[(TM ED A)2Li4Cl4(H20)2]*2 TMEDA: stabförmige vierkernige Li-Komplexe verknüpft durch TMEDA [(TM EDA)2Li4Cl4(H20)2]-2 TMEDA: Stick-Like Tetranuclear Li Complexes Connected by TM EDA Bert Werner, Bernhard Neumüller* Fachbereich Chemie der Universität Marburg, Hans-Meerwein-Straße, D-35032 Marburg/Lahn Z. Naturforsch. 50b, 1348-1352 (1995); eingegangen am 27. Februar 1995 Lithium Complex, T M ED A Adduct, Adduct of H 20 , Crystal Structure The title compound 1 was synthesized by the reaction of LiCl with T M ED A (N ,N,N ',N 'tetramethylethylendiamine) and water at 120 °C in boiling TM EDA. 1 was crystallized at - 3 0 °C as colorless crystals and characterized by NM R and IR spectroscopy as well as by an X-ray structure determination. 1 is a polymer in the solid state, built up by an alternating arrangement of stick-like tetranuclear Li complexes and two T M ED A molecules. The com ­ plexes and the T M ED A molecules are connected by hydrogen bridges in infinite chains. Einleitung Organolithium verbindungen gehören zu den meist verwendeten metallorganischen Reagenzien in der Chemie. Oft werden während den entspre­ chenden Reaktionen Lithiumhalogenide freige­ setzt, eine der entscheidenden Triebkräfte im R e­ aktionsverlauf. D aher ist das Interesse am Ver­ ständnis von Reaktionen und Strukturen von Edukten und Produkten sehr ausgeprägt [1,2]. Dazu kommt die Anwendung von Lithium-Ionen in Medizin und Technologie [3]. In vielen Fällen ist die Kenntnis des Aufbaus des Festkörpers eine der entscheidenden Voraussetzungen zum Ver­ ständnis der Eigenschaften der jeweiligen Lithi­ umverbindung, so z. B. bei der schnellen Ionen­ leitung [4]. D aher sind auch die umfangreichen Untersuchungen von Lithiumhalogenid-Donorsolvens-Komplexen nicht verwunderlich [5-10]. Hier soll über die kom binierte Einwirkung von Wasser und TM EDA auf Lithiumchlorid und die Bildung der Titelverbindung berichtet werden. Darstellung und Eigenschaften von [(TM EDA)2Li4Cl4(H20 ) 2] -2 TMEDA (1) W ährend LiBr und Lil mit TM EDA unter Aus­ bildung der Komplexe [(TM EDA)LiX]2 (X = Br, * Sonderdruckanforderungen an Priv.-Doz. Dr. B. N eu­ müller. 0 9 3 2 -0 7 7 6 /9 5 /0 9 0 0 -1 3 4 8 $ 06.00 I) und [Li(TM EDA)2]I reagieren, kann bei der Umsetzung von LiCl mit TM EDA [(TM EDA)4Li6Cl6]„ isoliert werden, das eine komplexe Festkörperstruktur besitzt [8], Neueste Ergebnisse zeigen, daß das Reaktionssystem LiCl/ TM EDA abhängig von der gewählten D arstel­ lungsvariante und den Kristallisationsbedingungen unterschiedliche Produkte liefern kann [11]. So wird bei der Einwirkung von Lithium in TM EDA auf Cyclopentylchlorid der Komplex [(TM EDA)3 5(LiCl)4]2 gebildet. U nter Variation der Reaktionsbedingungen kann auch das trimere [(TM EDA)LiCl]3 isoliert werden. Theoretische Untersuchungen ergaben, daß sich die verschiedenen Lithiumchloridaggregate [LiCl]n energetisch nur wenig unterscheiden, unabhängig davon, ob ein koordinierendes Donorsolvens mit einbezogen wurde oder nicht [11]. Wir konnten die Titelverbindung durch