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Schopper N, Landmann J, Sprenger JAP, Zapf L, Bertermann R, Ignat'ev NV, Finze M. Alkylcyanoborate Anions: Building Blocks for Fluorine-Free Low-Viscosity, Electrochemically and Thermally Stable Ionic Liquids. Chemistry 2023; 29:e202301497. [PMID: 37395305 DOI: 10.1002/chem.202301497] [Citation(s) in RCA: 2] [Impact Index Per Article: 2.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/11/2023] [Revised: 07/01/2023] [Accepted: 07/03/2023] [Indexed: 07/04/2023]
Abstract
A set of mixed-substituted potassium alkylcyano- and alkylcyanofluoroborates has been synthesized using easily accessible starting compounds and characterized by elemental analysis, NMR and vibrational spectroscopy, and mass spectrometry. In addition, single-crystal structures of salts of the cyanoborate anions have been derived from X-ray diffraction experiments. The 1-ethyl-3-methylimidazolium room temperature ionic liquids ([EMIm]+ -RTILs) with the new borate anions have been synthesized and their physicochemical properties, that is, high thermal and electrochemical stability, low viscosity, and high conductivity, have been compared to the properties of related [EMIm]+ -RTILs. The influence of the different alkyl substituents at boron has been assessed. The exemplary study on the properties with the [EMIm]+ -ILs with the mixed water stable alkylcyanoborate anions points towards the potential of these fluorine-free borate anions, in general.
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Affiliation(s)
- Nils Schopper
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB), Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Johannes Landmann
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB), Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Jan A P Sprenger
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB), Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Ludwig Zapf
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB), Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Rüdiger Bertermann
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB), Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
| | - Nikolai V Ignat'ev
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB), Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
- Consultant, Merck Life Science KGaA, 64293, Darmstadt, Germany
| | - Maik Finze
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB), Am Hubland, 97074, Würzburg, Germany
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Riefer J, Zapf L, Sprenger JAP, Wirthensohn R, Endres S, Pöppler AC, Gutmann M, Meinel L, Ignat'ev NV, Finze M. Cyano(fluoro)borate and cyano(hydrido)borate ionic liquids: low-viscosity ionic media for electrochemical applications. Phys Chem Chem Phys 2023; 25:5037-5048. [PMID: 36722915 DOI: 10.1039/d2cp05725e] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 5.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 01/20/2023]
Abstract
The synthesis and detailed characterization of low-viscosity room-temperature ionic liquids (RTILs) and [BnPh3P]+ salts with the cyano(fluoro)borate anions [BF(CN)3]- (MFB), [BF2(CN)2]- (DFB), and [BF3(CN)]- as well as the new mixed-substituted anion [BFH(CN)2]- (FHB) is described. The RTILs with [EMIm]+ or [BMPL]+ as countercations were obtained in yields of up to 98% from readily available alkali metal salts and in high purities that allow application in electrochemical devices. Trends in thermal stability, melting and freezing behavior, density, electrochemical stability, dynamic viscosity, specific conductivity and ion diffusivity have been assessed and compared to those of the related tetracyanoborate- and cyano(hydrido)borate-RTILs. The crystal structure analysis of the [BnPh3P]+ salts of [BFn(CN)4-n]- (n = 0-4), [BHn(CN)4-n]- (n = 1-3) and [BFH(CN)2]- provided experimental access to anion volumina that together with ion molecular mass, electrostatic potential, shape and chemical stability have been correlated to physicochemical properties. In addition, the cytotoxicity of the [EMIm]+-ILs and potassium or sodium salts was studied.
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Affiliation(s)
- Jarno Riefer
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB), Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany.
| | - Ludwig Zapf
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB), Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany.
| | - Jan A P Sprenger
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB), Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany.
| | - Raphael Wirthensohn
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB), Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany.
| | - Sebastian Endres
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Organische Chemie, Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany
| | - Ann-Christin Pöppler
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Organische Chemie, Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany
| | - Marcus Gutmann
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Pharmazie und Lebensmittelchemie, Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany
| | - Lorenz Meinel
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Pharmazie und Lebensmittelchemie, Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany
| | - Nikolai V Ignat'ev
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB), Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany. .,Consultant, Merck KGaA, Frankfurter Straße 250, 64293 Darmstadt, Germany
| | - Maik Finze
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB), Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany.
