Ringschlußversuche mit Phenylborsäure*zfn.mpdl.mpg.de/data/Reihe_B/33/ZNB-1978-33b-0475.pdf ·...

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This work has been digitalized and published in 2013 by Verlag Zeitschrift für Naturforschung in cooperation with the Max Planck Society for the Advancement of Science under a Creative Commons Attribution 4.0 International License. Dieses Werk wurde im Jahr 2013 vom Verlag Zeitschrift für Naturforschung in Zusammenarbeit mit der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. digitalisiert und unter folgender Lizenz veröffentlicht: Creative Commons Namensnennung 4.0 Lizenz. Ringschlußversuche mit Phenylborsäure* Attempts for Synthesis of Inorganic Rings with Phenylboric Acid* Ulrich Wannagat und Gerd Eisele** Braunschweig, Technische Universität, Institut für Anorganische Chemie Z. Naturforsch. 33 b, 475-478 (1978); eingegangen am 28. Februar 1978 Preparation, Properties, Inorganic Ring Systems, Structure The inorganic ring systems BNC>2Si2 (B) and BC>3Si4 (E) were prepared for the first time via equations (1) and (5), system BC>3Si2 (C) enlarged by preparation of compound C 1 via eq. (4). Synthesis of a system BC>2Si2 (D) failed as well as preparation of five and seven membered building units VI and VIII. For bis(trimethylsiloxy)phenylborane (IX) detailed and additional information about preparation, properties and structure analysis is given. Compound VTI, CsH^NOSi, was obtained for the first time via eq. (7) and described in its properties. 1. Einführung Es war uns zuvor gelungen, das sechsgliedrige an- organische Ringsystem (A), aus den vier Elementen Bor, Stickstoff, Sauerstoff und Silicium bestehend, aufzubauen [1]. Nahe lag die Synthese eines dem BN2OSi2 ähnlichen Systems BN02Si 2 (B). Sie ge- lang, von Phenylborsäure phB(0H)2*** (I) ausge- hend, mit einem 1.3-Dichlordisilazan nach dem Bau- prinzip [2] 3 + 3 (Strukturglieder) durch Konden- sation a,w-difunktioneller Bausteine in hoher Ver- dünnung. Analog ließ sich das bereits bekannte B03Si2-Sechsringsystem C aus I und einem 1.3-Di- chlordisiloxan synthetisieren. Dagegen scheiterten Versuche zum 3 -f- 2-Auf bau eines Fünfringsystems BC>2Si2 (D) aus I und 1.2-Dichlordisilanen. Aus den Ansätzen konnte aber das ebenfalls noch unbe- kannte Achtringsystem B0sSi4 (E) isoliert werden. si Si I i N Si'Si I I *B Si Si 1 I o. o f 1 0. B' Si Si s i <A) <B) (C) (D) (E) Versuche, aus I neue a,eu-difunktionelle Bau- steine wie Cl-Sime2-0-Bph-0-Sime2-Cl oder H-NR-Sime2-0-Bph-0-Sime2-NR-H zu gewin- * Neue anorganische Ringsysteme. 35. Mitteilung. 34. Mitt.: U. Wannagat, M. Schlingmann u. R. Schäch- ter, Z. Anorg. Allg. Chem., im Druck. Zugleich Bei- träge zur Chemie der SiN-Verbindungen. 151. Mit- teilung. 150. Mitt.: U. Wannagat u. G. Eisele, Z. Naturforsch. 33 b, 471 (1978). ** Mit Auszügen aus der Dissertation G. Eisele, Techn. Universität, Braunschweig 1978. *** me = Methyl, et = Ethyl, ph = Phenyl. Sonderdruckanforderungen an Prof. Dr. U. Wannagat, Institut für Anorganische Chemie der Technischen Universität, Pockelsstr. 4, D-3300 Braunschweig. nen, scheiterten ebenfalls. Im Verlaufe der Unter- suchungen wurden phB(OSime3)2 auf neuen Wegen und etO-Sime2-NHet erstmalig dargestellt. 2. 1.1.2.3.3-Pentamethyl-5-phenyl-cyclo-1.3-disil- 4.6-diox-2-az-5-boran (B 1) (Rk. 1) 36,44 g (0,17 mol) 1,3-Dichlorpentame- thyldisilazan (II) in 150 ml Petrolether (50/70 °C) (= PE) tropfen unter Rühren in ein auf —78 °C gekühltes Gemisch aus 20,55 g (0,17 mol) Phenyl- borsäure (I), 50,5 g (0,5 mol) Triethylamin und 300 ml Ether. Es setzt sofort Niederschlagsbildung ein. Man rührt 2 h bei —78 °C weiter und läßt dann langsam auf Raumtemperatur kommen. Nach Fil- tration und Abziehen des Lösungsmittels destillieren aus dem Rückstand bei 88 °C/2 Torr 11,8 g (26%) B 1 über und erstarren in der Vorlage. \ Si / x OH Cl-Si" ph-B + ^Nme n OH Cl-Si' + 2 et,N - 2 [etjNH]Cl (1) ph-B ^N-me x O-Sil_ B 1 kristallisiert aus PE in weißen Kuben, die bei 71 °C schmelzen. Es löst sich gut in inerten organi- schen Lösungsmitteln. An der Luft zerfließt B 1 rasch unter Feuchtigkeitsaufnahme. CnH2oBN02Si2 Ber. C 49,81 H 7,80 N 5,28 Si 21,17, Gef. C 49,7 H 8,1 N 5,1 Si 20,6. Molmasse 265,27. Massenspektrum: M+265, BP 250 ( = M+-CH3) [m/e]. Die IsotopenVerteilung bei M+ bestätigt die angegebene Zusammensetzung. Einige Signale bei höherem mje lassen auf thermische oder hydrolyti- sche Zersetzung und Oligokondensation während der Aufnahme schließen.

