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化学者のつぶやき

素粒子と遊ぼう!

化学者たるもの、各元素の性質については詳しいことと思います。
どんな研究であれ、基本的には元素の性質を活かして合成・構造・反応などへ展開しているものだと思います。ところが原子よりも小さい粒子の性質についてとなると、一気にお手上げとなる化学者は多いのではないでしょうか。

今回は素粒子を使った研究の論文を紹介します。

原子の構成はと聞かれれば、陽子、中性子、電子、でとりあえず正解ですよね。もっと細かく見ていくと、陽子、中性子はクオークという素粒子から構成されており、電子はレプトンという素粒子の一種であります
(注;素粒子は、物質を構成する最小単位=内部構造を持たない粒子を意味します)。

まず簡単に整理するため、せっかくなので化学者の皆さんも、素粒子の種類を覚えちゃいましょう!
上述しましたが素粒子は大まかに、それぞれ6種類ずつでグループを構成する、クオークとレプトンに分類されます[1]。

1111今回の論文に登場する素粒子は、レプトンの一種で負電荷とスピン1/2を持つミューオン

さて、Wisconsin大学のR.Westらは、このミューオンをシリレンに付加させるという内容の論文をAngew誌に報告しております[2]。

A Silyl Radical formed by Muonium Addition to a Silylene Mitra, A.; Brodovitch, J.-C.; Krempner, C.; Percival, W. P.; Vyas, P.: West R. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, ASAP DOI: 10.1002/anie.201000166

ミューオンは平均寿命が2.2μsなので、発生→シリレンへ付加→観測を一気に行います。(ちなみに測定方法は、μSR(ミューオンスピン回転)というNMRに似た原理の測定法とμLCR(ミューオン準位交差共鳴)だそうです。)

簡単に結果をまとめると、以下のような感じ。

200置換基の嵩高さによって、二量化したジシラニルラジカル-ミューオン付加体 2、もしくは単量体のシリレン-ミューオン付加体 3が得られるというもの。ちなみにR = Mes基の場合は、23も観測されておらず、これは二量化の速度が2を観測できないほど早いが、3を観測するには遅いためである、と説明されております。うむ。また理論計算では、Muの代わりにHを用いています。

ところで、実は2003年に、カルベンへのミューオン付加反応がJACSに報告されており[3]、論文中では、カップリング定数等の比較についても議論されています。また、2008年にはR Westと東北大の吉良・岩本教授らの共著により、シレンへのミューオン付加反応が報告されています[4]。
この論文では、前例が無い為に、カップリング定数から実験的にどのラジカル種が生成しているのかさえ推測できず苦労が伺えます。

300正直、どのようなモチベーションからこのような実験を行ったのか筆者には検討もつきませんでしたし、一連の論文を読んだ時の感想は、「へぇー」程度でしかありませんでした。論文中のスペクトルも理解するに時間がかかった割には、(前例が無い(少ない)ので当然ですが)数値の表す意味が今ひとつピンときません(というか、グラフ中のでっかいピークがモノを表しているのかと途中まで思っていました。。)。

しかし、
1897年、J.J.トムソンは真空管を通る陰極線が電子であることを発見し、この発見が素粒子発見の第一号です。当時、物理学者の興味の対象でしかなかった電子が、100年の後、エレクトロニクス技術の基礎となり、テレビ、パーソナルコンピュータを始めとする今日の高度情報化社会を生み出しました。[5]」とあるように、
研究者が持ちがちな「分野という固定概念」を越えていろいろ挑戦していくことも、次世代科学技術の発展に繋がることと思います。頭で理解していても、なかなか行動に移す研究者は少ないのではないでしょうか。そういう意味で、今後の可能性に積極的に挑戦したパイオニア的研究として評価するべき内容かと思います。

余談ですが、筆者は何度かWest教授とお話したことがありますが、エネルギッシュな印象で常に新しい領域を開こうという開拓精神を感じさせる人物です。

どうでしょう、皆さんの手元にあるそのオリジナル化合物に、素粒子を当ててみませんか???

 

 関連文献

  1.  (a) ミューオン(wikipedia) (b) R Westによるrev.
  2.  Amitabha Mitra, Jean-Claude Brodovitch, Clemens Krempner, Paul W. Percival, Pooja Vyas,and Robert West* Angew. Chem. Int. Ed. ASAP
  3. Iain McKenzie, Jean-Claude Brodovitch, Paul W. Percival,* Taramatee Ramnial, and Jason A. C. Clyburne, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 11565-11570.
  4. Brett M. McCollum, Takashi Abe, Jean-Claude Brodovitch, Jason A. C. Clyburne,
    Takeaki Iwamoto, Mitsuo Kira, Paul W. Percival,* and Robert West. Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 9772 -9774
  5. KEK キッズサイエンティストより

 

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  6. 「電子の動きを観る」ーマックスプランク研究所・ミュンヘン大学・K…
  7. クロスカップリング反応ーChemical Times特集より
  8. 有機の王冠

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