Neue Wege zu funktionalisierten Ferrocenylboranen und borhaltigen Oligoferrocenen

Der Einbau von Übergangsmetallionen in Polymerketten kann zu Materialien mit vielversprechenden optischen, elektronischen oder magnetischen Eigenschaften führen, wie sie auf der Basis konventioneller organischer Polymere nicht zu erzielen sind. Die für metallorganische Makromoleküle charakteristischen Eigenschaften resultieren vor allem aus der Vielfalt der Strukturtypen, die für Metallkomplexe auftreten, und in vielen Fällen aus kooperativen Effekten zwischen den Übergangsmetallzentren eines Polymerstranges. Gezieltes Materialdesign setzt daher neben einem grundlegenden Verständnis der Interaktion zwischen den Metallkomplexfragmenten die Fähigkeit voraus, diese durch geeignete Verknüpfungseinheiten so miteinander zu verbinden, dass Wechselwirkungen zwischen ihnen auftreten. Kooperative Phänomene lassen sich häufig bereits an kurzkettigen Oligomeren beobachten, die daher als Modellsysteme für die entsprechenden Polymere dienen. Vor diesem Hintergrund lag der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit auf der Synthese und Charakterisierung di- und trinuclearer Metallkomplexe. Darüber hinaus wurden aber auch entscheidende Fortschritte in Bezug auf die Synthese metallhaltiger Polymere auf der Basis ausgewählter Ferrocenderivate erzielt. Zur Darstellung der Zielverbindungen wurden sowohl etablierte Verknüpfungs-Konzepte genutzt als auch neue Syntheserouten entwickelt. Als wichtige Startverbindungen wurden die Ferrocenylborane FcBR2 und 1,1‘-fc(BR2)2 [Fc = (C5H5)Fe(C5H4), fc = Fe(C5H4)2, R = Br, H, CR‘3] eingesetzt, da sich deren Borylsubstituenten in vielfältiger Weise zur Verknüpfung der metallorganischen Bausteine nutzen lassen. Aufgrund der Lewis-sauren Eigenschaften der Borylsubstituenten können Ferrocenylborane mit difunktionellen organischen Lewis-Basen wie 4,4‘-Bipyridin oder Pyrazin zu Polymeren verknüpft werden. Um die Anzahl der Metallatome innerhalb derartiger Makromoleküle zu erhöhen, wurden im Rahmen dieser Arbeit erstmals metallorganische Lewis-Basen als Verknüpfungseinheiten eingesetzt. In dieser Hinsicht bieten sich 3,4-Dimethyl-1-phosphaferrocen und 3,3‘,4,4‘-Tetramethyl-1,1‘-diphosphaferrocen sowie Ferrocenyllithium und 1,1‘-Dilithioferrocen an, da in diesen Verbindungen das Lewis-basische Zentrum Bestandteil des Cyclopentadienylrings ist. Im Gegensatz zu Phosphaferrocenen bilden die starken Lewis-Basen Ferrocenyllithium und 1,1‘-Dilithioferrocen mit dem Ferrocenylboran FcBMe2 selbst in Lösung stabile Addukte (z. B. Fc2BMe2Li). Polymerisationsversuche mit den Edukten 1,1‘-(fcBMe2)2 und 1,1‘-Dilithioferrocen führen entgegen den Erwartungen jedoch nicht zu polymerem Material, sondern ergeben das borverbrückte [1.1]Ferrocenophan [{Fe-(C5H4)2}2{BMe2}2]Li2. Die Struktur von [{Fe-(C5H4)2}2{BMe2}2]Li2 im festen Zustand weist als hervorstechendstes Merkmal ein nacktes Lithium-Ion auf, das sich im Zentrum des Käfigs befindet. Dieses supramolekulare Aggregat ist auch in Lösung beständig. Werden jedoch beide Ferroceneinheiten oxidiert, verlässt das Li+-Ion den Makrozyklus, um nach vollständiger Reduktion von [{Fe-(C5H4)2}2{BMe2}2] wieder an seinen ursprünglichen Platz zurückzukehren. Komplementär zum Verknüpfungskonzept über dative Bor-Stickstoff-, Bor-Phosphor- und Bor-Kohlenstoff-Bindungen wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Kondensationsreaktion erarbeitet, die auf einfachem Wege zu kovalent verknüpften di- und oligonuclearen Ferrocenkomplexen führt. Bei der Umsetzung von FcBBr2 mit HSiEt3 beobachtet man eine Dimerisierungsreaktion, die unter Bildung von Fc2BBr verläuft. Einer entsprechenden Reaktion lässt sich auch 1,1‘-fc(BBr2)2 unterziehen, womit sich ein Weg zu Poly(ferrocenylenen) eröffnet, in denen die Ferroceneinheiten über dreifach koordiniertes Bar verknüpft sind ([-fcB(R)-]n, R = Br). Weitere Wege zu ferrocenhaltigen Polymeren mit Bar im Polymerrückgrat wurden durch die erfolgreiche Synthese der Ferrocenylborane FcBH2 und 1,1‘-fc(BH2)2 eröffnet, die in Form ihrer Lewis-Säure-Base-Addukte mit Dimethylethylamin [FcBH2 . NMe2Et; 1,1‘-fc(BH2 . NMe2Et)2] oder Dimethylsulfid [FcBH2 . SMe2; 1,1‘-fc(BH2.SMe2)2] isoliert werden konnten. FcBH2 . NMe2Et und FcBH2 . SMe2 erwiesen sich als aktive und selektive Hydroborierungsreagenzien. Durch Umsetzung mit aromatischen Dialkinen werden dadurch konjugierte Polymere zugänglich, welche mit Polyolefinen verwandt sind, in denen einige der Kohlenstoffatome durch Boratome ersetzt wurden. Diese Materialien zeichnen sich durch ausgeprägt pi-Delokalisation aus, die sich über das Bor hinweg erstreckt, und weckten unser Interesse, da Oxidation der Ferrocenyl-Seitenketten eine elektrochemische Modifizierung der Ladungsdichte an den Borzentren erlauben sollte. Gleichzeitig ließen sich auf diese Weise paramagnetische Fe(III)-Ionen in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem elektrisch leitfähigen Polymer generieren. Überdies erhält man Polymere des Typs [-fcB(R)-]n nicht nur über die Reaktion von 1,1‘-fc(BBr2)2 mit HSiEt3 (R = Br) sondern auch über die Kondensationsreaktion von 1,1‘-fc(BH2)2, die unter Abspaltung von BH3 verläuft (R = H)

