Cyclopentadienylmagnesium complexes in homogeneous catalysis

Abstract

The present dissertation deals with the synthesis and characterization of two different types of complexes: magnesocenophanes and ansa-half-sandwich magnesium complexes. The synthesized compounds were structurally and spectroscopically characterized and their electronic properties, such as Lewis acidities, were investigated by DFT calculations. Following the successful synthesis and characterization of these magnesium complexes, their catalytic activity in dehydrocoupling and hydroelementation reactions was explored. In dehydrocoupling catalysis, magnesocenophanes and ansa-half-sandwich magnesium complexes are the first cyclopentadienyl-based magnesium complexes which show high catalytic activity at ambient conditions. In hydroelementation reactions, the catalytic activity of the ansa-half-sandwich magnesium complexes was tested in different hydroboration reactions, as well as in intramolecular hydroamination and hydroacetylenation reactions. The compounds succeeded in catalyzing the ring closing hydroamination as well as in the addition of phenylacetylene to different carbodiimides. Possible mechanisms of the catalytic reactions were investigated by DFT calculations, assisted by kinetic studies.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung zweier unterschiedlicher Komplex-Typen: Magnesocenophanen und ansa-Halbsandwich-Magnesium-Komplexen. Die synthetisierten Verbindungen wurden strukturell und spektroskopisch charakterisiert und ihre elektronischen Eigenschaften, wie beispielsweise die Lewis Acidität, wurden mittels DFT Rechnungen untersucht. Nach der erfolgreichen Synthese der Magnesocenophane und ansa-Halbsandwich-Komplexe, wurde ihre katalytische Aktivität in Dehydrokupplungs- und Hydroelementierungsreaktionen getestet. Im Bereich der Dehydrokupplungskatalyse sind die Magnesocenophane und ansa-Halbsandwich-Komplexe die ersten Cyclopentadienyl-basierten Magnesium Katalysatoren, die eine hohe katalytische Aktivität unter Standard-Bedingungen zeigen. Im Bereich der Hydroelementierungsreaktionen wurde die katalytische Aktivität der ansa-Halbsandwich Magnesium Komplexe in Hydroborierungsreaktionen getestet, sowie in intramolekularen Hydroaminierungen und Hydroacetylenierungen. Die Verbindungen konnten sowohl die Ringschluss-Hydroaminierung als auch die Addition von Phenylacetylen an Carbodiimide erfolgreich katalysieren. Die Mechanismen, die der Katalyse zugrunde liegen, wurden mithilfe von DFT-Rechnungen und kinetischen Studien untersucht.