Structural Characterization and Lifetimes of Triple‐Stranded Helical Coinage Metal Complexes: Synthesis, Spectroscopy and Quantum Chemical Calculations

This work reports on a series of polynuclear complexes containing a trinuclear Cu, Ag, or Au core in combination with the fac-isomer of the metalloligand [Ru(pypzH)$_{3}$](PF$_{6}$)$_{2}$ (pypzH=3-(pyridin-2-yl)pyrazole). These (in case of the Ag and Au containing species) newly synthesized compounds of the general formula [{Ru(pypz)$_{3}$}$_{2}$M$_{3}$](PF$_{6}$) (2: M=Cu; 3: M=Ag; 4: M=Au) contain triple-stranded helical structures in which two ruthenium moieties are connected by three N-M-N (M=Cu, Ag, Au) bridges. In order to obtain a detailed description of the structure both in the electronic ground and excited states, extensive spectroscopic and quantum chemical calculations are applied. The equilateral coinage metal core triangle in the electronic ground state of 2–4 is distorted in the triplet state. Furthermore, the analyses offer a detailed description of electronic excitations. By using time-resolved IR spectroscopy from the microsecond down to the nanosecond regime, both the vibrational spectra and the lifetime of the lowest lying electronically excited triplet state can be determined. The lifetimes of these almost only non-radiative triplet states of 2–4 show an unusual effect in a way that the Au-containing complex 4 has a lifetime which is by more than a factor of five longer than in case of the Cu complex 2. Thus, the coinage metals have a significant effect on the electronically excited state, which is localized on a pypz ligand coordinated to the Ru atom indicating an unusual cooperative effect between two moieties of the complex

Chromium(0) and Molydenum(0) Complexes with a Pyridyl-Mesoionic Carbene Ligand: Structural, (Spectro)electrochemical, Photochemical, and Theoretical Investigations

This work reports on the synthesis and in-depth electrochemical and photochemical characterization of two chromium(0) and molydenum(0) metal complexes with bidentate pyridyl-mesoionic carbene (MIC) ligands of the 1,2,3-triazol-5-ylidene type and carbonyl coligands. Metal complexes with MIC ligands have turned out to have very promising electrocatalytic and photochemical properties, but examples of MIC-containing complexes with early-transition-metal centers remain extremely rare. The electrochemistry of these new MIC complexes was studied by cyclic voltammetry and especially spectroelectrochemistry in the IR region consistent with a mainly metal-centered oxidation, which is fully reversible in the case of the chromium(0) complex. At the same time, the two reduction steps are predominantly ligand-centered according to the observed near-IR absorbance, with the first reduction step being reversible for both systems. The results of the electron paramagnetic resonance studies on the oxidized and reduced species confirm the IR spectroelectrochemistry experiments. The photochemical reactivity of the complexes with a series of organic ligands was investigated by time-resolved (step-scan) Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. Interestingly, the photoreactions in pyridine and acetonitrile are fully reversible with a slow dark reverse reaction back to the educt species over minutes and even hours, depending on the metal center and reagent. This reversible behavior is in contrast to the expected loss of one or several CO ligands known from related homoleptic as well as heteroleptic M(CO)4L2 α-diimine transition-metal complexes.Fil: Bens, Tobias. Universitat Stuttgart; AlemaniaFil: Boden, Pit. Freie Universität Berlin; AlemaniaFil: Di Martino-Fumo, Patrick. Freie Universität Berlin; AlemaniaFil: Beerhues, Julia. Universitat Stuttgart; AlemaniaFil: Albold, Uta. Freie Universität Berlin; AlemaniaFil: Sobottka, Sebastian. Universitat Stuttgart; AlemaniaFil: Neuman, Nicolás Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Gerhards, Markus. Freie Universität Berlin; AlemaniaFil: Sarkar, Biprajit. Universitat Stuttgart; Alemani