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  • This work has been digitalized and published in 2013 by Verlag Zeitschrift für Naturforschung in cooperation with the Max Planck Society for the Advancement of Science under a Creative Commons Attribution4.0 International License.

    Dieses Werk wurde im Jahr 2013 vom Verlag Zeitschrift für Naturforschungin Zusammenarbeit mit der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung derWissenschaften e.V. digitalisiert und unter folgender Lizenz veröffentlicht:Creative Commons Namensnennung 4.0 Lizenz.

    Ringschlußversuche mit Phenylborsäure* Attempts for Synthesis of Inorganic Rings with Phenylboric Acid*

    Ulrich Wannagat und Gerd Eisele** Braunschweig, Technische Universität, Institut für Anorganische Chemie

    Z. Naturforsch. 33 b, 475-478 (1978); eingegangen am 28. Februar 1978

    Preparation, Properties, Inorganic Ring Systems, Structure The inorganic ring systems BNC>2Si2 (B) and BC>3Si4 (E) were prepared for the first time

    via equations (1) and (5), system BC>3Si2 (C) enlarged by preparation of compound C 1 via eq. (4). Synthesis of a system BC>2Si2 (D) failed as well as preparation of five and seven membered building units V I and VIII . For bis(trimethylsiloxy)phenylborane (IX) detailed and additional information about preparation, properties and structure analysis is given. Compound VTI, CsH^NOSi, was obtained for the first time via eq. (7) and described in its properties.