R eak­ tion von LiCl mit Wasser in TM EDA nach Gl. (1) erhalten. v-i + n2 T ^ -----------TM EDA,1— A> 4„ tLiCl H_r20 [(TM EDA)2Li4Cl4(H 20 ) 2] •2 TM EDA 1 (1) 1 fällt in Form farbloser äußerst hygroskopi­ scher Kristalle nach A bkühlen auf -3 0 °C aus. Im 'H -N M R-Spektrum (CD 3CN) wird bei R aum tem peratur für die Protonen der TM EDAMoleküle nur ein Signalsatz (NCH?: 2,27; N C H 3: © 1995 V erlag d e r Z e itsc h rift fü r N a tu rfo rs c h u n g . A ll rig h ts re se rv e d . Unauthenticated Download Date | 10/31/17 8:33 AM D B. W e r n e r - B . N e u m ü lle r • [ (T M E D A )2L i4C l4( H 20 ) 2] -2 T M E D A 2,14 ppm) beobachtet. Die Protonen der koordi­ nierten Wassermoleküle verursachen eine Reso­ nanz bei 3,48 ppm. Charakteristisch für koordi­ niertes Wasser sind dazu die Absorptionen bei 3389, 3259 und 1627 c m '1 im IR-Spektrum . Den Li20 2- und Li2Cl2-Ringschwingungen ordnen wir die wenig strukturierte breite Bande bei 396 cm -1 zu [12,13]. Kristallstrukturanalyse von [(TM EDA)2Li4Cl4(H20 ) 2]-2 TMEDA (1) Tab. I enthält die kristallographischen Daten und Angaben zur Strukturlösung, Tab. II die Atom koordinaten und isotropen Auslenkungsparam eter. In Tab. III werden die Bindungslängen und -winkel aufgeführt. In Tab. IV ist ein Ver­ gleich von Strukturparam etern von LiCl-Donorsolvens-Komplexen zusammengestellt. Abb. 1 zeigt einen Ausschnitt aus der polymeren Struktur von 1. Die K ette von 1 ist aus stabförmi­ gen, vierkernigen Komplexen [(TM EDA)2Li4Cl4(H 20 ) 2] und zwei parallel an­ geordneten Molekülen TM EDA aufgebaut. Diese alternierend zusammengefügten Baugruppen sind Tab. I. Kristalldaten, Angaben zur M essung der R eflex­ intensitäten und zur Strukturbestimmung von 1. Formel Formelmasse (g/mol) Kristallabmessungen (mm) Gitterkonstanten Zellvolum en (pm3) Raumgruppe Z dföm. (g/cm3) M eßtemperatur (K) empirische Absorptionskorrektur M eßbereich (°) gem essener Bereich des reziproken Raumes Scanmodus; Scanbreite (°) Symmetrieunabhängige R eflexe Meßwerte mit F0> 4 a (F 0) für R 1 Strukturlösung Strukturverfeinerung Ri wR2a Maximale Restelektronendichte (e/pm 3- 106) c24H68ci4Li4N8o2 670,43 0 ,2 x 0 ,2 8 x 0 ,4 a = 2013,1(5) pm b = 1218,3(3) pm c = 889,7(2) pm ß = 103,26(2)° 2123,9(9)-10* m onoklin, C2/m (Nr. 12 [23]) 2 1,049 203 /^cuKra = 27,5 c m '1 8,6<20<11O -2 1 < /z < 2 0 0 < Ä :< 1 2 0</<9 cj-2 0; 0,72 + 0,33tgö 1402 1166 D irekte M ethoden (SH ELXTL-Plus [21]) SHELXL-93 [24] 0,0608 0,1693 0,56 a w = l/[a 2(F02) + (0,0757 -P )2 + 4,98 P] und P = [Max(Fc2, 0) + 2F c2]/3. 1349 Tab. II. Atomkoordinaten und isotrope äquivalente Auslenkungsparameter (IO-22 m2) der Nichtwasserstoffatome (*) von 1. A tom X L il 0,0678(4) Li 2 0,2138(4) 0,13989(4) C ll Ol 0,0207(2) NI 0,2822(2) N2 0,3012(2) CI 0,2744(3) 0,3482(4) C 2a 0,3566(4) C 3a C4 0,3067(3) N3 0,0518(2) C5 0,1248(3) C6 0,0338(3) C 71a 0,0335(4) C 72a -0,0010(8) y z 0,5 0,5 0,35162(7) 0,5 0,5 0,5 0,4017(4) 0,4708(7) 0,5329(6) 0,4034(5) 0,3220(4) 0,3273(6) 0,2307(5) 0,3253(6) 0,266(2) -0,0121(9) -0,0056(9) -0,0268(1) 