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Zapf L, Peters S, Bertermann R, Radius U, Finze M. Tricyanoborane-Functionalized Anionic N-Heterocyclic Carbenes: Adjustment of Charge and Stereo-Electronic Properties. Chemistry 2022; 28:e202200275. [PMID: 35535791 PMCID: PMC9401011 DOI: 10.1002/chem.202200275] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 2.5] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 01/27/2022] [Indexed: 11/19/2022]
Abstract
The 1-methyl-3-(tricyanoborane)imidazolin-2-ylidenate anion (2) was obtained in high yield by deprotonation of the B(CN)3 -methylimidazole adduct 1. Regarding charge and stereo-electronic properties, anion 2 closes the gap between well-known neutral NHCs and the ditopic dianionic NHC, the 1,3-bis(tricyanoborane)imidazolin-2-ylidenate dianion (IIb). The influence of the number of N-bonded tricyanoborane moieties on the σ-donating and π-accepting properties of NHCs was assessed by quantum chemical calculations and verified by experimental data on 2, IIb, and 1,3-dimethylimidazolin-2-ylidene (IMe, IIa). Therefore NHC 2, which acts as a ditopic ligand via the carbene center and the cyano groups, was reacted with alkyl iodides, selenium, and [Ni(CO)4 ] yielding alkylated imidazoles 3 and 4, the anionic selenium adduct 5, and the anionic nickel tricarbonyl complex 8, respectively. The results of this study prove that charge, number of coordination sites, buried volume (%Vbur ) and σ-donor and π-acceptor abilities of NHCs can be effectively fine-tuned via the number of tricyanoborane substituents.
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Affiliation(s)
- Ludwig Zapf
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (ICB) Institute of Inorganic ChemistryJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
| | - Sven Peters
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (ICB) Institute of Inorganic ChemistryJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
| | - Rüdiger Bertermann
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (ICB) Institute of Inorganic ChemistryJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
| | - Udo Radius
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (ICB) Institute of Inorganic ChemistryJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
| | - Maik Finze
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (ICB) Institute of Inorganic ChemistryJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
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Häring M, Kerpen C, Ribbeck T, Hennig PT, Bertermann R, Ignat'ev NV, Finze M. Dismutation of Tricyanoboryllead Compounds: The Homoleptic Tetrakis(tricyanoboryl)plumbate Tetraanion. Angew Chem Int Ed Engl 2022; 61:e202202882. [PMID: 35266266 PMCID: PMC9322310 DOI: 10.1002/anie.202202882] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 02/22/2022] [Indexed: 11/29/2022]
Abstract
A series of unprecedently air-stable (tricyanoboryl)plumbate anions was obtained by the reaction of the boron-centered nucleophile B(CN)3 2- with triorganyllead halides. Salts of the anions [R3 PbB(CN)3 ]- (R=Ph, Et) were isolated and found to be stable in air at room temperature. In the case of Me3 PbHal (Hal=Cl, Br), a mixture of the anions [Me4-n Pb{B(CN)3 }n ]n- (n=1, 2) was obtained. The [Et3 PbB(CN)3 ]- ion undergoes stepwise dismutation in aqueous solution to yield the plumbate anions [Et4-n Pb{B(CN)3 }n ]n- (n=1-4) and PbEt4 as by-product. The reaction rate increases with decreasing pH value of the aqueous solution or by bubbling O2 through the reaction mixture. Adjustment of the conditions allowed the selective formation and isolation of salts of all anions of the series [Et4-n Pb{B(CN)3 }n ]n- (n=2-4) including the homoleptic tetraanion [Pb{B(CN)3 }4 ]4- .