Investigation of Luminescent Triplet States in Tetranuclear Cu-I Complexes : Thermochromism and Structural Characterization

To develop new and flexible Cu-I containing luminescent substances, we extend our previous investigations on two metal-centered species to four metal-centered complexes. These complexes could be a basis for designing new organic light-emitting diode (OLED) relevant species. Both the synthesis and in-depth spectroscopic analysis, combined with high-level theoretical calculations are presented on a series of tetranuclear Cu-I complexes with a halide containing Cu4X4 core (X=iodide, bromide or chloride) and two 2-(diphenylphosphino)pyridine bridging ligands with a methyl group in para (4-Me) or ortho (6-Me) position of the pyridine ring. The structure of the electronic ground state is characterized by X-ray diffraction, NMR, and IR spectroscopy with the support of theoretical calculations. In contrast to the para system, the complexes with ortho-substituted bridging ligands show a remarkable and reversible temperature-dependent dual phosphorescence. Here, we combine for the first time the luminescence thermochromism with time-resolved FTIR spectroscopy. Thus, we receive experimental data on the structures of the two triplet states involved in the luminescence thermochromism. The transient IR spectra of the underlying triplet metal/halide-to-ligand charge transfer (M-3/XLCT) and cluster-centered ((CC)-C-3) states were obtained and interpreted by comparison with calculated vibrational spectra. The systematic and significant dependence of the bridging halides was analyzed.Peer reviewe

Cooperativity‐Driven Reactivity of a Dinuclear Copper Dimethylglyoxime Complex

In this report, we present the dinuclear copper(II) dimethylglyoxime (H$_2$dmg) complex [Cu$_2$(H$_2$dmg)(Hdmg)(dmg)]$^+$ (1), which, in contrast to its mononuclear analogue [Cu(Hdmg)$_2$] (2), is subject to a cooperativity-driven hydrolysis. The combined Lewis acidity of both copper centers increases the electrophilicity of the carbon atom in the bridging μ$_2$-O−N=C-group of H$_2$dmg and thus, facilitates the nucleophilic attack of H2O. This hydrolysis yields butane-2,3-dione monoxime (3) and NH$_2$OH that, depending on the solvent, is then either oxidized or reduced. In ethanol, NH$_2$OH is reduced to NH$_4$$^+$, yielding acetaldehyde as the oxidation product. In contrast, in CH$_3$CN, NH$_2$OH is oxidized by Cu$^{II}$ to form N$_2$O and [Cu(CH$_3$CN)4]$^+$. Herein are presented the combined synthetic, theoretical, spectroscopic and spectrometric methods that indicate and establish the reaction pathway of this solvent-dependent reaction

Highly soluble fluorine containing Cu(i) AlkylPyrPhos TADF complexes

Luminescent Cu(i) AlkylPyrPhos complexes with a butterfly-shaped Cu2I2 core and halogen containing ancillary ligands, with a special focus on fluorine, have been investigated in this study. These complexes show extremely high solubilities and a remarkable (photo)chemical stability in a series of solvents. A tunable emission resulting from thermally activated delayed fluorescence with high quantum yields was determined by luminescence and lifetime investigations in solvents and solids. Structures of the electronic ground states were analyzed by single crystal X-ray analysis. The structure of the lowest excited triplet state was determined by transient FTIR spectroscopy, in combination with quantum chemical calculations. With the obtained range of compounds we address the key requirement for the production of organic light emitting diodes based on solution processing.Peer reviewe

Investigation of the excited state dynamics of transition metal complexes by time-resolved step-scan FTIR and luminescence spectroscopy