0,1633(4) -0 ,1489(5) 0,1817(5) -0 ,2443(7) -0 ,0 4 6 (1 ) 0,103(1) 0,2760(7) 0,3510(5) 0,3975(7) 0,2524(8) 0,513(1) 0,427(2) u eq 3,1(3) 3,3(3) 4,08(4) 3,1(2) 4,3(2) 3,8(2) 7,8(2) 5,2(4) 4,6(3) 9,2(3) 7,2(2) 10,4(3) 8,9(3) 7,5(3) 7,1(8) a Besetzungsfaktoren: C2, C 3 0,5; C71 0,7; C72 0,3. * Weiteren Einzelheiten zur Röntgenstrukturanalyse von 1 können beim Fachinformationszentrum Karlsruhe, D-76344 Eggenstein-Leopoldshafen, unter Angabe der Hinterlegungsnummer CSD-58947, angefordert werden. Tab. III. Ausgewählte Atom abstände (pm) und Bin­ dungswinkel (°) in 1. L il-C ll L i2 - C ll L il-O l L il-O la L i2 - N 1 L i2 - N 2 N l-C l N 1 -C 2 N 2 -C 3 N 2 -C 4 C 2 -C 3 N 3 -C 5 N 3 -C 6 N 3 -C 7 1 N 3 -C 7 2 C 7 1 -C 7 1 a C 7 2 -C 7 2 a L il- L ila L il-L i2 234,1(5) 232,1(5) 200,3(9) 197,1(9) 208,0(9) 212,8(9) 145,5(6) 147,4(9) 150,1(9) 143,5(7) 150(1) 143,4(7) 141,1(8) 157(1) 154(2) 132(1) 129(2) 279(1) 293(1) L il-C ll- L i2 L il-O l-L ila CI 1 -L i l - O l C ll-L il-O la C ll-L il-C lla 0 1 - L i 1 - 0 la C ll-L i2 -N 1 C ll-L i2 -N 2 C ll-L i2 -C lla N l-L i2 - N 2 C 1 -N 1 -C 2 C l - N 1 -L i2 C 2 -N l-L i2 C 3 -N 2 -C 4 C 3 -N 2 -L i2 C 4 -N 2 -L i2 N 1 -C 2 -C 3 N 2 -C 3 -C 2 C 5 -N 3 -C 6 C 5 -N 3 -C 7 1 C 6 -N 3 -C 7 1 77,8(2) 89,1(4) 117,0(2) 115,9(2) 101,1(3) 90,9(4) 116,9(2) 117,6(2) 102,3(3) 86,3(3) 97,2(4) 111,1(3) 104,4(5) 121,7(5) 101,8(4) 113,4(3) 109,2(6) 109,4(6) 108,4(5) 100,1(5) 120,7(5) durch W asserstoffbrückenbindungen verknüpft. Das stabförmige Komplexmolekül wird dabei aus einer Abfolge nahezu senkrecht aufeinander stehender Fünf- und Vierringe gebildet. Die bei­ den unterschiedliche Funktionen erfüllenden TM EDA-Einheiten sind auf ähnliche Weise fehl­ geordnet. Der mit Li 2 und dem ersten TM EDA- Unauthenticated Download Date | 10/31/17 8:33 AM 1350 B. W e rn e r- B . N e u m ü lle r ■ [( T M E D A ) 2L i4C l4(H 20 ) 2 l -2 T M E D A Tab. IV. Atomabstände (pm) in ausgewählten Li-C l-D onorsolovens-K om plexen (pm). Verbindung L i-C I 1 232.1(5); 234,1(5) 230.8(3); 234.2(3) 237,8(8); 238.3(9) 228(3) -2 4 3 (2 ) 228,3(4) -244,8(4) 236(1) -2 4 4 (1 ) 234(2) -2 3 6 (2 ) 239(1) -2 3 5 (1 ) [(TH F)2LiCl]2 [(2-Me - Py)2LiCl]2 [(T M E D A )4Li6Cl6]„ [(T M E D A )3 5(LiCl)4]2 {[(Me2N )3PO]LiCl)4 [(D M F)L iC l(H 2O )0.5]„ [(N C 12H 8N H )L i2Cl(THF)4] L i-O 197,1(9); 200.3(9) 193,7(3); 195,6(3) L i- N L i-L i Lit. 208,0(9); 212,8(9) 279(1); 293(1) 290a [9] 300,4(9) [6] 320(5) [8] 296ab [11] 306(2) -3 1 2 (2 ) 277 [25] 273(2) [26] 209(1); 210(1) 206(4) -2 1 8 (5 ) 210,7(4) -2 1 9 ,3 (5 ) 186(1) -1 8 7 (1 ) 190(2) -1 9 8 (2 ) 191(1) -1 9 7 (1 ) 206(1); 209(1) [16] Aus den publizierten Daten errechnet; b nur Li2Cl2-Vierring. C2 CI c1ao *° 3 f N l\ C3 a) b) N2Ü "Uj 2 C l la d / J b C ll Abb. 1. Darstellung eines Ausschnittes der polymeren Struktur von 1 (Schwingungsellipsoide 50%; die CA tom e wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit nur als Kugeln dargestellt; es wurden nur das H-Atom H 1 und seine symmetrieäquivalenten