    1. Einführung Es war uns zuvor gelungen, das sechsgliedrige an-

    organische Ringsystem (A), aus den vier Elementen Bor, Stickstoff, Sauerstoff und Silicium bestehend, aufzubauen [1]. Nahe lag die Synthese eines dem BN2OSi2 ähnlichen Systems BN02Si2 (B). Sie ge-lang, von Phenylborsäure phB(0H)2*** (I) ausge-hend, mit einem 1.3-Dichlordisilazan nach dem Bau-prinzip [2] 3 + 3 (Strukturglieder) durch Konden-sation a,w-difunktioneller Bausteine in hoher Ver-dünnung. Analog ließ sich das bereits bekannte B03Si2-Sechsringsystem C aus I und einem 1.3-Di-chlordisiloxan synthetisieren. Dagegen scheiterten Versuche zum 3 -f- 2-Auf bau eines Fünfringsystems BC>2Si2 (D) aus I und 1.2-Dichlordisilanen. Aus den Ansätzen konnte aber das ebenfalls noch unbe-kannte Achtringsystem B0sSi4 (E) isoliert werden.

    si S i I i N

    S i ' S i

    I I *B

    S i S i 1 I o. o f 1 0.

    B '

    Si Si s

    i

  • 476 U. Wannagat-G. Eisele • Ringschlußversuche mit Phenylborsäure

    1H-NMR-Spektrum4*: 1,98 bis 2,65 M (5) BC6H5; 7,43 S (3) NCH3; 9,65 S (12) SiCH3.

    3. 1.1.3.3-Tetramethyl-5-phenyl-cyclo-1.3-disil-2.4.6-triox-5-boran (C 1)

    Die Darstellung des Ringsystems C gelang erst-malig Andrianov et al. [3] in den Verbindungen C 2 und C 3 durch Umsetzung von I mit 1.3-Bis(ethoxy)-1.1.3.3-tetraethyl- bzw. 1.3-Bis(ethoxy)-1.3-dime-thyl-1.3-diphenyl-disiloxan (Rk. 2) unter Ethanol-abspaltung. Mit 1.3-Bis(ethoxy)-1.1.3.3-tetrame-thyldisiloxan ließ sich jedoch nur kettenförmiges 1.7-Bis(ethoxy)-1.7 - diphenyl -3.3.5.5- tetramethyl -1.7-dibor-3.5-disil-trioxan (III) isolieren (Rk. 3).

    phB(OH)2 + etO-SiRR'-O-SiRR'-Oet 2 etOH + phB(0SiRR')20 (C)

    (2)

    c 1 2 3 R me et me R ' me et ph

    ( 3 )

    2 phB(OH)2 + 0(Sime20et)2 — — • 2 HÖH + 0(Sime2-0-Bph-0et)2 (III)

    Wir erhielten das Tetramethylderivat C 1 in fol-gender Weise: (Rk. 4) Man läßt in analoger Ver-suchsführung zu Rk. 1 15,3 g (0,075 mol) 1.3-Di-chlortetramethyldisiloxan IV in 100 ml Ether zu einem Gemisch von 9,1 g (0,075 mol) I, 30,3 g Tri-ethylamin und 300 ml Ether bei —78 °C tropfen und erhält nach Aufarbeitung des Ansatzes durch Destillation bei 77 °C/0,8 Torr 8,8 g (46%) C 1 als zähflüssiges Produkt, das bei Aufbewahrung im Tiefkühlschrank durchkristallisiert.

    OH CL-SI"1 6 ' ph-B̂ + : 0 + 2 etjN .O-Si™

    *• ph-B O O H Cl-Si" ~ 2 [et,NH]Cl ^ O - S i

    m e , m ea

    IV (4) C 1

    C 1 schmilzt bei 37 °C, löst sich gut in inerten organischen Solventien und ist nicht merkbar hy-drolyseempfindlich . Ci oHi7B03Si2

    Ber. C 47,62 H 6,79 Si 22,27, Gef. C 47,3 H 6,8 Si 21,5.

    Molmasse 252,23.

    4 * Alle 1 H - N M R - S p e k t r e n in CH2C12 als Lösungs-mittel und internem Standard; chemische Verschie-bimg in T [ppm]; in Klammern relative Intensitäten.

    Massenspektrum: M+252; BP 237 ( = M+-CH3) [m/e].

    1H-NMR-Spektrum4*: 1,95 bis 2,65 M (5) BC6H5; 9,61 S (12) SiCH3.

