高周期典型元素の特性を利用した分子設計と反応制御の理論的研究

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02453020
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 永瀬 茂 横浜国立大学, 教育学部, 教授 (30134901)
• 研究分担者: 工藤 貴子 群馬大学, 教養学部, 講師 (10137911)
• キーワード: 高周期典型元素骨格 / 不飽和化合物 / 多面体化合物 / クラスタ-

研究概要

高周期典型元素の特性を利用することにより、これまでの炭素化学ではみられない新しい構造、物性、機能をもつ化合物やクラスタ-を開発することは最近の興味ある研究課題の一つである。そのために、炭素と同族の高周期14族元素と隣接の15族元素を取り上げ、これらを骨格にもつ化合物の特性を理論計算により系統的に明らかにした。族と周期の違いに特に注目し、高周期典型元素の特性を利用した分子設計に有用な一般則の確立を試みた。
不飽和結合化合物:エチレンやベンゼンの骨格炭素を高周期典型元素で置き換えると電子の非局在化に有利と考えられる平面構造をとらずラジカル性をもつ非平面の折れ曲がり構造をとる。反芳香族性のシクロブタジエンでは、その傾向はさらに顕著になる。しかし、置換基の電子的効果と立体効果により、高周期典型元素を骨格にもつこれらの不飽和化合物の構造と特性を制御できることを見いだした。
多面体化合物:炭素多面体化合物の骨格を高周期典型元素で置換すると大きく低歪みになる。この低歪み化は、置き換える元素が高周期の元素になるほど、また多面体を構成する四員環の数が多くなるほど顕著になる。この性質は、分子設計上非常に有用である。しかし、三員環を数多く含むときには、低歪み化はほとんどなくその弱い結合性のために結合の伸張あるいは切断がおこる。しかし、この欠点はσdonor性の大きいあるいはπacceptor性の大きい置換基の選択により制御できることを提案した。
クラスタ-:最近大きな注目を浴びているフラ-レン類(C_<60>やC_<70>)の骨格炭素をすべて同族のケイ素に置き換えるとどのような特性が現れるかを検討中である。

研究成果

• [文献書誌] S.Nagase: "Interesting Properties of the Heavier Group 14 Analogues of Aromatic and Polycyclic Carbon Compounds.A Theoretical Study" Polynedron. 10. 1299-1309 (1991)
• [文献書誌] T.Kudo,S.Nagase: "The Structures and Stability of the Si_3H_6^<2+> Dications." Chem.Phys.153. 379-385 (1991)
• [文献書誌] H.Yamataka,H.Hanafusa,S.Nagase,T.kurakake: "A Theoretical Study on the Transition State of Oxaphosphetane Formation between Ethylidenetripnenyphosphorane and Acetaldehyde" Heteroatom Chem.2. 465-468 (1991)
• [文献書誌] S.Nagase,K.Kobayashi: "Si_<60> and Si_<60> X(X=Ne,F^-,and Na^+)" Chem.Phys.Lett.187. 291-295 (1991)
• [文献書誌] S.Nagase,K.Kobayashi,M.Nagashima: "Remarkable Substituent Effects on the Strain Energies of the Polycyclic Silicon Compounds" Angew.Chem.
• [文献書誌] T.Kudo,S.Nagase: "The Heavier Group 14 Analogues of the Bicyclo[1.1.0]butane Radical Cations.A Theoretical Study" J.Phys.Chem.