Structure and Bonding Studies of Paramagnetic Metallocenes and Their Adducts of d- and f-block metals

  • Sterisch anspruchsvolle Cyclopentadienyl-Liganden wurden zur Stabilisierung neuer Mono(cyclopentadienyl) Verbindungen der schweren Erdalkalimetalle eingesetzt und deren Funktionalisierbarkeit dieser Spezies wurde exemplarisch durch die Synthese neutraler Tripeldecker-Sandwichkomplexe demonstriert. Die dabei ausgebildeten Molekülstrukturen lassen sich mittels DFT-Rechnungen zuverlässig vorhersagen. In diesem Zusammenhang wurde ebenfalls der Cyclononatetraenyl-Ligand, dessen Komplexeigenschaften bisher nur unzureichend untersucht wurden, eingesetzt. Im Rahmen dieser Arbeit gelang die Synthese des Bis(cyclononatetraenyl)bariums, Ba(C9H9)2, und dessen spektroskopische Charakterisierung. DFT-Rechnungen sagen für diesen Komplex eine Metallocenstruktur mit nahezu parallelen Ringen und einem Ba-Ring Abstand von 2.37 Å voraus. Durch den Einsatz des Tetraisopropylcyclopentadienyl (4Cp) und Tri(tert.-butyl)cyclopentadienyl (Cp’)-Liganden gelang die Synthese von Bis- und Monocyclopentadienyl-Verbindungen der frühen und späten Lanthanoide. Besonders interessant in diesem Zusammenhang ist die erfolgreiche Darstellung des Azido-Clusters, [Na(dme)3]2[4Cp6Yb6(N3)14] (4Cp= (Me2CH)4C5H), der die unterschiedlichen Koordinationsmöglichkeiten des Azido-Liganden in einem einzigen Komplex vereint. Vergleichbare Komplexe waren in der Organolanthanoidchemie bisher unbekannt. Durch Substitution am Cyclopentadienyl-System lassen sich dessen elektronische und sterische Eigenschaften signifikant verändern. Die Auswirkungen dieser Effekte können sehr eindrucksvoll an Manganocen-Komplexen demonstriert werden, in denen sich der low- und high-spin Zustand energetisch nur sehr wenig unterscheiden. Der elektronische Grundzustand einer Reihe unterschiedlich substituierter Manganocen-Komplexe wurde mittels Festkörpermagnetismus, ESR, Röntgenstrukturanalyse, EXAFS und variabler Temperatur UV-Vis Spektroskopie bestimmt, und mit dem Substitutionsmuster am Cyclopentadienyl-System korreliert. Spin-Gleichgewichte ließen sich für [(Me3C)C5H4]2Mn, [(Me3C)2C5H3]2Mn und [(Me3C)(Me3Si)C5H3]2Mn nachweisen. Theoretische Rechnungen postulieren, dass Cerocen, Ce(C8H8)2, ein Beispiel für Moleküle mit gemischt-konfiguriertem Grundzustand sei, der durch 80 % [(Ce)f1e2u(cot)e2u3] und 20 % [(Ce)f0e2u(cot)e2u4] beschreiben werden könne. Obwohl dieses Molekül bereits seit 1976 bekannt ist, ist dessen elektronische Struktur bis heute sehr umstritten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neue Synthesekonzepte für diese Verbindung entwickelt und die elektronische Struktur mittels magnetischer Messungen im Festkörper, EXAFS und XANES Studien untersucht. Die dabei erhaltenen Daten sind in sehr guter Übereinstimmung mit den theoretischen Rechnungen und belegen die Bedeutung eines gemischt-konfigurierten Grundzustandes bei der Bindung in Organometallkomplexen der f-Block Metalle. Während in Cerocen nur ein temperaturunabhängiger Paramagnetismus (TIP) beobachtet werden kann, findet man eine starke Temperaturabhängigkeit der magnetischen Suszeptibilität in Ytterbium Systemen des Typs Cp’2Yb(bipy’) [Cp´ und bipy´ sind substituierte Cyclopentadienyl- oder 4,4’-substituierter 2,2’-Bipyridyl-Liganden]. Temperaturabhängige XANES-Experimenten belegen, dass auch in diesen Systemen ein gemischt-konfigurierter Grundzustand vorliegt, der durch [(Yb)f14(bipy)b1()0] und [(Yb)f13(bipy)b1()1] beschreiben werden kann. Der relative Anteil beider Wellenfunktionen zum Grundzustand wird durch Substitution am 2,2’-Bipyridyl- oder Cyclopentadienyl-System signifikant beeinflusst. Modelle, mit denen sich dieses Verhalten qualitativ beschreiben lässt, wurden im Rahmen dieser Arbeit entwickelt. Ein kinetisch stabilisiertes, adduktfreies Titanocen wurde unter Verwendung des Di(tert.-butyl)cyclopentadienyl Liganden hergestellt und dessen Reaktivität gegenüber kleinen Molekülen, z.B. CO, N2 und H2 untersucht. Im Rahmen der Reaktivitätsstudien wurden ebenfalls 2,2’-Bipyridyl Addukte an das Cp’2Ti Fragment synthetisiert und deren magnetische Eigenschaften erforscht. Durch Variationen am 2,2’-Bipyridyl System lässt sich das Singlet-Triplet Splitting in diesem System gezielt steuern.

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Metadaten
Author:Marc D. Walter
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-19116
Advisor:Helmut Sitzmann
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:English
Year of Completion:2005
Year of Publication:2005
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2005/09/05
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Chemie
DDC-Cassification:540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften

$Rev: 12793 $