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2015 Fiscal Year Annual Research Report

二配位ホウ素カチオンによる超ルイス酸分子化学

Research Project

Project/Area Number 26708004
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

庄子 良晃  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (40525573)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2018-03-31
Keywordsホウ素 / ボリニウムイオン / ルイス酸 / 超ルイス酸 / 小分子活性化 / カーボンナノチューブ / カルボラン
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、単離可能な究極のルイス酸分子として、ホウ素が結合の手を二本しか持たない二配位ホウ素カチオン種「ボリニウムイオン」を開発し、既存のルイス酸では成しえない反応化学・物質科学を探求する。平成27年度は、前年度に引き続き、ボリニウムイオンの反応性の検討、およびボリニウムイオンの電子的性質の実験的解明へ向けた取り組みを行った。① ボリニウムイオンによる二硫化炭素の炭素ー硫黄二重結合切断反応、② 固体NMRの手法を用いたボリニウムイオンの電子構造評価については論文としてまとめ、学術誌に報告した。また、本研究のさらなる加速化を図るため、ボリニウムインの対アニオンとして用いるホウ素ー炭素クラスターであるカルボランアニオンの効率的合成法を開発した。さらに、ボリニウムイオンが、カーボンナノチューブ(CNTs)などのナノカーボン類を効率的に酸化(ホールドープ)できることを見出した。その際、得られたホールドープCNTsは、高い大気安定性を示すことも明らかにした。これまで工業的には、CNTsのホールドープは硝酸を用いた手法が検討されてきたが、得られるホールドープCNTsの安定性が低いことが問題となっていた。ボリニウムイオンを用いた今回のホールドープ法は、高い電導性と安定性を兼ね備えたナノカーボン類の創出につながるものと期待できる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

研究実績の概要に記述したように、ボリニウムイオンの反応性および電子物性に関する検討は順調に進行している。さらに、ボリニウムイオンを用いた、ナノカーボン類の高機能化という新たな研究展開を拓きつつある。以上の利用から、本研究は概ね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

今後も引き続き、ボリニウムイオンによる反応化学・物資科学を探求する。今年度新たに見出した、ボリニウムイオンによるナノカーボン類のホールドープの検討を集中的に行う。得られたホールドープナノカーボンは、デバイス研究者との共同研究により、電気伝導性を評価するとともに、透明導電膜やデバイス素子の電極材料などへの利用を図る。さらに現在、ボリニウムイオンが等量以上のアセチレン誘導体を活性化するという知見を得ており、この反応系で得られる生成物について詳細に調査する。

Causes of Carryover

今年度中、不安定化合物の貯蔵および再結晶操作に用いる、グローブボックスに備えつけられた冷凍庫が故障し、修理および復帰までに約4ヶ月を要した。この期間中、一部のボリニウムイオン誘導体および前駆体の保管が困難になり、研究の進行に著しい遅れを生じた。よって、今年度の計画を次年度に渡って延長する必要があり、そのために次年度使用分の予算を確保することとした。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度使用額については、今年度に引き続き、ボリニウムイオンおよびその誘導体の合成、反応性、電子物性の解明へ向けた実験に用いる。具体的には、有機合成用試薬、不活性ガス、重水素化溶媒およびガラス器具、消耗品に加えて、共同実験の実施および成果発表のための旅費、成果発信のための論文投稿費として次年度使用額を用いる。

  • Research Products

    (13 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 5 results)

  • [Int'l Joint Research] Ottawa University(カナダ)

    • Country Name
      CANADA
    • Counterpart Institution
      Ottawa University
  • [Journal Article] 11B Solid-State NMR Interaction Tensors of Linear Two-Coordinate Boron: The Dimesitylborinium Cation2015

    • Author(s)
      Amanda E. Alain, Yoshiaki Shoji, Takanori Fukushima, David L. Bryce
    • Journal Title

      Inorganic Chemistry

      Volume: 54 Pages: 11889-11896

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.5b02161

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] The molecular and electronic structures of a thioaroyl cation formed by borinium ion-mediated C=S double bond cleavage of CS22015

