Marcellin Magloire Fotsing Kamte

Electrosynthesis and Mechanism of Copper(I) Nitrile Complexes

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 01.11.2004

Abstract
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Elektropräparation ausgewählter Kupfer(I)-nitrilkomplexe durch galvanostatische Auflösung von metallischem Kupfer in nichtwässrigen Medien bei gleichzeitiger kathodischer Reduktion der Nitrile in einer ungeteilten elektrochemischen Zelle untersucht. Es werden Aussagen zum elektrochemischen Reaktionsmechanismus dieser Synthesen gemacht. Das elektrochemische Verhalten von 1,1,3,3-Tetracyanopropan (TCP), Malonsäuredinitril (MDN) und Phenylacetonitril (PhAN) wurde sowohl an einer Kupferelektrode als auch am Platin untersucht. 1,1,3,3-Tetracyanopropan wird nach einem ECEC-Mechanismus reduziert, während die elektrochemische Reduktion von Malonsäuredinitril und von Phenylacetonitril einem EC-Mechanismus folgt.
Bei der Elektrosynthese in Gegenwart von TCP konnten aus der Elektrolyselösung [Cu(-C(CN)3)(PPh3)2]2 und Cu2(-CN)(PPh3)6[BF4] isoliert werden. Das gleichzeitig gebildete Acrylnitril unterliegt einer kathodischen Elektropolymerisation. Die Reaktion der Elektrolyselösung mit 1,10-Phenanthrolin (phen) liefert {cis-[Cu2(-CN)(phen)2(PPh3)2]}2[C(CN)3][BF4]2CH3CN. Die Elektrosynthese in Gegenwart von MDN ergab {[Cu(CN)(PPh3)2]CH3CN}n. Nach Zugabe von 2,2'-Bipyridin (bipy) bzw. phen entstehen [Cu(CN)(bipy)(PPh3)] und [Cu(CN)(phen)(PPh3)]. Die Elektrolyse mit PhAN liefert {[C4H9)4N][Cu(BPVA)(PPh3)2][BF4]} und mit phen [Cu(BPVA)(phen)(PPh3)] (BPVA: 1-benzyl-2-cyano-2-phenylvinylaminate). Die Verbindungen wurden durch Elementaranalyse, FAB-, ESI- and EI-MS, 1H-, 13C-, 31P-NMR- und IR-Spektroskopie sowie Röntgenstrukturanalyse charakterisiert.

In the context of this work, Cu(I) complexes have been prepared by electrochemical route in non-aqueous media by galvanostatic dissolution of a copper metal and concomitantly the reduction of nitriles at the cathode in an undivided electrochemical cell. The electrochemical mechanisms by which these compounds can be achieved were also investigated. The electrochemical behavior of 1,1,3,3-tetracyanopropane (TCP), malononitrile (MDN) and phenylacetonitrile (PhAN), used as starting materials, investigated both at a platinum and at a copper working electrodes revealed that TCP is reduced according to an ECEC mechanism while MDN and PhAN are reduced according to an EC mechanism.
The electrosynthesis with TCP yielded [Cu(-C(CN)3)(PPh3)2]2 and [Cu2(-CN)(PPh3)6][BF4]. The analyses revealed that acrylonitrile was grafted and electropolymerized onto the cathode. A reaction between 1,10-phenanthroline (phen) and the electrolytic solution afforded {cis-[Cu2(-CN)(Phen)2(PPh3)2]}2[C(CN)3][BF4]2CH3CN. The synthesis with MDN yielded {[Cu(CN)(PPh3)2]CH3CN}n. A reaction between the polymer and 2,2'-bipyridine (bipy) on the one hand and phen on the other hand, afforded a mononuclear copper(I) complexes with the formulae [Cu(CN)(bipy)(PPh3)] and [Cu(CN)(phen)(PPh3)] respectively. Electrolysis with PhAN led to [Cu(BPVA)(PPh3)2] which where allowed to react with phen to yield [Cu(BPVA)(phen)(PPh3)], where BPVA stands for 1-benzyl-2-cyano-2-phenylvinylaminate. All these compounds were characterized by elemental analysis, FAB-, ESI- and EI-MS, 1H-, 13C-, 31P-NMR- and IR-spectroscopies respectively with single crystal X-ray analysis.

Keywords:
Elektrosynthese, Kupfer (I) Komplexe, Tricyanomethyl, Cyanide, 1-Benzyl-2-Cyano-2-Phenylvinylaminate, ECEC-Mechanismus, EC-Mechanismus, zyklische Voltametrie, Kristallstruktur

Electrosynthesis, copper(I) complexes, tricyanomethyl, cyanide, 1-benzyl-2-cyano-2-phenylvinylaminate, ECEC-mechanism, EC-mechanism, cyclic voltammetry, crystal structure

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Inhaltsverzeichnis
Title page, Contents, Abbreviations (2, i-vi)
1. Introduction (1-5)
2. Electrosynthesis of metal complexes with acidic C-H compounds (6-10)
3. Results and discussions (11-80)
4. Introduction to micro- and nanostructuring of metal surfaces (81-89)
5. Experimental part (90-102)
6. Summary / Zusammenfassung (103-112)
7. References (113-121)
Appendix (122-129)
Publications