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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Exploration of New Chemistry of Open Shell Porphyrins

Research Project

Project/Area Number 18H03910
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

大須賀 篤弘  京都大学, 理学研究科, 教授 (80127886)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田中 隆行  京都大学, 理学研究科, 助教 (20705446)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywordsラジカル / ポルフィリン / スピン相互作用 / 動的共有結合 / コロール
Outline of Annual Research Achievements

本年は、様々な形式のジラジカル化合物についての開拓が達成された。窒素埋め込み型縮環ポルフィリン二量体において、メタフェニレン縮合型とパラフェニレン縮合型の二種類を合成し、そのジラジカルジカチオン種を解析したところ、それぞれの縮合形式によってスピン間相互作用が異なることを実証した。また同様に、メゾオキシラジカルをパラフェニレンおよびメタフェニレンで架橋したポルフィリン二量体を合成したが、こちらはスピン間の有効な相互作用が見られず、固体中でのパッキング構造に依存する結果となった。
動的共有結合を有するポルフィリン二量体を設計し開拓する中で、シクロファン型のクロリン二量体が得られ、それが動的共有結合を示すことがわかった。ポルフィリンの中心の金属種によってその挙動の熱活性化障壁が異なることを明らかにした。
メゾメゾ結合コロール二量体において、弱い酸化剤であるクロラニルを用いて酸化をおこなうと単離可能なジラジカル種が得られ、それが三重縮環コロール二量体生成の中間体であることを明らかにした。
以上のように、ポルフィリンを基盤としたジラジカル種は安定に取り扱うことができ、X線結晶構造解析をはじめとする各種分光学的解析ができ、また固体状態での温度可変磁化率測定によって分子間相互作用を体系的に調べることができた。二量体の分子内スピン相互作用は、二つのラジカルを繋いでいるスペーサーの性質によってコントロールが可能だが、自由回転するフェニレン系スペーサーでは相互作用が制御しにくいこともわかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

ポルフィリンのジラジカル化合物においても、広いπ平面へのスピン非局在化の効果に加え、スピン間で反強磁性的相互作用が働くことで化合物を空気下でも安定に取り扱えることを実証できた。また分子内で二つのスピン間に働く相互作用はスペーサーユニットのデザインでも制御可能であることが示され、有機強磁性体を設計する指針が確立され始めた。シクロファン型のクロリン二量体やメゾメゾ結合コロール二量体などは予想外の形でジラジカル種が得られた。これらの化合物も、単結晶X線結晶構造解析や電子スピン共鳴スペクトル、温度可変磁化率測定などによって丁寧に解析することができ、論文にまとめることができた。

Strategy for Future Research Activity

ポルフィリンよりも広いπ共役系を有する化合物でもスピン非局在化による安定化効果が得られるかどうかについて検討することは、概念の一般化という点で重要であると考えられる。環拡張ポルフィリン種や多芳香族炭化水素類において一電子酸化・還元によるラジカル種の単離や、中性ラジカルの発生、動的共有結合を有する系の探求を進め、新たな開殻系化学種の開拓に努める。

  • Research Products

    (39 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (14 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 1 results) Presentation (24 results) (of which Int'l Joint Research: 13 results,  Invited: 6 results)

  • [Int'l Joint Research] Yonsei University(韓国)

    • Country Name
      KOREA (REP. OF KOREA)
    • Counterpart Institution
      Yonsei University
  • [Journal Article] Helically Twisted Benzene-1,3,5-triamine-fused Porphyrin Dimers2020

    • Author(s)
      Kenichi Kato, Atsuhiro Osuka
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: 49 Pages: 517-520

    • DOI

      10.1246/cl.200115

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] meso-(2-Pyridyl)-boron(III)-subporphyrin: Perimeter Iridium(III) Coordination2020

    • Author(s)
      G. Lavarda, D. Shimizu, T. Torres, A. Osuka
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 59 Pages: 3127-3130

    • DOI

      10.1002/anie.201914853

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Cyclophane‐type Chlorin Dimers from Dynamic Covalent Chemistry of 2,18‐Porphyrinyl Dicyanomethyl Diradicals2020

    • Author(s)
      B. Adinarayana, K. Kato, D. Shimizu, T. Tanaka, K. Furukawa, A. Osuka
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 59 Pages: 4320-

    • DOI

      10.1002/anie.201914480

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rational Synthesis of 5,10-Diazaporphyrins via Nucleophilic Substitution Reactions of α,α’-Dibromotripyrrin and Dihydrogenation to Give 5,10-Diazachlorins2020

