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2022 Fiscal Year Research-status Report

高度に分極した高周期14族元素-炭素多重結合化学種の合成と反応性の探究

Research Project

Project/Area Number 21K05091
Research InstitutionKindai University

Principal Investigator

松尾 司  近畿大学, 理工学部, 教授 (90312800)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsテトレン / シレン / ゲルメン / スタネン / シリン / ゲルミン / スタニン / ジアゾメタン
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、高周期14族元素-炭素多重結合化学種を合成し、特異な結合電子に由来する反応性の探究を通して、典型元素化合物に関する先駆的な研究を格段に発展させることを目的とする。独自に開発したかさ高い「縮環型立体保護基(Rind 基)」を駆使して、高周期14族元素(ケイ素・ゲルマニウム・スズ)と炭素の二重結合化学種「テトレン」(シレン・ゲルメン・スタニン)を合成し、三重結合化学種「テトリン」(シリン・ゲルミン・スタニン)に変換する。これまでに見いだした先駆的知見を基盤として、学術的にも価値の高い「高周期14族元素-炭素多重結合化学種」を創り出し、分子構造や化学結合について解明するとともに、高度に分極した電子構造に由来する特異な物性や反応性を探究することを目的とする。
令和4年度は、令和3年度に引き続き、かさ高い「縮環型立体保護基(Rind 基)」を活用することで Ge=Ge 二重結合化学種「ジゲルメン」の研究を行った。官能性ジゲルメンである「ジハロジゲルメン」(Rind)XGe=GeX(Rind) (X = Br, Cl)の合成法を確立するとともに、種々のアリールリチウムとの反応により「π共役系ジゲルメン化合物」を系統的に開発した。ジゲルメン化合物の分子構造を単結晶X線構造解析により決定するとともに、光電子物性について実験化学と理論計算の両面から明らかにした。
また、種々の Rind 基を有する高周期14族元素二価化学種「ハロテトリレン」(Rind)XE: (E = Ge, Sn; X = Br, Cl) を合成し、N-ヘテロ環状カルベン(NHC)などのルイス塩基との反応性について調査した。NHC の配位したブロモゲルミレンの分子構造を単結晶X線構造解析により明らかにした。さらに、「ハロテトリレン」の存在下、「ジアゾメタン」や「アジド」の光反応について調査した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

高周期14族元素-炭素二重結合化学種を合成する上で鍵となる「ジハロジテトレン」(Rind)XE=EX(Rind) (E = Si, Ge; X = Br, Cl) や「ハロテトリレン」(Rind)XE: (E = Si, Ge, Sn; X = Br, Cl) の合成法を確立している。また、「ハロゲルミレン」と種々のアリールリチウムとの反応により、機能性ジゲルメン化合物である「π共役系ジゲルメン化合物」を開発し、構造特性や吸収特性について明らかにした。ブロモゲルミレン (Rind)BrGe: の存在下、「ジアゾメタン」に光照射することにより、Ge=C 二重結合化合物「ゲルメン」を合成している。さらに、ブロモゲルミレン (Rind)BrGe: の存在下、「アジド」の光反応により、Ge=N 二重結合化合物「ゲルマイミン」の生成を示唆する実験結果を得ており、「(2) おおむね順調に進展している。」を選択した。合成した「ブロモゲルメン」とルイス塩基との反応により、ゲルマニウム-炭素三重結合化合物「ゲルミン」への変換も期待できる状況である。一方、ケイ素-炭素二重結合化学種「シレン」やスズ-炭素二重結合化学種「スタニン」については、種々の反応条件で調査を継続しているものの、その生成を確認するにはいたっていない。基質や反応条件についてさらに検討する必要がある。ゲルメンの研究の途上で、ジアリールゲルミレンとアセチレンとの反応により、予期せずジビニルジゲルメンが生成することを見出している。生成メカニズムや、C=C 二重結合と Ge=Ge 二重結合との共役についても興味が持たれることから、ゲルマニウムと炭素からなる不飽和化合物の化学に広く貢献できる内容に進展している。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度に引き続き、令和5年度においても、種々の「ハロゲルミレン」を用いて、「ジアゾメタン」の光反応を精査することにより、ゲルミレンとカルベンとのカップリング反応の最適化を行い、「ブロモゲルメン」の合成法を確立する計画である。合成した「ブロモゲルメン」と N-ヘテロ環状カルベン(NHC)などの種々のルイス塩基との反応について調査し、「ゲルミン」の初合成にアプローチする方針である。また、「ジブロモジシレン」や「ブロモスタンニレン」とN-ヘテロ環状カルベン(NHC)との反応により「ブロモシリレン・NHC 付加体」や「ブロモスタンニレン・NHC 付加体」を系統的に合成する。これらの速度論的にも熱力学的にも安定化された「ハロテトリレン・ルイス塩基付加体」を用いて、ジアゾメタン由来のカルベンとのカップリング反応について調査し、シレンやスタネンにアプローチする計画である。さらに、研究の途上で見出したゲルミレンとアセチレンとの反応性、π共役系ジゲルメン化合物など、ゲルマニウムと炭素からなる不飽和化合物の新しい化学につながるように研究を進める予定である。

