Electron rich and geometrical constrained substituents in molecular silicon compounds - planar(ized) SiIV for bond activation and optoelectronic materials
Final Report Abstract
Silizium ist das zweithäufigste Element der Erdkruste. Insbesondere in seiner nativen, vierwertigen, tetraedrischen Form, so wie es in seinen Mineralien (Silikaten) vorkommt, ist es sehr stabil und unreaktiv. Ziel dieser Arbeit war es, durch gezielte Variation der Eigenschaften der Liganden am Silizium, dessen Reaktivität und Eigenschaften deutlich zu verändern. Zunächst wurde durch die Synthese und Verwendung chiraler, bzw. prochiraler Verbindungen erstmals die Inversionsbarriere am tetraedrischen Silizium spektroskopisch verfolgt. Diese Einblicke lieferten unmittelbares Verständnis zu der fundamentalen Fragestellen, welche Faktoren eine Planarisierung des Siliziums favorisieren. Gleichzeit besitzen die dabei genutzten Liganden einen redox-aktiven Charakter. Eben diese Reaktivität wurde ausgenutzt, um Reaktionen zu ermöglichen, die das Silizium in Kooperation mit seinem Liganden setzen. Dieser Aspekt ist in der Chemie der seltenen Übergangsmetalle weit verbreitet, aber im Feld der Hauptgruppenchemie noch deutlich unterentwickelt. Die Ergebnisse dieses Projektes ermutigten sehr zu einer Ausweitung. Ein weiterer, grundlegender Punkt dieses Forschungsprojektes wurde mit der Darstellung des ersten planar-tetrakoordinierten Silizium(IV) erreicht. Die Realisierung dieser neuen Konfiguration des Siliziums blieb trotz intensiver Forschung seit etlichen Jahrzenten unerreicht. Die veränderte Struktur des Zentralatoms führt zu einer drastischen Änderung der Reaktivität – tatsächlich erlangt das Silizium dadurch Eigenschaften die vormals den Metallen des d-Blocks vorbehalten waren. Gemessen an der Anwendungsvielfalt der d-Block Metalle lassen sich daraus eine gleichermaßen große Breite möglicher Anwendungen ableiten und vermuten. Deren Erforschung wird natürlich einige Hürden mit sich bringen, und umfassender Gegenstand der kommenden Jahre sein. Entscheidende Grundsteine konnten mit dem Projekt gesetzt werden. Eine Überraschung im Projektverlauf war die Ausdehnung der vorgeschlagenen Konzepte vom Silizium auf die isoelektronischen Aluminium-Anionen. So ergab sich aus den Arbeiten unmittelbar die Darstellung des ersten planaren Aluminium-Anions mit gleichermaßen erstaunlichen Eigenschaften. Diese Aspekte wurden unter anderem in der Fachzeitschrift „Science“ hervorgehoben. Doch nicht nur die Elementzentrierte Perspektive bietet hier Raum für weitere Entwicklungen, sondern auch eine Ligand-Element-kooperative Perspektive. Auch diese Einsicht lieferte entscheidende Impulse für Forschungskonzepte, die in den kommenden Jahren von unserer Gruppe intensiv untersucht werden sollen.
Publications
- Synthesis of Electron-Rich, Planarized Silicon(IV) Species and a Theoretical Analysis of Dimerizing Aminosilanes. Chem. Eur. J. 2017, 23, 17764
N. Kramer, C. Jöst, A. Mackenroth, L. Greb
(See online at https://doi.org/10.1002/chem.201703649) - Calix[4]pyrrole hydridosilicate: the elusive planar tetracoordinate silicon imparts striking stability to its anionic silicon hydride. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 17409
F. Ebner, L. Greb
(See online at https://doi.org/10.1021/jacs.8b11137) - Calix[4]pyrrole Aluminate: A Planar Tetracoordinate Aluminum(III) Anion and Its Unusual Lewis Acidity. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 18009
F. Ebner, H. Wadepohl, L. Greb
(See online at https://doi.org/10.1021/jacs.9b10628) - An Air-stable, Neutral Phenothiazinyl Radical with Substantial Radical Stabilization Energy. Chem. Eur. J. 2020, 26, 3152
L. M. Sigmund, F. Ebner, C. Jöst, J. Spengler, N. Gönnheimer, D. Hartmann, L. Greb
(See online at https://doi.org/10.1002/chem.201905238)