    4. (Si)Octamethyl-(B)phenyl-cyclo-1.2.4.5-tetrasil-7-bor-trioxan ( E l )

    Die für 3 + 3-Synthesen [2] in üblicher Ausbeute von 30-40% anfallenden Systeme B und C ermu-tigten zur Darstellung eines Fünfringsystems D. Bei einem entsprechenden Ansatz aus I und V konnte jedoch nicht D 1, sondern nur in geringer Ausbeute ein Derivat des zuvor ebenfalls unbe-kannten Ringsystems E isoliert werden. Ob hier für die Anwesenheit von Wasser [aus phB(OH)2; Feuchtigkeitsresten] oder Dismutationsreaktionen eine Rolle gespielt haben, wissen wir nicht zu sagen.

    + 2 et,N

    - 2 [et3NH]Cl

    (5)

    + V

    + H,0

    - 2 HCl ?

    ph-B \

    I

    C l - S im e

    '

    I c l - s i

    m» m e .

    O - S i Ph-B̂ | 0-Si_

    D 1 nicht isoliert

    Si 0 vsimei ph-B' ;o C> Si

    1/x

    (phBO)

    (Rk. 5) In einem zu Rk. 1 völlig analog geführten Ansatz aus 12,2 g (0,1 mol) I, 50,5 g Triethylamin und 500 ml Ether sowie 18,7 g (0,1 mol) 1.2-Di-chlortetramethyldisilan (V) und 100 ml Ether de-stillieren aus dem Rohprodukt bei 99-100 °C/0,8 Torr 4,2 g (12%) eines im Kühlschrank erstarrenden Produkts, das sich nach Umkristallisation aus PE (—> 2,1 g; 6%) Elementar- und Strukturanalysen nach als E 1 erweist.

    E 1 kristallisiert aus PE in langen, farblosen Na-deln. Sie schmelzen bei 50 °C, lösen sich leicht in organischen Lösungsmitteln und sind nicht sonder-lich feuchtigkeitsempfindlich. Ci4H29B03Si4

    Ber. C 45,63 H 7,93 Si 30,48, Gef. C 45,8 H 8,1 Si 29,9.

    Molmasse 368,54, Gef. 360 (kryoskop. in Benzol). Massenspektrum: Peak höchster Masse 367 ( =

    M+-H; Isotopenmuster hiermit in Einklang), BP 116 ( = [Sime2]2+).

  • 477 U. Wannagat-G. Eisele • Ringschlußversuche mit Phenylborsäure

    iH-NMR-Spektrum: 2,15 bis 2,72 M (5) BC6H5; 9,55 S (12) und 9,68 S (12) SiCH3.

    5. Versuche zum Aufbau eines siebengliedrigen Bausteins VI

    Im Zusammenhang mit Untersuchungen, den bereits früher von uns dargestellten Achtringsyste-men F [4] und G [5] das noch fehlende Isomere H zuzugesellen, standen Versuche zum Aufbau von phB(OSime2NHme)2 (VI), das mit me2SiCl2 relativ leicht einen Ringschluß zu H zulassen sollte.

    ,SK ,SK y O N o N N N

    B Si B Si B Si B ' Si X X X X X X x0 ' N

    S 1 ' Si S i ' S i ' p G H J

    mögliche Achtringsysteme B N , 02S i ,

    Ein Darstellungsweg für VI schien in Anlehnung an Andrianov [3] zu Rkk. 2-3 über Rk. 6 zu ver-laufen :

    phB(0H)2 (I) + 2 etO-Simea-NHme (VII)

    2 etOH + phB(OSime2NHme)2 (VI). Er führte jedoch nur zu nicht trennbaren Pro-

    duktgemischen, die sich in stark exothermer Reak-tion sowohl durch Ethanol- als auch durch Methyl-aminabspaltung gebildet hatten. Ebenso führte die Umsetzung von I mit me2Si(NHR)2 (R = me, pr) nicht zu einheitlichen oder trennbaren Produkten, aus denen VI oder sein Propylanaloges isoliert wer-den konnten.