    • Author(s)
      Yoshiaki Shoji, Naoki Tanaka, Daisuke Hashizume, Takanori Fukushima
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 51 Pages: 13342-13345

    • DOI

      10.1039/C5CC05645D

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Synthesis, Structure, and Reactivity of Novel Electron-Deficient Boron Compounds2016

    • Author(s)
      庄子良晃
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学京田辺キャンパス, 京都府
    • Year and Date
      2016-03-26 – 2016-03-26
    • Invited
  • [Presentation] 二配位ホウ素カチオンによるアセチレン誘導体の活性化反応2016

    • Author(s)
      田中 直樹, 庄子 良晃, 橋爪 大輔, 福島 孝典
    • Organizer
      日本化学会第96春季年会
    • Place of Presentation
      同志社大学京田辺キャンパス, 京都府
    • Year and Date
      2016-03-24 – 2016-03-27
  • [Presentation] Electronic Structure and Reactivity of Unprecedented Two-Coordinate Boron Cation with C-B+-C Bonding2016

    • Author(s)
      Yoshiaki Shoji
    • Organizer
      12th International Conference of Computational Methods in Science and Engineering (ICCMSE-2016)
    • Place of Presentation
      Metropolitan Hotel, Athens, Greece
    • Year and Date
      2016-03-20 – 2016-03-20
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Environmentally Stable Carrier Doping into Carbon Nanotube Films by Extraordinary Molecular Lewis Acid2016

    • Author(s)
      舟橋 一真, 田中 直樹, 庄子 良晃, 中山 航, 金橋 魁利, 白江 宏之, 野田 優, 福島 孝典, 竹延 大志
    • Organizer
      第50回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学 伊藤国際学術研究センター, 東京
    • Year and Date
      2016-02-19 – 2016-02-22
  • [Presentation] Environmentally Stable Carrier Doping into Graphene Films by Extraordinary Molecular Lewis Acid2016

    • Author(s)
      Environmentally Stable Carrier Doping into Carbon Nanotube Films by Extraordinary Molecular Lewis Acid
    • Organizer
      第50回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学 伊藤国際学術研究センター, 東京
    • Year and Date
      2016-02-19 – 2016-02-22
  • [Presentation] Synthesis, structure, and reactivity of the first isolable diarylborinium ion2015

    • Author(s)
      Naoki Tanaka, Yoshiaki Shoji, Takanori Fukushima
    • Organizer
      Pacifichem 2015
    • Place of Presentation
      Hawaii, USA
    • Year and Date
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 新規ホウ素反応活性種の創製と新反応開発2015

    • Author(s)
      庄子良晃
    • Organizer
      日本化学会関東支部栃木地区講演会
    • Place of Presentation
      宇都宮大学, 栃木県
    • Year and Date
      2015-12-07 – 2015-12-07
    • Invited
  • [Presentation] 二配位ホウ素カチオンの高いルイス酸性と親カルコゲン性を利用した小分子活性化反応2015

    • Author(s)
      田中直樹, 庄子良晃, 橋爪大輔, 福島孝典
    • Organizer
      第26回基礎有機化学討論会
    • Place of Presentation
      愛媛大学城北キャンパス・松山大学カルフールホール, 愛媛県
    • Year and Date
      2015-09-24 – 2015-09-26
  • [Presentation] Synthesis, Structure, and Reactivity of Diarylborinium Ions2015

    • Author(s)
      Yoshiaki Shoji
    • Organizer
      Symposium on Organometallics and Organic Synthesis
    • Place of Presentation
      東京工業大学大岡山キャンパス, 東京
    • Year and Date
      2015-07-01 – 2015-07-01
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Synthesis, Structure, and Reactivity of Two-Coordinate Boron Cation with C-B+-C Bonding2015

    • Author(s)
      Yoshiaki Shoji
    • Organizer
      The 1st International Symposium on π-System Figuration
    • Place of Presentation
      大阪大学中之島センター, 大阪府
    • Year and Date
      2015-04-30 – 2015-04-30
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2018-01-16  

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