Nun auch mit negativer Ladung

Stabilisierung des Borfluoren-Anions durch Carbene

07.05.2021 - USA

Der Einbau von Bor in polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe führt zu interessanten farbgebenden und fluoreszierenden Materialien für die Opto-Elektronik, z.B. für organische Leuchtdioden (OLEDs) und Feldeffekt-Transistoren, sowie Polymer-basierte Sensoren. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellt ein Forschungsteam jetzt eine neue anionische Bor-organische Verbindung vor. Die Synthese der Borfluoren-Spezies gelang dank einer Stabilisierung durch Carbene.

Ein besonders interessanter Bor-haltiger Baustein ist Borfluoren, ein System aus drei kantenverknüpften Kohlenstoff-Ringen: zwei Sechs- und einem mittigen Fünfring, dessen freie Spitze durch das Boratom gebildet wird. Während sich neutrale, radikalische und kationische (positiv geladene) Borfluoren-Verbindungen recht gut herstellen lassen, gibt es bisher kaum Beispiele für anionische (negativ geladene) Borfluoren-Verbindungen. Ein Verständnis ihrer Chemie wäre wichtig für Fortschritte redox-abhängiger Anwendungen und könnte zu neuen Materialien mit einzigartigen Bindungsverhältnissen oder optischen Eigenschaften führen. Die vergleichsweise hohe Reaktivität von Borfluoren-Anionen macht ihre Synthese jedoch zu einer Herausforderung. Dem Team um Robert J. Gilliard, Jr. von der University of Virginia (Charlottesville, USA) und David J. D. Wilson von der Latrobe University (Melbourne, Australien) gelang jetzt die erste Isolierung und strukturelle Bestätigung dieses schwer fassbaren Anions.

Ausgangspunkt des neuen Syntheseansatzes ist 9-Brom-9-Borfluoren, ein Borfluoren, an dessen Bor- ein Brom-Atom gebunden ist. Es wird mit einem sehr starken Reduktionsmittel (Kaliumgraphit, Natrium- bzw. Lithium-Naphthalid) behandelt – in Anwesenheit spezieller Carbene (organischer Verbindungen mit einem zweiwertigen Kohlenstoff-Atom und einem freien Elektronenpaar). Die bei der Reduktion gebildeten anionischen Borfluorene werden durch die Carbene stabilisiert.

Wie das Team zeigte, können die Carben-Borfluoren-Anionen auch als chemische Bausteine verwendet werden. So lassen sich neue Verbindungen herstellen, die mit bisher bekannten Ausgangsmaterialien sonst nicht zugänglich sind. So konnten Spezies mit Bindungen zwischen Bor und Gold, Selen bzw. Germanium hergestellt werden. Die Reaktion mit einem Diketon führte unter Ringschluss zu einer Bindung des Bor-Atoms an die beiden Keton-Sauerstoffe und die Bildung einer sogenannten spirozyklischen Bor-Verbindung.