H -A tom e abgebildet; von den beiden Fehlordnungspositionen der TM EDAMoleküle ist jeweils nur eine gezeichnet). Molekül aufgebaute fünfgliedrige Chelatring liegt in zwei gleich besetzten rw/^z-Konformationen vor (Abb. 2 a), eine für Chelatliganden wie TMEDA oder DM E typische Anordnung [1, 2, 14], Das zweite, zur Kettenbildung herangezogene Solvensmolekül, zeigt ebenfalls zwei Stellungen der N -C -C -N -S e q u e n z (Besetzung 70:30; Abb. 2b). D er m ittlere Li20 2-Vierring wird durch einen Punkt mit 2/m-Symmetrie zentriert, ist also planar. Abb. 2. 2 a und 2 b. Darstellung der fvmr-Stellungen der beiden unabhängigen T M ED A -M oleküle (Besetzungs­ faktoren siehe Tab. II). während die darauf senkrecht stehenden Li2Cl2Vierringe gefaltet sind, wobei die Abweichung von der Planarität (Faltungsachse C ll —C lla ) 9° aus­ macht. Li-N -Bindungslängen von 208,0(9) ( L i2 - N l) und 212,8(9) (L i2 -N 2 ) sind typisch für TMEDALiganden, wenn die Koordinationszahl am M etall­ atom vier beträgt [1, 2, 8, 11, 15] (vgl. Tab. IV). Die beobachteten L i-C I-A bstände von 232,1(5) (Li 1 —Cl 1) und 234,1(5) pm ( L i2 - C ll) liegen in dem Bereich, der in anderen Li2Cl2-Vierringsystemen gefunden wurde [1, 2, 6, 9, 11]. C harakteri­ Unauthenticated Download Date | 10/31/17 8:33 AM 1351 B. W erner-B . Neumüller • [(T M E D A ) 2 Li4 Cl4 (H 2 Q ) 2 ]-2T M E D A stisch ist dabei auch der kleine Winkel L i l - C l l Li2 von 77,8(2)°. D er planare Li20 2-Vierring be­ sitzt Li-O -Bindungslängen von 197,1(9) (Li 1— O la ) und 200,3(9) pm (Li 1 - 0 1 ) . Im [(DMF)LiC l ( H 2 O ) 0 .5 ]n wurden Werte zwischen 190(2)198(2) pm beobachtet [16]. D er Winkel Li 1 - 0 1 Li la in 1 wurde zu 89,1(4)° bestimmt. Durch diese Vierringgeometrien werden die Metall-MetallKontakte bestimmt. D er Abstand Li 1 —L ila ist, verursacht durch die H 20-L iganden, mit 279(1) pm deutlich kleiner als der Abstand L il •••Li2 mit 293(1) pm. Die H 20-verbrückten Li-Atom e im [ ( D M F ) L i C l ( H 2 O ) 0 ,5]n besitzen einen Abstand von 277 pm [16]; im Vierringgerüst von [(THF)2LiCl]2 liegt ein M etall-M etall-Abstand von 290 pm vor [9]. Die durch H-Brückenbindungen aufgebaute polymere Kette ist entlang der kristallographischen c-Achse ausgerichtet (Abb. 3). D er Kontakt N 3 ••• 0 1 ist mit 272,1(5) pm [N 3••• H 1 176(4) pm] ca. 35 pm kürzer als die Summe der van-derWaals-Radien. Zusam m en mit dem Winkel O l H 1 ••• N3 von 172(5)° kann die H-Brücke als linear [17] und durchschnittlich stark betrachtet werden [18, 19], weils TMS mit d - 0,0 ppm. Die IR-Spektren wur­ den mit einem Gerät Bruker IFS-88 (Csl- und Po­ lyethylenscheiben) angefertigt. D er Schmelzpunkt wurde mit einem Schmelzpunktbestimmungsgerät nach Dr. Tottoli (Fa. Büchi) bestimmt (geschlosse­ nes Rohr, unter Ar, ohne Korrektur). Alle A rbei­ ten wurden unter Argon ausgeführt. Darstellung von 1: Eine Mischung von 2,0 g (47,18 mmol) LiCl und 0,43 g (23,9 mmol) H 20 in 20 ml TM EDA wird 6 h unter Rückfluß erhitzt und anschließend 12 h bei RT gerührt. Es werden 15 ml n-Pentan zugesetzt. D er entstandene farb­ lose äußerst hygroskopische Niederschlag wird ab­ filtriert, zweimal mit 10 ml n-Pentan gewaschen und im Argonstrom getrocknet (Kristalle die für die Röntgenstrukturanalyse geeignet sind, können durch Abkühlen der Reaktionslösung auf -3 0 °C erhalten werden). Ausbeute: 6,42 g (81% d. Th.). - Schmp. 