ラジカル導入有機π電子系の基底状態及び励起状態におけるπトポロジー依存性の解明

• 研究課題/領域番号: 20K15263
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分33010:構造有機化学および物理有機化学関連
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 吉田 考平 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 特任助教 (20845789)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: πトポロジー / 非交互炭化水素 / フェノチアジン / ラジカルカチオン

研究開始時の研究の概要

本研究では、分子内のπ電子軌道のつながり (πトポロジー) を考慮した分子設計やスピン整列の予測が単純に適用できない非交互炭化水素π電子系であり、最低励起状態から発光するKasha則を満たさない分子としてその励起状態においても興味深い研究対象であるアズレン分子に低い酸化電位を有するフェノチアジン類を電子ドナーとして導入する。電子ドナー部の選択的酸化により生成する開殻種であるラジカルカチオン体を実際に合成し、開殻種の基底状態の電子構造を明らかにするだけでなく励起状態も合わせて種々の物性測定することでより明確な形でπトポロジーが与える有機ラジカルとスピンの効果を統一的に明らかにすることを目指す。

研究成果の概要

本研究では電荷を有するラジカルカチオンと非交互炭化水素π電子系との相互作用を解明することを目的とした。非交互炭化水素であるアズレンに酸化により比較的安定なラジカルカチオン種が生成可能なフェノチアジンを導入したが、不安定なラジカルカチオンが生成した。アズレンの立体障害を十分に嵩高くすることによって比較的安定なラジカルカチオン種の合成に成功し、ラジカルカチオンに起因する非交互炭化水素との相互作用の観測できた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究での非交互炭化水素π電子系とラジカルカチオン種を組み合わせた分子系に関する知見は、電荷を有するラジカルとの相互作用の発見であり、今後の研究でさらなる機能の創出が期待される。また、比較的高い安定性を有するラジカルカチオン種の分子設計指針も見出すことができたことから、今回の分子系を拡張してさらに研究を推し進めることも可能である。