    • Author(s)
      M. Umetani, G. Kim, T. Tanaka, D. Kim, A. Osuka
    • Journal Title

      J. Org. Chem.

      Volume: 85 Pages: 3849-3857

    • DOI

      10.1021/acs.joc.9b03467

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Stable meso-meso Linked 2NH-Corrole Radical Dimers as a Key Intermediate to Corrole Tape2020

    • Author(s)
      S. Ooi, B. Adinarayana, D. Shimizu, T. Tanaka, A. Osuka
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 59 Pages: N/A

    • DOI

      10.1002/anie.202002976

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Singly and Doubly Neo-confused Smaragdyrins2019

    • Author(s)
      Y. Rao, W. Zhou, L. Xu, M. Zhou, B. Yin, T. Tanaka, A. Osuka, J. Song
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 141 Pages: 18836-18844

    • DOI

      10.1021/jacs.9b10270

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Phenylene‐bridged Porphyrin meso‐Oxy Radical Dimers2019

    • Author(s)
      T. Yamamoto, K. Kato, D. Shimizu, T. Tanaka, A. Osuka
    • Journal Title

      Chem. Asian J.

      Volume: 14 Pages: 4031-4034

    • DOI

      10.1002/asia.201901033

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quadrupolar Cyclopenta[hi]aceanthrylene‐based Electron Donor‐Acceptor‐Donor Conjugates: Charge Transfer versus Charge Separation2019

    • Author(s)
      C. Schierl, W. Alex, L. M. Mateo, B. Ballesteros, D. Shimizu, A. Osuka, T. Torres, D. M. Guldi, G. Bottari
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 58 Pages: 14644-14652

    • DOI

      10.1002/anie.201906206

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 5,20-Diheterohexaphyrins: metal-template-free synthesis and aromaticity switching2019

    • Author(s)
      M. Umetani, J. Kim, T. Tanaka, D. Kim, A. Osuka
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 55 Pages: 10547-10550

    • DOI

      10.1039/C9CC05580K

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Acetylene and trans-Ethylene Bridged BIII-Subporphyrin Dimers2019

    • Author(s)
      Y. Bekki, S. Kang, D. Kim, A. Osuka
    • Journal Title

      Chem. Asian J.

      Volume: 14 Pages: 2230-2234

    • DOI

      10.1002/asia.201900547

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Stable Radical versus Reversible σ-Bond Formation of (Porphyrinyl)dicyanomethyl Radicals2019

    • Author(s)
      B. Adinarayana, D. Shimizu, K. Furukawa, A. Osuka
    • Journal Title

      Chem. Sci.

      Volume: 10 Pages: 6007-6012

    • DOI

      10.1039/C9SC01631G

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] meta-and para-Phenylenediamine-fused Porphyrin Dimers: Synthesis and Magnetic Interactions in Their Dication Diradicals2019

    • Author(s)
      K. Kato and A. Osuka
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 58 Pages: 8546-8590

    • DOI

      10.1002/anie.201901939

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis, Structures, and Near‐IR Absorption of Heterole‐fused Earring Porphyrins2019

    • Author(s)
      L. Wu, F. Li, Y. Rao, B. Wen, L. Xu, M. Zhou, T. Tanaka, A. Osuka, J. Song
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 58 Pages: 8124-8128

    • DOI

      10.1002/anie.201903446

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] pai-Ruthenium Complexes of Hexaphyrins(1.1.1.1.1.1): A Triple Decker Complex Bearing Two Ruthenoarene Units2019

    • Author(s)
      A. Nakai, S.-i. Ishida, T. Soya, and A. Osuka
    • Journal Title

      Angew. Chem. Int. Ed.

      Volume: 58 Pages: 8197-8200

    • DOI

      10.1002/anie.201903212

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 超ポルフィリンの化学2020

    • Author(s)
      大須賀篤弘
    • Organizer
      有機合成新春講演会
    • Invited
  • [Presentation] Stable Porphyrin Radicals2019

    • Author(s)
      Atsuhiro Osuka
    • Organizer
      ISNA18
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Stable Porphyrin Radicals2019

    • Author(s)
      Osuka Atsuhiro
    • Organizer
      Jean-Pierre Sauvage 75th
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fusion Chemistry of Porphyrinoids2019

    • Author(s)
      Osuka Atsuhiro
    • Organizer
      ACPP-1
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Stable Porphyrin Radicals2019