Causes of Carryover

当初の計画よりも順調に進展した研究内容、および、展開が遅れている研究内容があり、新型コロナウイルス感染症の影響もあって、次年度使用額が発生しました。当初の研究計画の見直しや修正を行うことで、翌年度分として請求した助成金と合わせて、試薬類やガス類、小型の実験器具などの消耗品に充当するなどして、適切に使用する計画です。

  • Research Products

    (25 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] トゥールーズ大学(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      トゥールーズ大学
  • [Int'l Joint Research] グアダラハラ大学(メキシコ)

    • Country Name
      MEXICO
    • Counterpart Institution
      グアダラハラ大学
  • [Journal Article] A Series of Lithium Complexes of Bulky Rind-based Arylthiolate Ligands: Synthesis, Characterization, and Crystal Structures2023

    • Author(s)
      Masahiro Hamura, Kohei Sugano, Ryo Matsukura, Kei Ota, Tsukasa Nakahodo, Daisuke Hashizume, Tsukasa Matsuo
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 52 Pages: 140-143

    • DOI

      10.1246/cl.220532

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation and Reactions of Ge=O Double-bonded Species Bearing EMind Groups2022

    • Author(s)
      Airi Kuroda, Naoko Fujita, Tomomi Horita, Kei Ota, Alfredo Rosas-Sanchez, Manabu Hoshino, Daisuke Hashizume, Tsukasa Matsuo
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 51 Pages: 828-831

    • DOI

      10.1246/cl.220222

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Lewis Base Adducts of Phosphine-Stabilized Pb(II) Cations: Synthesis and Catalytic Hydroamination of Alkynes2022

    • Author(s)
      Aswin Chandran, Jose Miguel Leon Baeza, Vladislava Timofeeva, Raphael Nougue, Shintaro Takahashi, Ryoma Ohno, Antoine Baceiredo, Rene Segundo Rojas Guerrero, Mikhail Syroeshkin, Tsukasa Matsuo, Nathalie Saffon-Merceron, Tsuyoshi Kato
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 61 Pages: 16156-16162

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.2c02727

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A series of (E)-1,2-diaryldigermenes incorporating bulky Eind groups: structural characteristics and absorption properties2022

    • Author(s)
      Shogo Yagura, Naoki Hayakawa, Airi Kuroda, Kei Ota, Rhota Tanishita, Genya Urasaki, Tsukasa Nakahodo, Hidetaka Nakai, Manabu Hoshino, Daisuke Hashizume, Tsukasa Matsuo
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 51 Pages: 18633-18641

    • DOI

      10.1039/D2DT03427A

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] かさ高いRind基を有するジアリールスタンニレンの反応性2023

    • Author(s)
      上野優斗・小中重明・太田圭・松尾司
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] かさ高いRind基を有する15族元素化合物の合成2023

    • Author(s)
      川瀨結里有・太田圭・松尾司
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] かさ高い硫黄配位子を有するプルンビレンの合成と構造2023