In dieser Arbeit wurden photoaktive Übergangsmetallkomplexe mit häufig vorkommenden Metallen wie Chrom, Vanadium und Kupfer untersucht. Hierbei wurden ausgewählte Exemplare mit besonders interessanten photophysikalischen und photochemischen Eigenschaften in Bezug auf praktische Anwendungen spektroskopisch charakterisiert. Über statische und insbesondere zeitaufgelöste FTIR- und Lumineszenzspektroskopie wurde ein tieferes Verständnis der Dynamik nach Lichtanregung erzielt. Das Hauptziel dieser Forschung besteht darin seltene und teure Elemente wie Ruthenium und Iridium gegen häufigere Metalle zu ersetzen. In diesem Zusammenhang wurden mononukleare, oktaedrische Chrom(III)- und Vanadium(III)-Komplexe mit Polypyridylliganden, die im Arbeitskreis von Prof. Dr. Katja Heinze synthetisiert wurden, spektroskopisch charakterisiert. Diese Systeme zeigen vielversprechende Lumineszenzeigenschaften mit einer roten bzw. nahinfraroten Phosphoreszenz, wobei bei tiefen Temperaturen besonders hohe Quantenausbeuten und längere Lebensdauern beobachtet werden konnten. Außerdem wurden einkernige Chrom(0)-, Molybdän(0)- und Wolfram(0)-Komplexe spektroskopisch charakterisiert, die allesamt im Arbeitskreis von Prof. Dr. Biprajit Sarkar synthetisiert wurden. Es sind mononukleare Komplexe mit Pyridyl-Carben-Liganden und Carbonyl-Coliganden mit einer dualen Phosphoreszenz (Emissionsbande im roten und nahinfraroten Bereich), wobei sich die niederenergetische Bande interessanterweise bis 1300 nm erstreckt. Außerdem zeigen die drei Komplexe bei intensiver Bestrahlung mit sichtbarem oder UV-Licht in organischer Lösung eine photochemische Reaktivität. Als weitere vielversprechende Luminophore (sichtbare Emission) wurden Kupfer(I)-Komplexe analysiert, die für organische Leuchtdioden relevant sind. Einerseits wurden zweikernige Systeme mit einer zentralen Cu2I2-Einheit untersucht, die sich durch eine Fluorierung an den Phosphin-Hilfsliganden von den Derivaten aus Vorarbeiten unterscheiden. Die Systeme wurden im Arbeitskreis von Prof. Dr. Stefan Bräse zur Verbesserung der Löslichkeit im Vergleich zu unfluorierten Derivaten entwickelt. Die spektroskopischen Befunde dieser Arbeit zeigen, dass insbesondere die Einführung von Trifluormethylgruppen nicht nur die Löslichkeit, sondern auch die Stabilität verbessert. Andererseits wurden vierkernige Komplexe mit näherungsweise oktaedrischen Cu4X4-Clustern (X = I, Br, Cl) charakterisiert, wobei sich teilweise eine stark thermochrome Lumineszenz mit zwei klar separierten roten bzw. blauen Phosphoreszenzbanden ergab. Der Ursprung dieser Thermochromie konnte erstmalig auf experimentellem Weg den starken strukturellen Veränderung innerhalb des Cu4X4-Clusters zugeordnet werden. Außerdem sind Kupfer(I)-Komplexe vielversprechende Kandidaten zur Verwendung als Photosensibilisatoren. Bei einem vom Arbeitskreis von Dr. Michael Karnahl zu Verfügung gestellten Kupfer(I)-Einkerner mit einem Liganden mit ausgedehntem -System ergab sich ein langlebiger, nicht-strahlender Triplett-Zustand. In einem verwandten Projekt wurden ein- und zweikernige Kupfer(I)-Komplexe untersucht, die im Arbeitskreis von Dr. Claudia Bizzarri synthetisiert wurden. Der Fokus lag hierbei auf dem Einfluss einer Dimerisierung (kovalente Verbindung zweier mononuklearer Komplexe) oder einer Protonierung eines Liganden auf die photophysikalischen Eigenschaften

Investigation of the excited state dynamics of transition metal complexes by time-resolved step-scan FTIR and luminescence spectroscopy