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Affiliation(s)
- Mathias Häring
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Institut für Anorganische ChemieJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
| | - Christoph Kerpen
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Institut für Anorganische ChemieJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
| | - Tatjana Ribbeck
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Institut für Anorganische ChemieJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
| | - Philipp T. Hennig
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Institut für Anorganische ChemieJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
| | - Rüdiger Bertermann
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Institut für Anorganische ChemieJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
| | - Nikolai V. Ignat'ev
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Institut für Anorganische ChemieJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
- Consultant, Merck KGaA64293DarmstadtGermany
| | - Maik Finze
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Institut für Anorganische ChemieJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
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Häring M, Kerpen C, Ribbeck T, Hennig PT, Bertermann R, Ignat'ev NV, Finze M. Dismutation von Tricyanoborblei‐Verbindungen: Das homoleptische Tetrakis(tricyanoboryl)plumbat‐Tetraanion. Angew Chem Int Ed Engl 2022. [DOI: 10.1002/ange.202202882] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/10/2022]
Affiliation(s)
- Mathias Häring
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
| | - Christoph Kerpen
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
| | - Tatjana Ribbeck
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
| | - Philipp T. Hennig
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
| | - Rüdiger Bertermann
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
| | - Nikolai V. Ignat'ev
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
- Consultant, Merck KGaA 64293 Darmstadt Deutschland
| | - Maik Finze
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
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Zapf L, Radius U, Finze M. 1,3-Bis(tricyanoborane)imidazoline-2-ylidenate Anion-A Ditopic Dianionic N-Heterocyclic Carbene Ligand. Angew Chem Int Ed Engl 2021; 60:17974-17980. [PMID: 33961330 PMCID: PMC8453866 DOI: 10.1002/anie.202105529] [Citation(s) in RCA: 11] [Impact Index Per Article: 3.7] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 04/23/2021] [Indexed: 01/14/2023]
Abstract
The 1,3-bis(tricyanoborane)imidazolate anion 1 was obtained in high yield from lithium imidazolate and B(CN)3 -pyridine adduct. Anion 1 is chemically very robust and thus allowed the isolation of the corresponding H5 O2 + salt. Furthermore, monoanion 1 served as starting species for the novel dianionic N-heterocyclic carbene (NHC), 1,3-bis(tricyanoborane)imidazoline-2-ylidenate anion 3 that acts as ditopic ligand via the carbene center and the cyano groups at boron. First reactions of this new NHC 3 with methyl iodide, elemental selenium, and [Ni(CO)4 ] led to the methylated imidazolate ion 4, the dianionic selenium adduct 5, and the dianionic nickel tricarbonyl complex 6. These NHC derivatives provide a first insight into the electronic and steric properties of the dianionic NHC 3. Especially the combination of properties, such as double negative charge, different coordination sites, large buried volume and good σ-donor and π-acceptor ability, make NHC 3 a unique and promising ligand and building block.
Collapse
Affiliation(s)
- Ludwig Zapf
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Institut für Anorganische ChemieJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
| | - Udo Radius
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Institut für Anorganische ChemieJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
| | - Maik Finze
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB)Institut für Anorganische ChemieJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
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Zapf L, Radius U, Finze M. Das 1,3‐Bis(tricyanoboran)imidazolin‐2‐ylidenat‐Anion – Ein ditopischer dianionischer N‐heterocyclischer Carben‐Ligand. Angew Chem Int Ed Engl 2021. [DOI: 10.1002/ange.202105529] [Citation(s) in RCA: 2] [Impact Index Per Article: 0.7] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 12/15/2022]
Affiliation(s)
- Ludwig Zapf
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
| | - Udo Radius
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
| | - Maik Finze
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Institut für Anorganische Chemie Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
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Siegesmund A, Küppers T, Graf R, Hennig PT, Wirthensohn R, Sprenger JAP, Finze M, Köckerling M. Lead(II) Tetracyanidoborates with Pb
2
O
2
Dimers Embedded in Network Structures. Z Anorg Allg Chem 2021. [DOI: 10.1002/zaac.202000448] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 0.3] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/09/2022]
Affiliation(s)
- Antje Siegesmund
- Universität Rostock Institut für Chemie – Anorganische Festkörperchemie Albert-Einstein-Str. 3a 18059 Rostock Germany
| | - Torsten Küppers
- Universität Rostock Institut für Chemie – Anorganische Festkörperchemie Albert-Einstein-Str. 3a 18059 Rostock Germany
| | - Roland Graf
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg Institut für Anorganische Chemie Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Philipp T. Hennig
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg Institut für Anorganische Chemie Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Raphael Wirthensohn
