2020 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 | ラジカル / ミュオン |
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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。令和２年度は、新型コロナウイルスの影響でミュオンを用いた測定実験は遠隔条件で行ったが、以下の成果を得ている。
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、リン上に電子求引性の複素環置換基を導入した誘導体の固体を試料として、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）測定実験を行った。その結果、これまでに見出しているミュオニウム付加体と比べてミュオン超微細結合が顕著に小さいラジカルが二種類観測された。DFT計算を行ったところ、リン複素環ビラジカルの骨格炭素上にミュオニウムが付加して対応する炭素中心ラジカルが生成していることを同定した。これは、1,3-ジホスファシクロブタン-2,4-ジイルの開殻状態を明確に示す知見である。
２）ジフルオロメチル基を導入したホウ素化合物のミュオンスピン回転・共鳴測定を試みた。その結果、予想された明確なシグナルを観測することが困難であった。これは、ジフルオロメチル化されたホウ素部位とミュオニウムの反応速度が、立体混雑のために小さいことが大きく影響していると考えられる。
このほか、新たなミュオンスピン回転・共鳴の対象となる化合物の合成を進めた。同定に成功した高周期ブタジエンの二量化反応は、ミュオンを用いた研究に展開可能である。
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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
リン複素環一重項ビラジカルのラジカル中心に直接ミュオニウムが付加する反応プロセスを同定することに成功した。これは、ミュオンを用いた研究に着手した際の最も大きな動機付けに対して明確な回答を与えるものであった。一方で、新型コロナウイルスの影響によって合成実験は大きな制約を受けることとなったが、新たなミュオンを用いた研究において興味深い化合物の設計と合成を少しずつ進めた。そのなかで、高周期アントラセンの合成においては、エネルギー効率の高い発光を与えうるとの理論的予言を踏まえて、幾つかの新規誘導体を合成し、幾つかの新知見を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度は、ホスファアントラセンについてこれまでに得られているミュオンスピン回転・共鳴実験の結果の解析を完了する。これまでのミュオン科学において確立されている、同位体効果に基づいた構造解析では満足できる結果が得られていないため、全く新しいアプローチで対処する必要がある。また、新たなミュオン研究の対象として、以前に実施したチオアルデヒドに関する検討結果をもとに、合成化学において近年重要となっているチオカルボニル基のラジカル反応の反応中間体に関する詳細な情報を得るための試みを実施する。一方で、ジフルオロメチルホウ素化合物を用いた有機フッ素化合物の合成を進めたことで得られた知見をもとに、ミュオンを用いた研究に展開できる実験的な成果をねらいとした検討を進める。
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