innerhalb des Metalldimers handelt. Durch den Vergleich mit analogen Nitrobenzoat- verbrückten Mangan(II) und Kobalt(II) Verbindungen konnte gezeigt werden, dass keine Metall-Radikal Wechselwirkung beobachtet wird, obwohl eine Wechselwirkung der pi*-orbitale mit den delokalisierten pi-System des Phenylrings durch Spin-Polarisation grundsätzlich möglich ist. Auch ESR - Messungen bestätigen dies, da der Spingrundzustand das anisotrope Signal des freien NIT Radikals aufweist. Das Radikal verhält sich somit wie ein isoliertes S=1/2 Spin-Zentrum, was zusätzlich durch DFT-Rechnungen bekräftigt werden konnte. Zusammenfassend führt also die Koordination eines NIT-Benzoats an ein antiferromagnetisch gekoppeltes Metalldimer nur zur Anhebung des Spingrundzustandes und hat keinen signifikanten Effekt auf die Austauschwechselwirkung. Um trotzdem eine Metall-Radikal Wechselwirkung beobachten zu können, ist es notwendig Koordinationsverbindungen zu synthetisieren in denen hohe Spingrundzustände besetzt werden. Dies trifft auf das analoge Kupferdimer zu, wofür eine ferromagnetische Wechselwirkung zu beobachten ist.rnNach den Regeln der Spin-Polarisation müsste die Verkürzung des Austauschpfades um eine Bindung zu einer Umkehrung des Vorzeichens der magnetischen Wechselwirkung führen. Diese Verkürzung kann man durch die Verwendung des alternativen stabilen NOA-Radikals (tert-Butyl Nitroxid) erreichen. Sowohl das NIT als auch das NOA-Radikal werden an ein Kupfer(II)-dimer koordiniert, das durch die Verwendung des oben erwähnten N6O-Liganden gebildet wurde. In der Modellverbindung, ohne einen paramagnetischen Substituenten am Benzoat, zeigen die Kupferionen eine ferromagnetische Wechselwirkung mit einem Triplett Grundzustand, dessen Existenz durch die Messung der magnetischen Suszeptibilität und ESR-Spektroskopie belegt werden kann. Aufgrund der nahezu identischen Koordinationsumgebung bleibt bei allen synthetisierten Verbindungen die Kupfer-Kupfer Wechselwirkung dabei gleich. Die Daten von ESR und magnetischen Messungen zeigen weiterhin auf eine signifikante zusätzliche Metall-Radikal Wechselwirkung hin. Bei der NIT-Verbindung ist diese Austauschwechselwirkung schwach antiferromagnetisch, während die NOA-Verbindung eine schwache ferromagnetische Kopplung aufzeigt. Diese Resultate können durch DFT Rechnungen bekräftigt werden. Der Vorzeichenwechsel des Kopplungsparameters kann durch die Verkürzung des Austauschpfades vom NIT zum NOA-Benzoat um eine Bindung erklärt werden. Durch die Wahl von geeigneten Radikal- Liganden und Metallionen, zeigt sich die Möglichkeit, Systeme zu erzeugen, in denen die Radikal-Metall Wechselwirkung auch über größere Distanzen den Spin-Grundzustand des gesamten Systems signifikant beeinflussen kann. die Anwendung dieses Konzeptes auf Metall-Radikal Cluster System sollte Von großem Interesse sein.rn

Triarylamminium radical-cation complexes: design and magnetic properties and Base-catalyzed hydrosilylation: mechanism and substrate scope