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg Institut für Anorganische Chemie Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Jan A. P. Sprenger
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg Institut für Anorganische Chemie Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Maik Finze
- Julius-Maximilians-Universität Würzburg Institut für Anorganische Chemie Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Martin Köckerling
- Universität Rostock Institut für Chemie – Anorganische Festkörperchemie Albert-Einstein-Str. 3a 18059 Rostock Germany
- Universität Rostock Department Life Light and Matter 18051 Rostock Germany
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Drisch M, Bischoff LA, Sprenger JAP, Hennig PT, Wirthensohn R, Landmann J, Konieczka SZ, Hailmann M, Ignat'ev NV, Finze M. Innovative Syntheses of Cyano(fluoro)borates: Catalytic Cyanation, Electrochemical and Electrophilic Fluorination. Chemistry 2020; 26:11625-11633. [PMID: 32453869 PMCID: PMC7540003 DOI: 10.1002/chem.202002324] [Citation(s) in RCA: 9] [Impact Index Per Article: 2.3] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/11/2020] [Revised: 05/26/2020] [Indexed: 11/07/2022]
Abstract
Different types of high-yield, easily scalable syntheses for cyano(fluoro)borates Kt[BFn (CN)4-n ] (n=0-2) (Kt=cation), which are versatile building blocks for materials applications and chemical synthesis, have been developed. Tetrafluoroborates react with trimethylsilyl cyanide in the presence of metal-free Brønsted or Lewis acid catalysts under unprecedentedly mild conditions to give tricyanofluoroborates or tetracyanoborates. Analogously, pentafluoroethyltrifluoroborates are converted into pentafluoroethyltricyanoborates. Boron trifluoride etherate, alkali metal salts, and trimethylsilyl cyanide selectively yield dicyanodifluoroborates or tricyanofluoroborates. Fluorination of cyanohydridoborates is the third reaction type that includes direct fluorination with, for example, elemental fluorine, stepwise halogenation/fluorination reactions, and electrochemical fluorination (ECF) according to the Simons process. In addition, fluorination of [BH(CN)2 {OC(O)Et}]- to result in [BF(CN)2 {OC(O)Et}]- is described.
Collapse
Affiliation(s)
- Michael Drisch
- Julius-Maximilians-Universität WürzburgInstitut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie &, Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074WürzburgGermany
| | - Lisa A. Bischoff
- Julius-Maximilians-Universität WürzburgInstitut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie &, Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074WürzburgGermany
| | - Jan A. P. Sprenger
- Julius-Maximilians-Universität WürzburgInstitut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie &, Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074WürzburgGermany
| | - Philipp T. Hennig
- Julius-Maximilians-Universität WürzburgInstitut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie &, Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074WürzburgGermany
| | - Raphael Wirthensohn
- Julius-Maximilians-Universität WürzburgInstitut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie &, Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074WürzburgGermany
| | - Johannes Landmann
- Julius-Maximilians-Universität WürzburgInstitut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie &, Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074WürzburgGermany
| | - Szymon Z. Konieczka
- Julius-Maximilians-Universität WürzburgInstitut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie &, Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074WürzburgGermany
| | - Michael Hailmann
- Julius-Maximilians-Universität WürzburgInstitut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie &, Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074WürzburgGermany
| | - Nikolai V. Ignat'ev
- Julius-Maximilians-Universität WürzburgInstitut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie &, Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074WürzburgGermany
- ConsultantMerck KGaA64293DarmstadtGermany
| | - Maik Finze
- Julius-Maximilians-Universität WürzburgInstitut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie &, Katalyse mit Bor (ICB)Am Hubland97074WürzburgGermany
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Huang Z, Wang S, Dewhurst RD, Ignat'ev NV, Finze M, Braunschweig H. Boron: Its Role in Energy-Related Processes and Applications. Angew Chem Int Ed Engl 2020; 59:8800-8816. [PMID: 31625661 PMCID: PMC7317435 DOI: 10.1002/anie.201911108] [Citation(s) in RCA: 139] [Impact Index Per Article: 34.8] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/30/2019] [Indexed: 12/21/2022]
Abstract
Boron's unique position in the Periodic Table, that is, at the apex of the line separating metals and nonmetals, makes it highly versatile in chemical reactions and applications. Contemporary demand for renewable and clean energy as well as energy-efficient products has seen boron playing key roles in energy-related research, such as 1) activating and synthesizing energy-rich small molecules, 2) storing chemical and electrical energy, and 3) converting electrical energy into light. These applications are fundamentally associated with boron's unique characteristics, such as its electron-deficiency and the availability of an unoccupied p orbital, which allow the formation of a myriad of compounds with a wide range of chemical and physical properties. For example, boron's ability to achieve a full octet of electrons with four covalent bonds and a negative charge has led to the synthesis of a wide variety of borate anions of high chemical and electrochemical stability-in particular, weakly coordinating anions. This Review summarizes recent advances in the study of boron compounds for energy-related processes and applications.