    Im Zuge dieser Untersuchungen stellten wir fest, daß die sehr einfache OrganosiliciumVerbindung VII noch nicht beschrieben worden war. Wir erhielten sie wie folgt:

    ( 7 ) etO-Sime2-Cl + 2 meNH2 — [meNH3]Cl + etO-Simea-NHme (VII)

    (Rk. 7) Man kondensiert bei —80 °C einen Über-schuß an Methylamin (28 g; 0,9 mol) in 250 ml PE, tropft hierzu 44,3 g (0,32 mol) Chlor-ethoxy-dime-thylsilan, in 100 ml PE gelöst, läßt innerhalb 2 h auf 20 °C kommen, zieht das Lösungsmittel ab und dest. den Rückstand frakt. bei Normaldruck. Aus-beute 25,4 g (60%).

    Ethoxy-methylamino-dimethylsilan (VII) ist eine farblose, aminartig riechende Flüssigkeit mit ? I D 2 0 1,3999 und D420 0,8356, die bei 113-114 °C (765 Torr) siedet. Sie mischt sich leicht mit inerten orga-nischen Solventien.

    CsHisNOSi Ber. C 45,06 H 11,35 N 10,51 Si 21,08, Gef. C 44,9 H 11,4 N 10,9 Si 21,0.

    Molmasse 133,27. Massenspektrum: M+ 133, BP 118 ( = M+-CH3). Molrefraktionen: nach Lorentz-Lorenz ber. 38,69,

    gef. 38,66; nach Eisenlohr ber. 186,6, gef. 186,6. 1H-NMR-Spektrum4*: 6,36 Q (2) OCH2C; 7,50 S

    (3) NCH3; 8,84 T (3) CCH3; 9,03-9,73 (1) NH; 9,90 S (6) SiCH3. J H C C H 7,5 Hz.

    6. Versuche zum Aufbau eines fünfgliedrigen Bausteins VIII

    Phenylborsäure (I) schien auch als Startsubstanz für die Synthese eines a,w-difunktionellen Bau-steins Bis(chlordimethylsiloxy)-phenylboran (VIII) geeignet, der nicht nur leicht zu Sechsringen zu schließen, sondern auch in siebengliedrige Bau-steine wie VI überführbar sein sollte.

    Alle Versuche, VIII gemäß Rkk. 7 oder 8 zu prä-parieren,

    ( 7 ) phB(OH)2 (I) + 2 Cl2Sime2 — - > -2 HCl + phB(OSime2Cl)2 (VIII)

    (8) phB(OSime3)2 (IX) + 2 Cl2Sime2 2 me3SiCl + VIII,

    scheiterten jedoch, sei es in Gegenwart von Tri-ethylamin als HCl-Fänger oder nach vorangehender Metallierung von I bei Rk. 7, sei es unter Zuhilfe-nahme von (NH4)2S04 als Katalysator bei Rk. 8, sei es unter Variierung von Temperatur, Lösungs-mittel und Konzentration. In jedem Falle bildeten sich nur uneinheitliche Produktgemische, aus denen sich VIII nicht isolieren ließ.

    Im Zuge dieser Untersuchungen wurde das be-reits über Rkk. 9, 10 bekannte [6, 7] Bis(trimethyl-siloxy)phenylboran (IX) in variierter Methodik (Rkk. 11, 12) dargestellt und in seinen Eigenschaf-ten eingehender charakterisiert:

    ( 9 ) phB(OH)2 (I) + 2 me3SiOH — — • 2 HÖH + phB(OSime3)2 (IX)