In dieser Arbeit wurden photoaktive Übergangsmetallkomplexe mit häufig vorkommenden Metallen wie Chrom, Vanadium und Kupfer untersucht. Hierbei wurden ausgewählte Exemplare mit besonders interessanten photophysikalischen und photochemischen Eigenschaften in Bezug auf praktische Anwendungen spektroskopisch charakterisiert. Über statische und insbesondere zeitaufgelöste FTIR- und Lumineszenzspektroskopie wurde ein tieferes Verständnis der Dynamik nach Lichtanregung erzielt. Das Hauptziel dieser Forschung besteht darin seltene und teure Elemente wie Ruthenium und Iridium gegen häufigere Metalle zu ersetzen. In diesem Zusammenhang wurden mononukleare, oktaedrische Chrom(III)- und Vanadium(III)-Komplexe mit Polypyridylliganden, die im Arbeitskreis von Prof. Dr. Katja Heinze synthetisiert wurden, spektroskopisch charakterisiert. Diese Systeme zeigen vielversprechende Lumineszenzeigenschaften mit einer roten bzw. nahinfraroten Phosphoreszenz, wobei bei tiefen Temperaturen besonders hohe Quantenausbeuten und längere Lebensdauern beobachtet werden konnten. Außerdem wurden einkernige Chrom(0)-, Molybdän(0)- und Wolfram(0)-Komplexe spektroskopisch charakterisiert, die allesamt im Arbeitskreis von Prof. Dr. Biprajit Sarkar synthetisiert wurden. Es sind mononukleare Komplexe mit Pyridyl-Carben-Liganden und Carbonyl-Coliganden mit einer dualen Phosphoreszenz (Emissionsbande im roten und nahinfraroten Bereich), wobei sich die niederenergetische Bande interessanterweise bis 1300 nm erstreckt. Außerdem zeigen die drei Komplexe bei intensiver Bestrahlung mit sichtbarem oder UV-Licht in organischer Lösung eine photochemische Reaktivität. Als weitere vielversprechende Luminophore (sichtbare Emission) wurden Kupfer(I)-Komplexe analysiert, die für organische Leuchtdioden relevant sind. Einerseits wurden zweikernige Systeme mit einer zentralen Cu2I2-Einheit untersucht, die sich durch eine Fluorierung an den Phosphin-Hilfsliganden von den Derivaten aus Vorarbeiten unterscheiden. Die Systeme wurden im Arbeitskreis von Prof. Dr. Stefan Bräse zur Verbesserung der Löslichkeit im Vergleich zu unfluorierten Derivaten entwickelt. Die spektroskopischen Befunde dieser Arbeit zeigen, dass insbesondere die Einführung von Trifluormethylgruppen nicht nur die Löslichkeit, sondern auch die Stabilität verbessert. Andererseits wurden vierkernige Komplexe mit näherungsweise oktaedrischen Cu4X4-Clustern (X = I, Br, Cl) charakterisiert, wobei sich teilweise eine stark thermochrome Lumineszenz mit zwei klar separierten roten bzw. blauen Phosphoreszenzbanden ergab. Der Ursprung dieser Thermochromie konnte erstmalig auf experimentellem Weg den starken strukturellen Veränderung innerhalb des Cu4X4-Clusters zugeordnet werden. Außerdem sind Kupfer(I)-Komplexe vielversprechende Kandidaten zur Verwendung als Photosensibilisatoren. Bei einem vom Arbeitskreis von Dr. Michael Karnahl zu Verfügung gestellten Kupfer(I)-Einkerner mit einem Liganden mit ausgedehntem -System ergab sich ein langlebiger, nicht-strahlender Triplett-Zustand. In einem verwandten Projekt wurden ein- und zweikernige Kupfer(I)-Komplexe untersucht, die im Arbeitskreis von Dr. Claudia Bizzarri synthetisiert wurden. Der Fokus lag hierbei auf dem Einfluss einer Dimerisierung (kovalente Verbindung zweier mononuklearer Komplexe) oder einer Protonierung eines Liganden auf die photophysikalischen Eigenschaften

