2019 Fiscal Year Annual Research Report
素粒子ミュオンによる高エネルギー開殻分子構造の創出と新規スピン機能ユニットの開拓
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19H02685
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
伊藤 繁和 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (00312538)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ミュオン / ラジカル / 複素環化合物 / フッ素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、素粒子ミュオンを利用した高エネルギー開殻分子の創成を目的としている。１）リン複素環一重項ビラジカルである1,3-ジホスファシクロブタン-2,4-ジイルについて、以前見出しているミュオニウム（= 軽水素原子相当）付加体の場合とは異なる反応位置選択性について検討することとし、TRIUMFサイクロトロン施設で横磁場ミュオンスピン回転（TF-muSR）およびミュオン準位交差共鳴（mu-LCR）測定実験を行った。その結果、シグナル強度が小さいために完全な同定は難しいものの、リン上にミュオニウムが付加して新たなラジカル種が生成している可能性を見出した。また、1,3-ジホスファシクロブタン-2,4-ジイルのリン上置換基を同一アリール基とした誘導体について測定を行ったところ、リン上へのミュオニウム付加体に相当するシグナル強度が小さいながらも観測された。当研究室で所有する化合物ライブラリーを活用すれば、これまでのところ観測されていない、形式的にラジカル中心となっている骨格炭素上へのミュオニウム付加が見出される可能性がある。
２）1,8位にトリフルオロメチル基を導入して安定化した9-ホスファアントラセンを用いて測定実験を行い、単一のラジカル種の生成を確認した。高周期アントラセン誘導体の合成については、条件最適化に関して若干の進展があった。
３）ジフルオロメチル基を導入したホウ素化合物の合成を進めた。この合成では、ミュオニウム付加が起こる位置を限定するために不飽和部位を可能な限り省いた分子設計を採用した。合成したジフルオロメチルホウ素化合物は、正電荷を有するホウ素上へのミュオニウム付加によって独特のラジカル種が生成する可能性があり、これはジフルオロメチル化合物を合成する際のラジカル的CF2H導入法開発や、ヒドロキシラジカル等価体のソースとして活用できると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
リン複素環ビラジカルのミュオンスピン分光研究の完結に向けて新たな知見が得られた。ミュオニウム付加プロセスが半導体特性などと相関している可能性を示唆する知見も得られていることから、有機化合物のミュオンスピン分光研究における進展に寄与できると思われる。9-ホスファアントラセンのミュオンスピン分光研究についても着実にゴールに近づいている。ミュオンスピン分光測定に適した、フルオロアルキル基を導入したホウ素化合物の合成をほぼ完了している。一方で、新たなミュオンスピン分光研究の対象化合物を見出すべく、過去に実施したチオアルデヒドの知見をもとにして新たな分子の設計と合成に着手している。論文として公表できる状態までにはまだある程度検討を積み上げる必要はあるものの、研究は確実に進んでいると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、当研究室が所有するリン複素環一重項ビラジカルの中から比較的バンドギャップの小さい誘導体を選んでミュオンスピン分光測定を行う。開殻性が比較的大きくなるために、これまでとは異なるミュオニウム付加プロセスが見出されるだけでなく、磁性に関する知見をも得られる可能性が考えられる。次に、9-ホスファアントラセンのミュオンスピン分光研究の完結に向けて、追加の測定と詳細なDFT計算を行う。また、他の高周期アントラセンの合成を引き続き検討する。ジフルオロメチルホウ素化合物についてはミュオンスピン分光測定以外にも有機合成への利用に関する検討を実施する。さらに、チオカルボニルを活用した未踏ラジカル種の創成に向けた検討も進める予定である。
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