72-74 °C (geschl. Rohr). - ’HNM R (CD 3CN): 2,14 ppm (s, 48 H, NCH-,); 2,27 ppm (s, 16 H, NCLL); 3,48 ppm (s, 4 H, OH?). l3C-NMR (CD3CN): 46,2 ppm (s, N C H 3); 57,6 ppm (s, NCH2). - IR (Nujol): 3389 m - s ( v0 h ); 3259 m - s ( vQh ); 1627 m (<50 h ); 1295 m -s ; 1260 m; 1160 m; 1136 m -w ; 1103 m -w ; 1066 m; 1036 vs; 951 s; 869 m -w ; 821 m; 793 m -s; 587 m -w ; 539 m -w ; 457, 433, 396, 365, 328 [m, br, vRing (Li2Cl2, Li20 2)]; 266 vw; 224 w; 204 w; 170 w (<5Li0)- Experimenteller Teil Ber. C 43,00 H 10,23 N 16,71 C121,15 Li4,14%, Gef. C 43,15 H 10,41 N 16,07 CI21,34 Li3,43%. Für die 'H-NM R- und 13C-NMR-Messungen stand ein G erät B ruker AC-300 ('H : 300,134 MHz, 13C: 75,469 MHz) zur Verfügung. Standard ist je ­ C ,4H68Cl4L i4N80 2 (670,43) Angaben zur Röntgenstrukturanalyse von 1 Ein für die Röntgenstrukturanalyse geeigneter Kristall wurde bei -7 0 °C mittels Öl auf einer Glaskapillare befestigt und die Zelldaten sowie Reflexintensitäten mittels eines CAD4-Vierkreisdiffraktometers der Firma Enraf-Nonius ermittelt (CuKa-Strahlung, G raphitm onochrom ator). Zur Darstellung von Bindungswinkeln und -abständen, Berechnung von U eq und Zeichnung der Molekülund Kristallstruktur wurden die Programme PLATON [20], SHELXTL-Plus [21] und ORTEP [22] verwendet. Die Lagen der H-A tom e außer H l wurden für eine ideale Geom etrie berechnet und mit einem gemeinsamen Auslenkungsparameter verfeinert. Die Lage von H 1 wurde Differenz­ Fouriersynthesen entnom men und mit einem fest­ gehaltenem Abstand von 97 pm verfeinert. Dank Abb. 3. Stereoskopische Darstellung der Elementarzelle von 1 (ORTEP). Dem Fonds der Chemischen Industrie und der Deutschen Forschungsgemeinschaft danken wir für die großzügige finanzielle Unterstützung. Unauthenticated Download Date | 10/31/17 8:33 AM 1352 B. W erner-B . Neumüller • [(T M E D A ) 2 Li4 Cl4 (H 2 0 ) 2 ] -2 TM ED A [1] W. N. Setzer. P. v. R. Schleyer, Adv. Organomet. Chem. 24. 353 (1985) und dort zit. Lit. [2] U. Olsher. R. M. Izatt. J. S. Bradshaw. N. K. Dalley, Chem. Rev. 91, 187 (1991) und dort zit. Lit. [3] R. O. Bach, Lithium - Current Application in Science, Medicine, and Technology, Wiley-Interscience, New York (1985). [4] W. Weppner. W. Welzel, R. Kniep, A. Rabenau, A n ­ gew. Chem. 98, 1105 (1986). [5] R. D. Rogers, R. V. Bynum, J. L. A twood, J. Cryst. Spectrosc. Res. 14, 29 (1984). [6] C. L. Raston, C. R. Whitaker, A . H. White, J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1988. 991. [7] C. L. Raston, C. R. Whitaker, A. H. White, Inorg. Chem. 28. 163 (1989). [8] C. L. Raston, B. W. Skelton, C. R. Whitaker, A. H. White, Aust. J. 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