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有機磁性体への関心が高まり、強磁性転移する有機結晶が多数報告されているが、それらはいずれも偶発的に見出されたものである。ベンズイミダゾールニトロニルニトロキシラジカルは分岐水素結合により集積し分子間に強磁性カップリングを有するナノサイズ棒磁石を形成する。さらに本研究で対象とする物質群ではラジカル分子どうしが分子間力としては強力な水素結合により集積しているので、構成分子を化学修飾しても集積形態が維持される。本研究では、ナノ棒磁石間の磁気カップリングを分子設計に基づいて制御することを目的として、ベンズイミダゾール環のインドール環への変換、ベンゾ環の拡張およびハロゲン原子の導入を行い、結晶構造と磁気特性の相関を議論した。インドール環に変換すると、積層カラム内の磁気カップリングは弱まったが、カラム間の相互作用は逆に強まることがわかった。一方、ベンゾイミダゾールのベンゾ環部位をフェナントレンに環拡張した骨格に置換した誘導体では、環の立体効果により磁気軌道間の接近形態が異なる強磁性積層体が形成された。その磁気特性はMcConnell第1原理には従わず、SOMOどうしの直交性が重要であることが明らかとなった。ハロゲン原子を導入するとカラム間に弱い反強磁性的なカップリングが誘発されることが明らかとなった。5位にCl、Br原子を導入したインドール誘導体では、2量体を形成するものの積層連続体は形成されなかった。一方、6位に導入した誘導体では、低温で2次元的な強磁性スピン整列が観測された。これに積層カラム間の弱い反強磁性カップリングが加わり、メタ磁性体としての挙動することを明らかにした。
以上より、ベンゾイミダゾールニトロニルニトロキシルの複素環部位を化学修飾すると、積層カラム間の磁気的相互作用が多様に変化することを合成化学に的明らかにすることができた。
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