Chain extension of recycled PA6

YesRecycling of polymers is a necessity in our intensively consuming polymer world but the nature of polymers is such that they are prone to thermal degradation when re-extruded and this poses technical challenges to recycling. This article describes research that seeks to rebuild the structure of degraded PA6. We present data from controlled experiments with pristine pPA6 extruded to form a base recycle rPA6 to which we added two chain extenders, separately: one with anhydride multifunctionality (ANHY), highly reactive with amide groups and one with epoxy multifunctionality (EPOX), less reactive. We found from rheological data carried out in the linear viscoelastic region (so as to study structural changes) a striking difference in the ability of the chain extenders to rebuild structure: 306% increase in the complex viscosity of rPA6/ANHY compared to 25% in that of rPA6/EPOX of the base rPA6. Mechanical and thermal (DSC and TGA) tests confirmed the superior efficacy of the multifunctional anhydride chain extender. Beside the practical benefit that ensues from this research, it also provides a strategic platform to develop chain extenders for other degrading polymers on the basis of understanding the degradation chemical reaction and targeting the most reactive end group of the split chains

Enantiopure Ferrocene-Based Planar-Chiral Iridacycles:Stereospecific Control of Iridium-Centred Chirality

Reaction of [IrCp*Cl-2](2) with ferrocenylimines (Fc=NAr, Ar=Ph, p-MeOC6H4) results in ferrocene C-H activation and the diastereoselective synthesis of half-sandwich iridacycles of relative configuration S-p*,R-Ir*. Extension to (S)-2-ferrocenyl-4-(1-methylethyl)oxazoline gave highly diastereoselective control over the new elements of planar chirality and metal-based pseudo-tetrahedral chirality, to give both neutral and cationic half-sandwich iridacycles of absolute configuration S-c,S-p,R-Ir. Substitution reactions proceed with retention of configuration, with the planar chirality controlling the metal-centred chirality through an iron-iridium interaction in the coordinatively unsaturated cationic intermediate

