Design and Synthesis of Stable Organic Neutral Radical with Cooperative Proton-Electron Transfer

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05481
• 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: Aichi Institute of Technology
• Principal Investigator: Tsuyoshi Murata 愛知工業大学, 工学部, 教授 (40535358)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 有機中性ラジカル / 縮合多環構造 / 分子間水素結合 / 水酸基 / プロトン授受能

Outline of Final Research Achievements

Trioxotriangulene (TOT), an organic neutral radical with a polycyclic structure, exhibits various physical properties and functions derived from a large π-conjugated system and high topological symmetry. In this study for the exploration of new phenomena and functions based on open-shell organic molecules, we designed and synthesized novel TOT derivatives having hydroxyl groups around the skeleton. The TOT derivatives having hydroxyl groups at the α- and β-positions were successfully synthesized, and the neutral radical species were stable even under air. In addition, we clarified the substituent effects of the hydroxy groups on the electronic-spin structures and the redox abilities, and the proton transfer ability.

Free Research Field

物性有機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

有機中性ラジカルは閉殻分子には見られない物性を示すことから、有機磁性体や生体中のスピンラベルなどの分野で広く研究されている。その中で電子スピンがπ共役骨格全体に広く分布するスピン非局在型ラジカルは、その広いπ共役系に基づいて様々な興味深い電子物性を示す。しかし、それらは設計・合成の困難さから研究例がごく少なく、その分子骨格はかなり限定的で物性・機能探索も基礎学術的なものに止まっている。本研究のような水素結合部位をもつスピン非局在型ラジカルの研究は、有機中性ラジカルの学術的基礎の蓄積ならびに、次世代電子材料の設計指針の道標として高い学術的および社会的意義を有すると確信している。