1. Triarylamminium radical-cation complexes. The detailed study of manganese, copper and nickel metal-radical complexes with triarylamminium ligands was conducted. Stable, neutral and pseudo-octahedral coordination monometallic complexes with simple monodentate 2,2`-bipyridine ligand containing a redox-active N,N`-(4,4`-dimethoxydiphenyl-amino) substituent were synthesized and fully characterized. The one-electron oxidation process and formation of persistent radical-cation complexes was observed by cyclic voltammetry and spectroelectrochemical measurements. Evans method measurements were performed with radical-cation complexes generated by chemical one-electron oxidation with NOPF6 in acetonitrile. The experimental results indicate ferromagnetic coupling between metal and triarylamminium cation in manganese (II) complex and antiferromagnetic coupling in nickel (II) complex. This data is supported by DFT calculations which also lend weight to the  spin polarization mechanism as an operative model for magnetic exchange coupling. Neutral bimetallic complexes with a new ditopic ligand were synthesized and fully characterized, including magnetic and electrochemical studies. Chemical oxidation of these precursor complexes did not generate radical-cations, but dicationic complexes, which was confirmed by UV-vis and EPR-experiments, as well as varied temperature magnetic measurements. DFT calculations for radical-cation complexes are included. A synthetic pathway for polytopic ligand with multiple redox-active triarylamine sites was developed. The structure of the ligand is presumably suitable for -spin polarization exchange model and allows for production of polymetallic complexes having high spin ground states. 2. Base-catalyzed hydrosilylation. A simple reductive base-catalyzed hydrosilation of aldehydes and ketones was adapted to the use of the cheap, safe, and non-toxic polymethylhydrosiloxane (PMHS) instead of the common PhSiH3 and (EtO)3SiH, which present significant cost and safety concerns, respectively. The conversion of silane into pentacoordinate silicate species upon addition of a base was studied in details for the cases of phenyl silane and PMHS and is believed to be essential for the hydrosilylation process. We discovered that nucleophiles (a base or fluoride-anion) induced the rearrangement of PMHS and TMDS into light silanes: MeSiH3 and Me2SiH2, respectively. The reductive properties of PMHS under basic conditions can be attributed to the formation of methyl silane and its conversion into a silicate species. A procedure for the generation of methyl silane and its use in further efficient reductions of aldehydes and ketones has been developed. The protocol was extended to the selective reduction of esters and tertiary amides into alcohols and aldimines into amines with good isolated yields and reduction of heterocyclic compounds was attempted.

'Tetol': a stereo-rigid four-strand motif for alkali and alkaline earth metal ion coordination

The tetraalcohol 2,3,5,6-endo,endo,endo,endo-tetrakis(hydroxymethyl]bicyclo[2.2.1]heptane (tetol, 1) has been prepared and crystallises readily as the lithium(I) complex [Li(1)(2)]Cl, forming an oligomeric multi-chain structure in which pairs of alcohols from two crystallographically independent tetol molecules bind lithium ions tetrahedrally. However, formation of monomeric structures in solution is inferred from electrospray mass spectroscopy, which has also shown evidence of exchange of lithium ion in the complexed species by added alkaline earth ions. (C) 2000 Elsevier Science S.A. All rights reserved.

Modellkomplexe zur Untersuchung der Radikal-Metall-Wechselwirkung innerhalb des wasseroxidierenden Zentrums im Photosystem II