Collapse
Affiliation(s)
- Zhenguo Huang
- School of Civil & Environmental EngineeringUniversity of Technology Sydney81 BroadwayUltimoNSW2007Australia
| | - Suning Wang
- Department of ChemistryQueen's UniversityKingstonOntarioK7L 3N6Canada
| | - Rian D. Dewhurst
- Institute for Inorganic ChemistryJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (ICB)Julius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
| | - Nikolai V. Ignat'ev
- Institute for Inorganic ChemistryJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (ICB)Julius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
- Merck KGaA64293DarmstadtGermany
| | - Maik Finze
- Institute for Inorganic ChemistryJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (ICB)Julius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
| | - Holger Braunschweig
- Institute for Inorganic ChemistryJulius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (ICB)Julius-Maximilians-Universität WürzburgAm Hubland97074WürzburgGermany
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Huang Z, Wang S, Dewhurst RD, Ignat'ev NV, Finze M, Braunschweig H. Bor in energiebezogenen Prozessen und Anwendungen. Angew Chem Int Ed Engl 2020. [DOI: 10.1002/ange.201911108] [Citation(s) in RCA: 34] [Impact Index Per Article: 8.5] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 02/06/2023]
Affiliation(s)
- Zhenguo Huang
- School of Civil & Environmental Engineering University of Technology Sydney 81 Broadway Ultimo NSW 2007 Australien
| | - Suning Wang
- Department of Chemistry Queen's University Kingston Ontario K7L 3N6 Kanada
| | - Rian D. Dewhurst
- Institute for Inorganic Chemistry Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (ICB) Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
| | - Nikolai V. Ignat'ev
- Institute for Inorganic Chemistry Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (ICB) Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
- Merck KGaA 64293 Darmstadt Deutschland
| | - Maik Finze
- Institute for Inorganic Chemistry Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (ICB) Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
| | - Holger Braunschweig
- Institute for Inorganic Chemistry Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
- Institute for Sustainable Chemistry & Catalysis with Boron (ICB) Julius-Maximilians-Universität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Deutschland
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Ribbeck T, Kerpen C, Schmidle C, Keppner F, Sprenger JAP, Arrowsmith M, Braunschweig H, Ignat'ev NV, Finze M. Hydroxytricyanoborate Anion: Synthetic Aspects and Structural, Chemical, and Spectroscopic Properties. Inorg Chem 2019; 58:16689-16702. [PMID: 31765132 DOI: 10.1021/acs.inorgchem.9b02802] [Citation(s) in RCA: 7] [Impact Index Per Article: 1.4] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/30/2022]
Abstract
In recent years, salts of the hydridotricyanoborate anion [BH(CN)3]- (MHB) have become readily available. In spite of the unusually high stability of the MHB anion, it can be used as a valuable starting material for the preparation of selected tricyanoborates, for example, the boron-centered nucleophile B(CN)32-. A further unprecedented example is the hydroxytricyanoborate anion [B(OH)(CN)3]- that is accessible by oxidation of (H3O)MHB with elemental bromine in water. The Brønsted acid (H3O)[B(OH)(CN)3] was isolated as a crystalline solid. It serves as a versatile starting material for the synthesis of coordination compounds, metal salts, and ionic liquids. The [B(OH)(CN)3]- anion shows a rich coordination chemistry and a high tendency to form hydrogen-bonded motifs as demonstrated by a series of salts with different types of cations. Furthermore, the [B(OH)(CN)3]- anion itself serves as starting material for new tricyanoborates such as the unusual trianion [B{OB(CN)3}3]3- and the silylated anions [B(OSiR3)(CN)3]- (R = Me, Et, Ph). Some of these follow-up products have been characterized by single-crystal X-ray diffraction, e.g., [nBu4N]3[B{OB(CN)3}3] and [nBu4N][B(OSiPh3)(CN)3].
