Exploration of non-Kekule pi-system with mesoionic electronic structure

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15259
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Shimizu Daiki 京都大学, 工学研究科, 助教 (10845019)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 非ケクレ分子 / メソイオン / 等電子体 / ねじれ / 分子間相互作用 / ラジカル

Outline of Final Research Achievements

Organic compounds change their properties depending on the arrangement of atoms (structure) that make up the molecules. The infinite number of molecular structures and combinations of elements allows a truly infinite number of new materials to exist. When the molecular structure of organic compounds is systematically classified, most molecules belong to a group called "Kekule molecules," in which all atoms are bonded or paired in neutral form, while there are a few "non-Kekule molecules" that are not. They attract attention as next-generation materials because they exhibit beneficial electrical, magnetic, and optical properties not found in Kekule molecules.
In this study, we synthesized various non-Kekule molecules with mesoionic properties, which have rarely been studied, and investigated whether they exhibit such properties.

Free Research Field

構造有機化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究ではラジカルやイオンの寄与なしで構造を描くことができない非ケクレ分子の中でも、あまり研究の進んでいないメソイオン型の電子構造を有する有機化合物の設計、合成、物性調査に取り組みました。その結果、メソイオン性を導入することにより、ジラジカル型の比較分子とは大きく異なる電気、磁気、光学特性を示すことを明らかにしました。
また、この研究の中でこれまでに合成された化合物の中でも最大級にねじれた３次元構造をもつ化合物の合成も達成しました。この分子は大きくねじれた構造に由来して、固体中では直行型の珍しい積層構造を形成することも明らかにしました。