Im Rahmen dieser Arbeit wurden zweikernige Modellkomplexe zur Untersuchung der Radikal-Metallwechselwirkung innerhalb des wasseroxidierenden Zentrums des Photo¬systems II synthetisiert und eine magneto-strukturelle Korrelation dieser Komplexe erstellt. Als Liganden wurden diverse sechs- bis siebenzähnige Chelatliganden verwendet, welche über zwei Koordinationstaschen und eine verbrückende Phenolatgruppe verfügen. Zwei daran gebundene Manganionen liegen in einer wohl definierten Umgebung nicht koordinativ gesättigt vor. An die freien Koordinationsstellen können weitere ein bis zwei Brückenliganden binden, bei denen es sich in dieser Arbeit hauptsächlich um Carboxylate handelt. Durch die Verwendung eines diamagnetischen Brückenliganden konnte die magnetische Spin-Spin-Austauschwechselwirkung zwischen den spintragenden Manganionen über die verbrücken¬de Phenolatgruppe bestimmt werden. Komplexe, welche über Manganionen in den gleichen Oxidationsstufen, aber über unterschiedliche Carboxylatbrückenliganden verfügen, weisen ähnliche magnetische Austauschwechselwirkungen zwischen den Metallzentren auf. Diese Beobachtung konnte durch eine strukturelle Ähnlichkeit dieser Komplexe erklärt werden. Mittels Aufsummieren der Bindungslängen der verbrückenden Phenolateinheit zu beiden Zentralionen kann innerhalb dieser Komplexe jeweils die Länge des Wechselwirkungspfades erhalten werden, welcher die magnetische Austauschwechselwirkung maßgeblich beein¬flusst. Je länger der Wechselwirkungspfad ist, desto kleiner ist die Austausch¬wechsel¬wirkung. Durch Austausch der diamagnetischen Carboxylate durch paramagnetische benzoat¬substituierte Nitronyl Nitroxid Radikale wurden den Komplexen ein bis zwei weitere Spinzentren hinzugefügt, welche mit den Spins der Zentralionen wechselwirken können. Simulationen der magnetischen Suszeptibilitätsmessungen liefern Werte für die magneti¬schen Austausch¬wechselwirkungen zwischen den Nitronyl Nitroxid Radikalen und den Manganionen, die in allen Fällen schwach ferromagnetisch zwischen 0 und 4,7 cm-1 sind. In einer Auftragung dieser Austauschwechselwirkungen gegen die Mangan-Carboxylat-Bindungs¬längen von strukturell charakterisierten äquivalenten acetatverbrückten Komplexen, kann eine lineare Abhängigkeit gezeigt werden.

Distribuição de metais e caracterização das constantes de troca entre espécies metálicas e frações húmicas aquáticas de diferentes tamanhos moleculares

In this work the metal distribution and exchange constants between metal species and aquatic humic fractions with different molecular sizes were studied. The aquatic humic substances (AHS) were extracted by XAD-8 resin from water sample collected from Itapitanguí river, São Paulo State, Brazil. The AHS were fractionated in six fractions with different molecular sizes (>100 - <5 kDa) and characterized by several techniques. Molar ratios H/C suggested higher aromaticity for fractions F1 and F6 whereas molar ratios C/N didn´t show any differences regarding the humification degree between the fractions. The UV-Vis absorbance a254/a436 ratio showed higher results for F4 and F5, probably by less condensed features. FTIR studies showed high similarity in the functional groups in the fractions. The highest percentage of traces of Co, Al, Fe, Mn, Cu, Zn and Ni (determined by ICP-AES) was preferably complexed by fractions F3 and F4 with a greater amount of dissolved organic carbon (DOC). In addition, the exchange constants, determined by ultrafiltration method, showed complexes AHS-Fe and AHS-Al with higher stability than complexes AHS-Co in all fractions.

Distribuição de metais e caracterização das constantes de troca entre espécies metálicas e frações húmicas aquáticas de diferentes tamanhos moleculares

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

A concise enantioselective synthesis of (+)-endo-brevicomin accomplished by a tellurium/metal exchange reaction

A homoenolate generated by tellurium/lithium exchange reaction was employed in a straightforward enantioselective synthesis of (+)-endo-brevicomin in 70% yield and 84.4% e.e.

Static dipole polarizability of alkali-metal clusters: Electronic exchange and correlation effects

Nonlocal approximations for the electronic exchange and correlation effects are used to compute, within density-functional theory, the polarizability and surface-plasma frequencies of small jelliumlike alkali-metal clusters. The results are compared with those obtained using the local-density approximation and with available experimental data, showing the relevance of these effects in obtaining an accurate description of the surface response of metallic clusters.

The role of dynamical polarization of the ligand-to-metal charge transfer excitations in the ab initio determination of effective exchange parameters

The role of the bridging ligand on the effective Heisenberg coupling parameters is analyzed in detail. This analysis strongly suggests that the ligand-to-metal charge transfer excitations are responsible for a large part of the final value of the magnetic coupling constant. This permits us to suggest a variant of the difference dedicated configuration interaction (DDCI) method, presently one of the most accurate and reliable for the evaluation of magnetic effective interactions. This method treats the bridging ligand orbitals mediating the interaction at the same level than the magnetic orbitals and preserves the high quality of the DDCI results while being much less computationally demanding. The numerical accuracy of the new approach is illustrated on various systems with one or two magnetic electrons per magnetic center. The fact that accurate results can be obtained using a rather reduced configuration interaction space opens the possibility to study more complex systems with many magnetic centers and/or many electrons per center.