    • Author(s)
      松倉瞭・管野公平・小泉風音・太田圭・橋爪大輔・松尾司
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
  • [Presentation] Ge=O Double-Bonded Species Bearing Rind Groups2022

    • Author(s)
      Tsukasa Matsuo
    • Organizer
      The 11th Singapore International Chemistry Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] アリール基を有するシクロトリシレニルカチオンの合成2022

    • Author(s)
      太田圭・大野稜真・松尾司
    • Organizer
      第49回有機典型元素化学討論会
  • [Presentation] かさ高いEind基を有する高周期14族元素テトリリウムイリデンカチオンの合成2022

    • Author(s)
      生馬翔太郎・太田圭・松尾司
    • Organizer
      第49回有機典型元素化学討論会
  • [Presentation] ジアリールシリレンの合成検討2022

    • Author(s)
      餅原和輝・森本達人・高木陽広・太田圭・橋爪 大輔・松尾司
    • Organizer
      第49回有機典型元素化学討論会
  • [Presentation] ジアリールゲルミレンと小分子との反応2022

    • Author(s)
      重松宏幸・黒田愛莉・太田圭・松尾司
    • Organizer
      第26回ケイ素化学協会シンポジウム
  • [Presentation] かさ高いMPind基を有するジブロモジシレンの合成と還元2022

    • Author(s)
      高橋直也・大野稜真・眞上晃輔・太田圭・橋爪大輔・松尾司
    • Organizer
      第26回ケイ素化学協会シンポジウム
  • [Presentation] アリール基を有するケイ素三員環カチオン種の合成2022

    • Author(s)
      太田圭・大野稜真・松尾司
    • Organizer
      第26回ケイ素化学協会シンポジウム
  • [Presentation] ケイ素三員環不飽和化合物の合成と性質2022

    • Author(s)
      井上龍二・大野稜真・太田圭・川北翼・若林知成・Alfredo Rosas-Sanchez・橋爪大輔・松尾司
    • Organizer
      第32回基礎有機化学討論会
  • [Presentation] ジアリールシリレンの合成研究2022

    • Author(s)
      餅原和輝・森本達人・高木陽広・太田圭・橋爪大輔・松尾司
    • Organizer
      第32回基礎有機化学討論会
  • [Presentation] かさの小さなEMind基を有するゲルマニウム-酸素二重結合化学種の生成と反応2022

    • Author(s)
      黒田愛莉・藤田直子・堀田朋美・太田圭・Alfredo Rosas- Sanchez・星野学・橋爪大輔・松尾司
    • Organizer
      第68回有機金属化学討論会
  • [Presentation] Aryl Cyclotrisilenylium Ion2022

    • Author(s)
      Kei Ota, Ryoma Ohno, Tsukasa Matsuo
    • Organizer
      International Main Group Element Chemistry Seminar 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] N-Heterocyclic Carbene-Coordinated Tin Compounds2022

    • Author(s)
      Shotaro Ikoma, Kei Ota, and Tsukasa Matsuo
    • Organizer
      International Main Group Element Chemistry Seminar 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] テトラスタンナシクロブタジエンおよびヘキサスタンナプリズマンの合成と構造2022

    • Author(s)
      生馬翔太郎・西川湧理・沼田泰幸・太田圭・橋爪大輔・松尾司
    • Organizer
      ナノ学会第20回大会
  • [Presentation] ケイ素三員環不飽和化合物の合成と性質2022

    • Author(s)
      井上龍二・大野稜真・川北翼・太田圭・若林知成・Alfredo Rosas-Sanchez・橋爪大輔・松尾司
    • Organizer
      ナノ学会第20回大会
  • [Presentation] かさ高いアリールチオラート配位子を有する鉄錯体および鉄-硫黄クラスターの合成と構造2022

    • Author(s)
      松倉瞭・管野公平・羽村将宏・太田圭・橋爪大輔・松尾司
    • Organizer
      ナノ学会第20回大会
  • [Remarks] 近畿大学応用元素化学研究室

    • URL

      https://www.apch.kindai.ac.jp/laboratory/matsuo/index.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

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