Complete stabilization of triplet carbenes by immobilization through self-assembled monolayer of tripod-shaped trithiol

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05462
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: Kitagawa Toshikazu 三重大学, 工学研究科, 教授 (20183791)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平井 克幸 三重大学, 地域イノベーション推進機構, 准教授 (80208793) ; 岡崎 隆男 三重大学, 地域イノベーション学研究科, 教授 (90301241)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 三重項カルベン / ジアゾメタン / 分子三脚 / アダマンタン / 自己組織化単分子膜 / 光化学反応 / サイクリックボルタンメトリー

Outline of Final Research Achievements

Triplet carbenes are highly reactive organic species containing a divalent neutral carbon atom. Although we previously found that they can be stabilized by pi-conjugation and steric protection, it is still difficult to prepare them in a completely stable form because of rapid deterioration by dimerization. In the present study, further stabilization of triplet carbene was examined by generating it in a self-assembled monolayer, in which each carbene molecule was fixed on the solid surface. It was shown that carbenes under such conditions can be effectively prohibited from dimerization.

Free Research Field

物理有機化学、界面化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

三重項カルベンは有機磁性体の構成材料として興味がもたれている。また最近では、量子コンピュータの量子メモリとしての密度がラジカルを凌ぐことが理論的に示されており、その完全安定化が望まれている。しかしながら、三重項カルベンは最も安定化が困難な有機活性種であり、他の代表的な有機活性種であるカルボカチオン、カルボアニオン、ラジカル、一重項カルベンの単離が達成されているのと異なり、長期間安定な状態での発生が現在でも達成されておらず、学術的にこの分子に関する知見が不足している。本研究で三重項カルベンの安定化を進めたことにより、この分子の応用と基礎物性の解明に向けて貢献できたと言える。