The role of dynamical polarization of the ligand-to-metal charge transfer excitations in the ab initio determination of effective exchange parameters

The role of the bridging ligand on the effective Heisenberg coupling parameters is analyzed in detail. This analysis strongly suggests that the ligand-to-metal charge transfer excitations are responsible for a large part of the final value of the magnetic coupling constant. This permits us to suggest a variant of the difference dedicated configuration interaction (DDCI) method, presently one of the most accurate and reliable for the evaluation of magnetic effective interactions. This method treats the bridging ligand orbitals mediating the interaction at the same level than the magnetic orbitals and preserves the high quality of the DDCI results while being much less computationally demanding. The numerical accuracy of the new approach is illustrated on various systems with one or two magnetic electrons per magnetic center. The fact that accurate results can be obtained using a rather reduced configuration interaction space opens the possibility to study more complex systems with many magnetic centers and/or many electrons per center.

Loops, Chains, Sheets, and Networks from Variable Coordination of Cu(hfac)(2) with a Flexibly Hinged Aminoxyl Radical Ligand

One pair of reactants, Cu(hfac)(2) = M and the hinge-flexible radical ligand 5-(3-N-tert-butyl-N-aminoxylphenyl)pyrimidine (3PPN = L), yields a diverse set of five coordination complexes: a cyclic loop M(2)L(1) dimer; a 1:1 cocrystal between an M(2)L(2) loop and an ML(2) fragment; a ID chain of M(2)L(2) loops linked by M; two 2D M(3)L(2) networks of (M-L)(n) chains crosslinked by M with different repeat length pitches; a 3D M(3)L(2) network of M(2)L(2) loops cross-linking (M-L)(n)-type chains with connectivity different from those in the 2D networks. Most of the higher dimensional complexes exhibit reversible, temperature-dependent spin-state conversion of high-temperature paramagnetic states to lower magnetic moment states having antiferromagnetic exchange within Cu-ON bonds upon cooling, with accompanying bond contraction. The 3D complex also exhibited antiferromagnetic exchange between Cu(II) ions linked in chains through pyrimidine rings.

Approach combining on-line metal exchange and tangential-flow ultrafiltration for in-situ characterization of metal species in humic hydrocolloids

This paper deals with the development and optimization of an analytical procedure using ultrafiltration and a flow-injection system, and its application in in-situ experiments to characterize the lability and availability of metal species in humic-rich hydrocolloids. The on-line system consists of a tangential flow ultrafiltration device equipped with a 3-kDa filtration membrane. The concentration of free ions in the filtrate was determined by atomic-absorption spectrometry, assuming that metals not complexed by aquatic humic substances (AHS) were separated from the complexed species (M-AHS) retained by the membrane. For optimization, exchange experiments using Cu(II) solutions and AHS solutions doped with the metal ions Ni(II), Mn(II), Fe(III), Cd (II), and Zn(II) were carried out to characterize the stability of the metal-AHS complexes. The new procedure was then applied in-situ at a tributary of the Ribeira do Iguape river (Iguape, São Paulo State, Brazil) and evaluated using the ions Fe(III) and Mn(II), which are considered to be essential constituents of aquatic systems. From the exchange between metal-natural organic matter (M-NOM) and the Cu(II) ions it was concluded that Cu(II) concentrations > 485 mu g L(-1) were necessary to obtain maximum exchange of the complexes Mn-NOM and Fe-NOM, corresponding to 100% Mn and 8% Fe. Moreover, the new analytical procedure is simple and opens up new perspectives for understanding the complexation, transport, stability, and lability of metal species in humic-rich aquatic environments.