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Die π‐Koordination von Aren‐ und anionischen Heteroarenliganden ist ein allgegenwärtiges Strukturmotiv in der metallorganischen Chemie der d‐ und f‐Block‐Elemente. Im Gegensatz dazu sind vergleichbare π‐Wechselwirkungen neutraler Heteroarene, darunter auch solche neutraler, aromatischer Borheterocyclen, für den f‐Block weit weniger verbreitet, was z. T. mit einer geringeren Effektivität der Metall‐zu‐Ligand‐Rückbindung in Zusammenhang gebracht werden kann. Für die Actinoide sind π‐Komplexe mit neutralen Heteroarenliganden sogar gänzlich unbekannt. Durch Ausnutzung der außergewöhnlichen π‐Donorstärke eines 1,4‐Diborabenzols ist es uns nun gelungen, eine Reihe stabiler π‐Halbsandwichkomplexe des Thoriums(IV) und des Urans(IV) über einen erstaunlich einfachen Zugang zu generieren: Umsetzung eines 1,4‐Diborabenzols mit ThCl4(dme)2 bzw. UCl4 in Gegenwart einer Lewis‐Base. Hierdurch konnten die ersten Beispiele für Actinoidkomplexe mit einem neutralen Borheterocyclus als Sandwich‐artigem Liganden erhalten werden. Laut experimentellen und theoretischen Studien ist die starke Actinoid‐Heteroaren‐Wechselwirkung in diesen Molekülen im Wesentlichen von elektrostatischer Natur. Der kovalente Hauptbeitrag wird hingegen von der Ligand‐zu‐Metall‐π‐Wechselwirkung geleistet, während π/δ‐Rückbindungsanteile kaum eine Rolle spielen.

Lanthanide inverse sandwich compounds of the cycloheptatrienyl trianion give rise to ferromagnetic exchange and slow relaxation of the magnetisation., The preparation of η-cyclopentadienyl (η5-C5R5), η-arene (η6-C6R6), and η-cyclooctatetraenyl (η8-C8R8) bridging motifs are common in organometallic chemistry; however, the synthetic preparation of η-cycloheptatrienyl (η7-C7R7) bridging motifs has remained a synthetic challenge in 4f chemistry. To this end, we have developed a synthetic route towards a series of rare dinuclear organolanthanide inverse sandwich complexes containing the elusive η7-C7H7 bridge. Herein, we present the structures and magnetic properties of the lanthanide inverse sandwich complexes [KLn2(C7H7)(N(SiMe3)2)4] (Ln = GdIII (1), DyIII (2), ErIII (3)) and [K(THF)2Er2(C7H7)(N(SiMe3)2)4] (4). These compounds are the first single-molecule magnets (SMMs) to feature this type of bridging motif. Furthermore, η7-C7H7 was found to efficiently promote ferromagnetic exchange interactions between metal ions. Variable temperature dc magnetic susceptibility measurements and subsequent simulations give significant exchange constants of J = +1.384, +1.798, and +3.149 cm–1 and dipolar constants of J = –0.603, –0.601, and –0.475 cm–1 for compounds 2–4, respectively. Frequency dependent ac susceptibility measurements under an applied static field resulted in the observation of dual relaxation processes, and brought forth a greater understanding of the intermolecularly driven process at high frequency. In particular, this type of analysis of compound 3 under 800 Oe elicited an energy barrier of U eff = 58 K. Ab initio calculations were performed in order to understand the nature of magnetic coupling and the origin of slow relaxation of magnetisation. Through these studies, the effect of the amido ancillary ligands on the magnetic axiality of the lanthanide ions was found to be competitive with the crystal field of the η7-C7H7 π-electron cloud. Our findings suggest that the tunability of the dipolar and exchange components of the magnetic interactions lie within the dihedral angle imposed by the amido ligands, thus offering potential for the development of new exchange coupled lanthanide systems.

PRISMA-P 2015 Checklist. PRISMA-P checklist adapted for use with systematic review protocol submissions to BioMed Central journals. (DOCX 33 kb)