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Photoinduzierte Erzeugung und Reduktion

by Jacobi, Dirk

Abstract (Summary)
Arylsubstituierte Cycloheptatriene unterscheiden sich in ihrer Lichtabsorption, Molekülgeometrie und Elektronen- Donatorstärke gravierend von den korrespondierenden Aryltropyliumionen. Die Änderung der elektronischen Eigenschaften bei der Umwandlung der Arylcycloheptatrien- in die Aryltropyliumspezies ist daher potentiell nutzbar, um nichtkovalente Bindungskräfte in supramolekularen Einheiten mit Cycloheptatrienbausteinen zu beeinflussen. Licht stellt als ein energetisch und mit hoher örtlicher Auflösung selektiv anwendbares Reagenz ein besonders interessantes Werkzeug für die Verwirklichung solcher Schaltprozesse dar. Dies setzt jedoch Kenntnisse über photochemische Methoden der Erzeugung und Reduktion von Aryltropyliumionen und Einblicke in die Reaktionsmechanismen voraus. Die lichtinduzierte Generierung von stabilen Aryltropyliumionen wurde auf verschiedenen Wegen unter Nutzu ng zweier Klassen von Cycloheptatrienderivaten, der Arylcycloheptatriene und der Arylbicycloheptatriene, erreicht. Detaillierte Studien des Redoxverhaltens der Modellverbindungen wurden mit Hilfe von Stationärphotolysen, elektrochemischen Untersuchungen sowie durch Detektion von Intermediaten mittels ESR- und zeitaufgelöster Absorptionsspektroskopie angefertigt. Demnach erfordert die unter formalem Hydridtransfer verlaufende Photooxidation der Arylcycloheptatriene zu den korrespondierenden Aryltropyliumionen den Ablauf einer Sequenz aus photoinduziertem Elektronentransfer (PET), Deprotonierung der Cycloheptatrienradikalkationen und Grund zustandsoxidation der resultierenden Cycloheptatrienylradikale. Während die Energiebilanz des PET selbst in Gegenwart schwacher Elektronenakzeptoren stark negativ ist, bestimmt die Natur der Arylsubstituenten den weiteren Reaktionsverlauf. Entscheidend ist einerseits, daß die Deprotonierung der Arylcycloheptatrienradikalkationen mit dem thermodynamisch begünstigten Rückelektronentransfer (BET) konkurrieren kann und andererseits, daß die durch Deprotonierung gebildeten Arylcycloheptatrienylradikale im Grundzustand durch den verwendeten Akzeptor oxidiert werden. Eine hinsichtlich der Produkt- und Quantenausbeuten sehr effiziente Methode stellt die sensibilisierte Photooxidation in Gegenwart sehr starker Grundzustandselektronenakzeptoren, wie etwa Triplettsauerstoff oder Benzochinon, dar. Die Aktivierung der Arylbicycloheptatriene kann via PET oder durch photochemische Homolyse der zentralen C-C-Bindung erfolgen. Die im ersten Fall gebildeten Bicycloheptatrienradikalkationen fragmentieren mit hoher Geschwindigkeit unter Bildung eines Tropyliumions und eines Cycloheptatrienylradikals. Unabhängig von der Art der Photoreaktion stellt somit die Grundzustandsoxidation der Cycloheptatrienylradikale den Schlüsselschritt auf dem Wege der Generierung der Aryltropyliumionen dar. Mit Hilfe starker Akzeptoren, z.B. N-Methyl-acridiniumperchlorat oder weniger stabilisierten Tropyliumionen, lassen sich die Arylbicycloheptatriene oxidieren. Die Photoreduktion der Aryltropyliumionen ist in Gegenwart von Hydrid- und Zweielektronendonatoren möglich. Entgegen den Erwartungen werden auch in Gegenwart der Hydriddonatoren die Arylbicycloheptatriene erhalten. Als Grund hierfür kann das Ausbleiben der Protonierung der intermediär gebildeten Arylcycloheptatrienylradikale angesehen werden. Prinzipiell ist daher ein photochemisches Schalten zwischen den Redoxpartnern Aryltropyliumion und Arylbicycloheptatrien möglich. Ein Beispiel hierfür stellt das System N- Methyl- acridiniumion/Bis(4-Dimethylamino-phenyl) bicycloheptatrien bzw. 4-Dimethylamino- phenyltropyliumion/ 10,10'-Dimethyl-9,9'- tetrahydrobiacridinyl dar. Die Richtung der photochemisch induzierten Redoxreaktion (Oxidation des Arylbicycloheptatriens bzw. Reduktion des Tropyliumsalzes) wird hierbei bestimmt durch die Konzentrationsverhältnisse der Reaktanden. Aufgrund dieser Ergebnisse stellt die vorliegende Arbeit eine Basis für künftige Untersuchungen von lichtinduzierten Schaltprozessen in supramolekularen Aggregaten dar.
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Bibliographical Information:

Advisor:

School:Humboldt-Universität zu Berlin

School Location:Germany

Source Type:Master's Thesis

Keywords:Chemie Chemie

ISBN:

Date of Publication:07/29/1998

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