Endbericht deutsch

Die unglaubliche Komplexizität der organischen Chemie, auf der alles Leben basiert, beruht in erster Linie auf der Eigenschaft des Elements Kohlenstoff unterschiedliche Arten der Bindung zu anderen Atomen einzugehen. Dabei sind vor allem die sogenannten Mehrfachbindungen (Doppel- oder Dreifachbindungen) für die Reaktivitätsvielfalt verantwortlich. Das Element Silicium steht im periodischen System der Elemente (PSE) direkt unter dem Kohlenstoff. Deshalb ist eigentlich eine große chemische Ähnlichkeit zu erwarten. Diese findet man auch in weiten Bereichen, betrachtet man jedoch die Fähigkeit zur Mehrfachbindung so ist das Silicium dem Kohlenstoff weit unterlegen. Lange Zeit war man der Meinung, dass Silicium zu diesem Bindungstyp überhaupt nicht befähigt sei. Mittlerweile weiß man jedoch, dass dieser Bindungstyp möglich ist, jedoch mit sehr hoher Reaktivität und mangelnder Stabilität einhergeht. Aus mehreren Gründen ist es von Interesse Moleküle mit Siliciumatomen, die in eine Mehrfachbindung involviert sind zu untersuchen. Einerseits betrifft diese Art der Bindung prinzipielle Fragen der Bindungstheorie. Andererseits würde ein einfacher Zugang zu Substanzen mit Si-Si Mehrfachbindungen die Möglichkeiten zur kontrollierten Manipulation dieser Verbindungen stark erweitern. Da diese auch ungewöhnliche elektronische Materialeigenschaften aufweisen ist ihre Synthese von großem Interesse. Im Rahmen dieses Projektes wurden nur Methoden untersucht stabilisierte Formen von Verbindungen mit Si-Doppelbindungen (Disilene) herzustellen. Dies ist beispielsweise möglich indem man formal an eine Si-Si Doppelbindung ein Fluoratom anlagert. Durch die Ausbildung einer starken Si-F Bindung wird das Molekül stabilisiert. Da dieses Atom jedoch auch gezielt entfernt werden kann, ist es möglich diese Verbindungen als "Instant-Disilene" zu verwenden. In Gegenwart geeigneter Reaktionspartner wird das Disilen freigesetzt und reagiert in kontrollierter Weise weiter. Neben der Anlagerung von Halogenidatomen stellt auch die Komplexierung an Übergangsmetallsysteme eine Methode zur Stabilisierung dar. Solche Komplexe sind aus der metallorganischen Chemie für die analogen Kohlenstoffverbindungen gut bekannt. Die von uns untersuchten Disilenkomplexe zeigen jedoch bislang unbekannte Formen der Wechselwirkung mit den Metallatomen. Um diese näher zu beleuchten, wurden neben den Siliciumverbindungen auch solche des Germaniums und des Zinns untersucht. Diese beiden Elemente stehen im PSE unter Silicium und zeigen die angesprochene Art der Wechselwirkung in noch stärkerem Maße. Die in diesem Projekt untersuchten Aspekte der Siliciumchemie haben unser Wissen über dieses wichtige Teilgebiet stark erweitert und wurden zum Teil schon in renommierten Fachjournalen veröffentlicht.

Endbericht englisch

One reason for the high degree of complexity of organic chemistry, which constitutes the very basis of life, is the property of carbon to form different types of bonds to other atoms. Especially the so called multiple bonds (double and triple bonds) are responsible for the varied types of reactivity. In the periodic table of elements (PTE) the element silicon (Si) is located directly below carbon. For this reason as strong similarity of the two elements can be expected. While this is indeed found in large areas of chemistry, silicon's ability of forming multiple bonds is much less pronounced compared to carbon. For a long time it was common belief that heavier elements such as silicon would not be able at all to participate in this type of bonding. Meanwhile it is known that silicon can form multiple bonds but this is associated with very high reactivity and a lack of stability. For a number of reasons it is interesting to study molecules with silicon being involved in multiple bonds. On one hand concerns this bonding type some fundamental questions of bonding theory. On the other hand would a simple access to silicon molecules with this feature allow much more control in the manipulation of silicon containing molecules in general. As silicon compounds possess a number of unusual electronic and optical properties methods for their synthesis are in demand by chemists and material scientists. In the course of this project methods were studied to prepare stabilized forms of compounds with Si-Si double bonds (disilenes). This was found to be possible for example by attaching a fluoride atom to the double bond. The formation of a strong Si-F bond stabilizes the molecule. The feasible removal of the fluoride allows the use of these compounds as "instant-disilenes". In the presence of suitable reactants the disilene can be liberated and reacts in a controlled way. Besides attaching a fluoride atom also the complexation to a transition metal atom represents a way to stabilize disilenes. Similar complexes are well known in organometallic chemistry for the analogous carbon case. The disilene-complexes studied within the project displayed a so far unknown type of interaction with the metal. To study this phenomenon in more detail besides the silicon complexes also those of germanium and tin were investigated. These two elements are located below silicon in the PTE and displayed the unusual type of interaction to an even higher degree. The aspects of organosilicon chemistry, investigated in this project have substantially extended our knowledge of multiply bonded silicon compounds. The so far disclosed results could all be published in "high-impact" journals.