    • Author(s)
      Atsuhiro Osuka
    • Organizer
      18th ACC
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Stable Porphyrin Radicals2019

    • Author(s)
      Osuka Atsuhiro
    • Organizer
      The Israel-Japan Conference 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Kenichi Kato, Atsuhiro Osuka,2019

    • Author(s)
      meta- and para-Phenylenediamine-fused Porphyrin Dimers: Synthesis and Magnetic Interactions in Their Dication Diradicals
    • Organizer
      ISNA18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis of 5,10-diazaporphyrins via nucleophilic substitution reactions2019

    • Author(s)
      Masataka Umetani, Takayuki Tanaka, Atsuhiro Osuka
    • Organizer
      ISNA18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis and properties of fused subporphyrins with β-nitrogen atoms2019

    • Author(s)
      Koki Kise, Atsuhiro Osuka
    • Organizer
      ISNA18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] meso-Oxoisocorroles: An Antiaromatic Porphyrinoid2019

    • Author(s)
      Kento Ueta,Takayuki Tanaka,Atsuhiro Osuka
    • Organizer
      ISNA18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Syntheses and Properties of Novel Sandwich Complexes Using Gold(III) Hexaphyrin as a Ligand2019

    • Author(s)
      Akito Nakai, Shin-ichiro Ishida, Atsuhiro Osuka
    • Organizer
      ISNA18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Synthesis and Properties of Novel Hetero[8]circulenes2019

    • Author(s)
      Yusuke Matsuo, Takayuki Tanaka, Atsuhiro Osuka
    • Organizer
      ISNA18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Stable (BIII-Subporphyrin-5-yl)dicyanomethyl Radicals2019

    • Author(s)
      Bellamkonda Adinarayana, Daiki Shimizu, Atsuhiro Osuka
    • Organizer
      ISNA18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 求核置換反応を用いた5,10-ジアザポルフィリンの合成2019

    • Author(s)
      梅谷将隆・田中隆行・大須賀篤弘
    • Organizer
      第30回基礎有機化学討論会
  • [Presentation] ジアリールアミン縮環ポルフィリン二量体の合成と物性2019

    • Author(s)
      加藤研一・大須賀篤弘
    • Organizer
      第30回基礎有機化学討論会
  • [Presentation] メゾ位とベータ位の修飾に基づくドナー・アクセプター型サブポルフィリンの合成と物性2019

    • Author(s)
      黄瀬光稀・大須賀篤弘
    • Organizer
      第30回基礎有機化学討論会
  • [Presentation] メゾ位に電子供与性の置換基を持つサブポルフィリン2019

    • Author(s)
      戸次洋佑・大須賀篤弘
    • Organizer
      第30回基礎有機化学討論会
  • [Presentation] 酸化的縮環反応によるヘテロ[8]サーキュレンの合成とN上修飾2019

    • Author(s)
      松尾悠佑・黄瀬光稀・田中隆行・大須賀篤弘
    • Organizer
      第30回基礎有機化学討論会
  • [Presentation] meso-Oxoisocorrole Metal Complexes and their Antiaromaticity2019

    • Author(s)
      Kento Ueta・Takayuki Tanaka・Atsuhiro Osuka
    • Organizer
      錯体化学会第69討論会
  • [Presentation] ヘキサフィリンpaiルテニウム錯体の合成と物性2019

    • Author(s)
      中井彬人・石田真一郎・大須賀篤弘
    • Organizer
      錯体化学会第69討論会
  • [Presentation] 8の字型オクタフィリンGe二核錯体の合成とそのキラル特性2019

    • Author(s)
      水藤泰介・井澤主水・清水大貴・ 田中隆行・ 大須賀篤弘
    • Organizer
      錯体化学会第69討論会
  • [Presentation] イミン形成反応を利用したb位pai拡張サブポルフィリンの合成と物性2019

    • Author(s)
      黄瀬光稀・大須賀篤弘
    • Organizer
      第46回有機典型元素化学討論会
  • [Presentation] ピロールとチオフェンから成る環状混成体の酸化的縮環反応2019

    • Author(s)
      松尾悠佑・黄瀬光稀・田中隆行・大須賀篤弘
    • Organizer
      第46回有機典型元素化学討論会
  • [Presentation] Aza[8]circulenes: novel fluorescent hetero-PAHs2019

    • Author(s)
      Takayuki Tanaka, Fengkun Chen, Yusuke Matsuo, Koki Kise, Atsuhiro Osuka
    • Organizer
      ISNA-18
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-01-27  

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