Structural Characterization and Lifetimes of Triple‐Stranded Helical Coinage Metal Complexes: Synthesis, Spectroscopy and Quantum Chemical Calculations

This work reports on a series of polynuclear complexes containing a trinuclear Cu, Ag, or Au core in combination with the fac-isomer of the metalloligand [Ru(pypzH)$_{3}$](PF$_{6}$)$_{2}$ (pypzH=3-(pyridin-2-yl)pyrazole). These (in case of the Ag and Au containing species) newly synthesized compounds of the general formula [{Ru(pypz)$_{3}$}$_{2}$M$_{3}$](PF$_{6}$) (2: M=Cu; 3: M=Ag; 4: M=Au) contain triple-stranded helical structures in which two ruthenium moieties are connected by three N-M-N (M=Cu, Ag, Au) bridges. In order to obtain a detailed description of the structure both in the electronic ground and excited states, extensive spectroscopic and quantum chemical calculations are applied. The equilateral coinage metal core triangle in the electronic ground state of 2–4 is distorted in the triplet state. Furthermore, the analyses offer a detailed description of electronic excitations. By using time-resolved IR spectroscopy from the microsecond down to the nanosecond regime, both the vibrational spectra and the lifetime of the lowest lying electronically excited triplet state can be determined. The lifetimes of these almost only non-radiative triplet states of 2–4 show an unusual effect in a way that the Au-containing complex 4 has a lifetime which is by more than a factor of five longer than in case of the Cu complex 2. Thus, the coinage metals have a significant effect on the electronically excited state, which is localized on a pypz ligand coordinated to the Ru atom indicating an unusual cooperative effect between two moieties of the complex

Time-Resolved Spectroscopy and Electronic Structure of Mono-and Dinuclear Pyridyl-Triazole/DPEPhos-Based Cu(I) Complexes

Publisher Copyright: © 2021 The Authors. Chemistry - A European Journal published by Wiley-VCH GmbHChemical and spectroscopic characterization of the mononuclear photosensitizers [(DPEPhos)Cu(I)(MPyrT)](0/+) (CuL, CuLH) and their dinuclear analogues (Cu2L', Cu2L'H-2), backed by (TD)DFT and high-level GW-Bethe-Salpeter equation calculations, exemplifies the complex influence of charge, nuclearity and structural flexibility on UV-induced photophysical pathways. Ultrafast transient absorption and step-scan FTIR spectroscopy reveal flattening distortion in the triplet state of CuLH as controlled by charge, which also appears to have a large impact on the symmetry of the long-lived triplet states in Cu2L' and Cu2L'H-2. Time-resolved luminescence spectroscopy (solid state), supported by transient photodissociation spectroscopy (gas phase), confirm a lifetime of some tens of mu s for the respective triplet states, as well as the energetics of thermally activated delayed luminescence, both being essential parameters for application of these materials based on earth-abundant copper in photocatalysis and luminescent devices.Peer reviewe

NIR-Emissive Chromium(0), Molybdenum(0), and Tungsten(0) Complexes in the Solid State at Room Temperature

The development of NIR emitters based on earth-abundant elements is an important goal in contemporary science. We present here Cr(0), Mo(0), and W(0) carbonyl complexes with a pyridyl-mesoionic carbene (MIC) based ligand. A detailed photophysical investigation shows that all the complexes exhibit dual emissions in the VIS and in the NIR region. The emissive excited states are assigned to two distinct triplet states by time-resolved emission and step-scan FTIR spectroscopy at variable temperature, supported by density functional theory. In particular, the NIR emissive triplet state exhibits unprecedented lifetimes of up to 600±10 ns and quantum yields reaching 1.7 ⋅ 10−4 at room temperature. These are the first examples of Cr(0), Mo(0) and W(0) complexes that emit in the NIR II region