Catalytic activity and mechanochemical response of Cu(I) NHC complexes

Abstract

N-heterocyclic carbenes (NHC) are important ligands and catalytic systems based on NHC-ligand-metal complexes are of major interest. Therefore, the basis of this thesis is founded upon the catalytic activity of Cu(I) NHC complexes. Cyclopropanation of unsaturated poly(diene)s with diazoesters was used to modify the polymer backbones, converting cis-1,4-poly(isoprene) with diazoacetates using Cu(I) NHC catalysts. Optimized reaction conditions yielded degrees of modification up to 17%. Resulting esters were converted to carboxylic acids, enabling applications like ionic interactions and hydrogen bonding. The mechanochemical activation of Cu(I) NHC-based MOFs was studied. A conversion of 25% in 20 cycles was achieved in solution via ultrasound triggered CuAAC. Embedding the MOF into a thermoplastic polyurethane enabled the observation of fluorescence via CuAAC, creating a three-in-one stress-sensor system.

N-heterozyklische Carbene (NHC) sind Liganden und katalytische Systeme, die auf NHC-Liganden-Metall-Komplexen basieren und von großer Interesse sind. Die Grundlage dieser Arbeit ist die katalytische Aktivität von Cu(I)-NHC-Komplexen. Die Cyclopropanierung von Poly(dienen) mit Diazoestern wurde zur Modifizierung der Polymerkette verwendet, wobei cis-1,4-Poly(isopren) mit Diazoacetaten unter Verwendung von Cu(I)-NHC-Katalysatoren umgesetzt wurde. Optimierte Reaktionsbedingungen führten zu Modifikationsgraden bis zu 17%. Die Ester wurden in Carbonsäuren umgewandelt, um ionische Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen zu ermöglichen. Die mechanochemische Aktivierung von MOFs auf Cu(I)-NHC-Basis wurde untersucht. Durch Ultraschall aktivierte CuAAC wurde in Lösung eine Umsetzung von 25% in 20 Zyklen erreicht. Die Einbettung des MOF in ein thermoplastisches Polyurethan ermöglichte die Beobachtung von Fluoreszenz durch Strecken über CuAAC, was ein Drei-in-Eins-Sensorsystem realisiert.