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Affiliation(s)
- Tatjana Ribbeck
- Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) , Julius-Maximilians-Universität Würzburg , Am Hubland, 97074 Würzburg , Germany
| | - Christoph Kerpen
- Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) , Julius-Maximilians-Universität Würzburg , Am Hubland, 97074 Würzburg , Germany
| | - Christian Schmidle
- Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) , Julius-Maximilians-Universität Würzburg , Am Hubland, 97074 Würzburg , Germany
| | - Fabian Keppner
- Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) , Julius-Maximilians-Universität Würzburg , Am Hubland, 97074 Würzburg , Germany
| | - Jan A P Sprenger
- Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) , Julius-Maximilians-Universität Würzburg , Am Hubland, 97074 Würzburg , Germany
| | - Merle Arrowsmith
- Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) , Julius-Maximilians-Universität Würzburg , Am Hubland, 97074 Würzburg , Germany
| | - Holger Braunschweig
- Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) , Julius-Maximilians-Universität Würzburg , Am Hubland, 97074 Würzburg , Germany
| | - Nikolai V Ignat'ev
- Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) , Julius-Maximilians-Universität Würzburg , Am Hubland, 97074 Würzburg , Germany.,Consultant, Merck KGaA , Frankfurter Straße 250 , 64293 , Darmstadt , Germany
| | - Maik Finze
- Institut für Anorganische Chemie, Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB) , Julius-Maximilians-Universität Würzburg , Am Hubland, 97074 Würzburg , Germany
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Affiliation(s)
- Nikolai V. Ignat'ev
- Institut für Anorganische Chemie; Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB); Julius-Maximilians-Universität Würzburg; Am Hubland 97074 Würzburg Germany
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB); Consultant, Merck KGaA; 64293 Darmstadt Germany
| | - Maik Finze
- Institut für Anorganische Chemie; Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB); Julius-Maximilians-Universität Würzburg; Am Hubland 97074 Würzburg Germany
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Zottnick SH, Daul WG, Kerpen C, Finze M, Müller‐Buschbaum K. Lanthanide Coordination Polymers and MOFs based on the Dicyanodihydridoborate Anion. Chemistry 2018; 24:15287-15294. [DOI: 10.1002/chem.201802627] [Citation(s) in RCA: 9] [Impact Index Per Article: 1.5] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/24/2018] [Indexed: 11/11/2022]
Affiliation(s)
- Sven H. Zottnick
- Institut für Anorganische ChemieUniversität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Wiebke G. Daul
- Institut für Anorganische ChemieUniversität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Christoph Kerpen
- Institut für Anorganische ChemieUniversität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Maik Finze
- Institut für Anorganische ChemieUniversität Würzburg Am Hubland 97074 Würzburg Germany
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Bischoff LA, Sprenger JAP, Hennig PT, Ignat'ev NV, Finze M. Chlorocyanoborates: Synthesis, Spectroscopic and Structural Characterization, and Properties of Ionic Liquids. Z Anorg Allg Chem 2018. [DOI: 10.1002/zaac.201800268] [Citation(s) in RCA: 9] [Impact Index Per Article: 1.5] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/09/2022]
Affiliation(s)
- Lisa A. Bischoff
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB); Institut für Anorganische Chemie; Julius-Maximilians-Universität Würzburg; Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Jan A. P. Sprenger
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB); Institut für Anorganische Chemie; Julius-Maximilians-Universität Würzburg; Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Philipp T. Hennig
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB); Institut für Anorganische Chemie; Julius-Maximilians-Universität Würzburg; Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Nikolai V. Ignat'ev
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB); Institut für Anorganische Chemie; Julius-Maximilians-Universität Würzburg; Am Hubland 97074 Würzburg Germany
- Institut für Anorganische Chemie; Merck KGaA; 64293 Darmstadt Germany
| | - Maik Finze
- Institut für nachhaltige Chemie & Katalyse mit Bor (ICB); Institut für Anorganische Chemie; Julius-Maximilians-Universität Würzburg; Am Hubland 97074 Würzburg Germany
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Zottnick SH, Seuffert MT, Kerpen C, Finze M, Müller-Buschbaum K. Homoleptic Luminescent Lanthanide Frameworks with the Tricyanohydridoborate Anion. Eur J Inorg Chem 2017. [DOI: 10.1002/ejic.201700547] [Citation(s) in RCA: 4] [Impact Index Per Article: 0.6] [Reference Citation Analysis] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/11/2022]
Affiliation(s)
- Sven H. Zottnick
- Institut für Anorganische Chemie; Universität Würzburg; Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Marcel T. Seuffert
- Institut für Anorganische Chemie; Universität Würzburg; Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Christoph Kerpen
- Institut für Anorganische Chemie; Universität Würzburg; Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Maik Finze
- Institut für Anorganische Chemie; Universität Würzburg; Am Hubland 97074 Würzburg Germany
| | - Klaus Müller-Buschbaum
- Institut für Anorganische Chemie; Universität Würzburg; Am Hubland 97074 Würzburg Germany
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