    (10) I + HN(Sime3)2 NH3 + IX

    (11) 1 + 2 me3SiCl + 2 et3N — 2 [et3NH]Cl + IX

    (12) phB(OLi)2 + 2 me3SiCl — 2 LiCl + IX

  • 478 U. Wannagat-G. Eisele • Ringschlußversuche mit Phenylborsäure

    (Rk. 11) Eine Lösung von 12,2 g (0,1 mol) I in 300 ml PE tropft in eine —78 °C kalte Lösung von 21,7 g (0,2 mol) Trimethylchlorsilan und 50,5 g Triethylamin in 300 ml PE. Man rührt 2 h weiter, dann 18 h bei 20 °C, zieht das Lösungsmittel ab und dest. IX aus dem Rückstand bei vermindertem Druck ab. Es fallen hierbei 6,5 g (24%) IX an; große Mengen an I bleiben unumgesetzt zurück.

    (Rk. 12) 129 g 15-proz. Butyllithiumlösung in n-Hexan werden zu 18,2 g (0,15 mol) I in 500 ml PE/E (3 : 2) gegeben. Nach 3-4-stdg. Erhitzen unter Rückfluß tropft man bei 20 °C 32,6 g (0,3 mol) me3SiCl in 100 ml PE hinzu. Aus dem Ansatz lassen sich 13,4 g (34%) IX bei vermindertem Druck ab-destillieren. Da bei der Aufarbeitung 40% an I zu-rückerhalten werden, beträgt die auf umgesetztes I bezogene Ausbeute an IX 60%.

    IX ist eine klare, leicht destillierbare Flüssigkeit vom Sdp. 55 °/0,4 bzw. 75 °C/2 Torr, mit wD20 1,4593 und mit D420 0,9117 [g/ml]. Sie mischt sich gut mit organischen Solventien. Ci2H23B02Si2

    Ber. C 54,13 H 8,70 Si 21,09, Gef. C 54,1 H 8,8 Si 21,3.

    Molmasse 266,30, Gef. 264 (ebullioskop. in Ether).

    Molrefraktionen: nachLorentz-Lorenz ber. 79,87, gef. 79,90; nach Eisenlohr ber. 389,6, gef. 388,7.

    XH-NMR-Spektrum4*: 1,97 bis 2,60 M (5) BC6H5; 9,59 S(18) SiCH3.

    Massenspektrum: M+ 266; BP 147 ( = M+-[pli + OBme]) [m/e].

    Metastabile Ionen bei 237,79, 174,03 und 114,33 lassen sich auf Grund folgender Übergänge deuten: 237,79: phB(OSime3)2+

    phB(0Sime3)(0=Sime2)+ + CH3 266 (M+) -> 251 (X) + 15

    174,03: (X) me2Si=0-Sime2ph+ -f OBme 251 209 -f 42

    114,33: (me3Si0)B(=0-Sime3)+ -> me3Si-0=Sime2+ + OBme 189 -> 147 + 42

    Unser Dank gilt dem Fonds der Chemischen Industrie, Frankfurt am Main, für Sachspenden, der Bayer AG, Leverkusen, für die Bereitstellung von Chlorsilanen und Herrn Dr. H. M. Schiebel, Braun-schweig, für die Aufnahme und Deutung der Massen-spektren.

    [1] F. Rabet u. U. Wannagat, Z. Anorg. Allg. Chem. 384, 115 (1971).

    [2] U . Wannagat, Chemiker-Ztg. 97, 105 (1973). [3] K . A . Andrianov, T. V . Vasil'eva u. R. A. Roma-

    nova, Dokl. Akad. Nauk. SSSR 168, 1057 (1966). [4] Wie [1]. [5] U. Wannagat u. G. Eisele, Z. Anorg. Allg. Chem.,

    im Druck; SiN 153.

    [6] V . F. Gridina, A . L. Klebanskii, V . A . Bartashev, L. P. Dorofeenko, N. V . Kozlova u. L. E . Krup-nova, Zh. Obshch. Khim. 36, 1283 (1966).

    [7] L. N. Zhinkina u. D. Ya. Zhinkin, Res. Comm. II . Symp. Intern. Chim. Compos. Organ. Silicium, Suppl., Bordeaux 1968.