Polyamide-6,6-based blocky copolyamides obtained by solid-state modification

Copolyamides based on polyamide-6,6 (PA-6,6) were prepared by solid-state modification (SSM). Para- and meta-xylylenediamine (PXDA, MXDA resp.) were successfully incorporated into the aliphatic PA-6,6 backbone at 200 and 230 °C under an inert gas flow. In the initial stage of the SSM below the melting temperature of PA-6,6 a decrease of the molecular weight was observed due to chain scission, followed by a built up of the molecular weight and incorporation of the comonomer by post-condensation during the next stage. When the solid-state copolymerization was continued for a sufficiently long time, the starting PA-6,6 molecular weight was regained. The incorporation of the comonomer into the PA-6,6 main chain was confirmed by size exclusion chromatography (SEC) with UV detection, which showed the presence of aromatic moieties in the final high molecular weight SSM product. The occurrence of the transamidation reaction was also proven by 1H-NMR spectroscopy. Since the transamidation was limited to the amorphous phase, this SSM resulted in a non-random overall structure of the PA copolymer as shown by the degree of randomness determined by using 13C-NMR spectroscopy. The thermal properties of the SSM products were compared with melt-synthesized copolyamides of similar chemical composition. The higher melting and higher crystallization temperatures of the solid state-modified copolyamides confirmed their non-random, block-like chemical microstructure, whereas the melt-synthesized copolyamides were random

Electronic interactions in oligoferrocenes with cationic, neutral and anionic four-coordinate boron bridges

Dinuclear and trinuclear ferrocene complexes {[Fc2BMe2]Li, [Fc-BMe2-fc-BMe2-Fc]Li2, Fc2B(pyind), [Fc2B(bipy)]PF6, [Fc-B(bipy)-fc-B(bipy)-Fc](PF6)2} bearing anionic, uncharged, and cationic four-coordinate boron bridges have been synthesized (Fc: ferrocenyl; fc: 1,1′-ferrocenylene; pyind: 5-fluoro-2-(2′-pyridyl)indolyl; bipy: 2,2′-bipyridyl). The molecular structures of [Fc2BMe2]Li(12-crown-4)2, [Fc-BMe2-fc-BMe2-Fc](Li(12-crown-4)2)2, Fc2B(pyind), and [Fc2B(bipy)]PF6 were determined by X-ray crystallography. The anionic aggregates [Fc2BMe2]− and [Fc-BMe2-fc-BMe2-Fc]2− are very sensitive to air and moisture whereas bromide salts of their cationic counterparts [Fc2B(bipy)]+ and [Fc-B(bipy)-fc-B(bipy)-Fc]2+ may be dissolved in water without decomposition. Cyclic voltammograms of the diferrocene species show two well-resolved one-electron transitions separated by 0.21 V ([Fc2BMe2]Li; E°′ = −0.43 V, −0.64 V; vs. FcH/FcH+), 0.18 V (Fc2B(pyind); E°′ = −0.03 V, −0.21 V), and 0.16 V ([Fc2B(bipy)]PF6; E°′ = +0.23 V, +0.07 V), which indicates electronic interactions between the two ferrocenyl substituents. Two redox waves with an intensity ratio of 1 ∶ 2 are observed in the cyclic voltammograms of the trinuclear derivatives [Fc-BMe2-fc-BMe2-Fc]Li2 and [Fc-B(bipy)-fc-B(bipy)-Fc](PF6)2. In the case of the BMe2-bridged species, the electrochemically unique central ferrocenylene unit is oxidized at a much more cathodic potential value (E°′ = −1.21 V) than the two terminal ferrocenyl substituents (E°′ = −0.51 V). The opposite is true in the case of the B(bipy)-bridged trimer where oxidation of the terminal ferrocenyl groups (E°′ = +0.03 V) precedes oxidation of the internal iron atom (E°′ = +0.26 V). The Fe(II)/Fe(III) redox potentials of the mono- and dianionic species differ to a much larger extent from the redox potential of parent ferrocene (E°′ = 0 V) than the E°′ values of the corresponding mono- and dicationic derivatives. Apart from electrostatic interactions, the electrochemical properties of BMe2- and B(bipy)-bridged oligoferrocenes are determined by the pronounced positive inductive effect of triorganoborate substituents together with positive σ/π* hyperconjugation on the one hand and ferrocene-to-B(bipy) charge transfer on the other