[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

デカすぎる置換基が不安定なリンホウ素二重結合を優しく包み込む

[スポンサーリンク]

不安定なホスファボレンを速度論的にのみ安定化する分子設計により、本来の電子状態のリンホウ素二重結合をもつホスファボレンの合成が初めて報告された。合成したホスファボレンのリンホウ素結合は、隣接基による電子的な影響を無視できるため高い二重結合性をもつ。

いかにして不安定なホスファボレンを合成するのか?

13族と15族元素間の二重結合は、14族元素同士の二重結合と等電子関係ではあるが、その特異な物性や反応性に興味がもたれ、精力的に研究されてきた[1]。中でもリンホウ素二重結合は、周期の異なるリンとホウ素のp軌道の重なりが小さいため、π結合が切れやすい(図1A)[2]。この弱いπ結合に加え、リンの非共有電子対およびホウ素の空のp軌道の存在により自発的に多量化するため、不安定な結合である。そのため、リンホウ素二重結合の形成は長年の課題であった。

リンホウ素二重結合をもつホスファボレンの生成が初めて確認されたのは、1986年、Cowleyらの報告である(図1B)[3]。彼らは環状ジホスファボレタンの熱分解からホスファボレンの生成を質量分析で確認した。その後、ホスファボレンの安定化法がいくつか見出され、その合成と単離が達成されている。1990年にNöthら[4]が、2006年にはPowerら[5]がそれぞれルイス酸/塩基により安定化されたホスファボレンの合成、2022年にはLiuらがPush–Pull効果により安定化されたホスファボレンの合成を報告した(図1C)[6]。しかし、これらの安定化法はリンホウ素二重結合の電子構造の変化が無視できないため、本来の電子構造をもつホスファボレンの合成は未だ達成されていない。

ブリストル大学のMannersらは、速度論的にのみホスファボレンを安定化すれば、電子構造の変化を無視できるリンホウ素二重結合が形成できると考えた。そこで、かさ高い置換基として2,6-ビス(トリイソプロピルフェニル)-3,5-ジイソプロピルフェニル基[7]をもつホスファボレンを設計し、合成に取り組んだ(図1C右下)。

図1. (A) リンホウ素二重結合形成における課題 (B) ホスファボレンの生成を確認した最初の報告例 (C) 安定化されたホスファボレンの合成例および今回Mannersらが合成したホスファボレン

 

“A Crystalline Monomeric Phosphaborene”
LaPierre, E. A.; Patrick, B. O.; Manners, I. J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 7107–7112
DOI: 10.1021/jacs.3c01942

論文著者の紹介

研究者:Ian Manners
研究者の経歴:
1979–1982 B.Sc. in Chemistry, University of Bristol, UK
1982–1985 Ph.D. in Chemistry, University of Bristol, UK (Prof. Neil G. Connelly)
1986–1987 Postdoc, University of Aachen, Germany (Prof. Peter Paetzold)
1988–1990 Research Associate, Pennsylvania State University, USA (Prof. Harry R. Allcock)
1990–1994 Assistant Professor, University of Toronto, Canada
1994–1995 Associate Professor, University of Toronto, Canada
1995–2006 Professor, University of Toronto, Canada
2006–                            Professor, University of Bristol, UK
研究内容:触媒反応を用いた高分子合成、結晶化駆動型自己集積体の合成

論文の概要

図2Aにホスファボレン4の合成経路を示す。まず、ホスフィンカリウム1[8]とジブロモボロン2[9]をトルエン中で反応させ、ホスファボラン3を得た。続いて、得られた3に塩基を作用させ、所望のホスファボレン4の合成を達成した。単結晶X線構造解析により、合成したホスファボレン4のリンホウ素間の結合長は1.741 Åであり、これまで報告されたどのホスファボレンよりも短い値であった。また、4のWiberg結合次数はリンホウ素結合が1.9707、窒素ホウ素結合が0.9526であった。これらは4のリンホウ素結合は二重結合性、窒素ホウ素結合は単結合性が高いことを示している。すなわち、窒素の非共有電子対のホウ素への押し込みによるリンホウ素結合の二重結合性の低下はなく、電子構造の変化を無視できるリンホウ素二重結合の形成に成功した初の報告例となった。

次に、反応性の高い分子との反応からホスファボレン4のリンホウ素二重結合の性質を調査した(図2B)。4はDMAPと反応し4·DMAPが生成した。また、メタノールを作用させると、4は一級ホスフィンとトリメトキシボロンに分解した。一方で、一酸化炭素および二酸化炭素、水素、TMSN3、HCCPh、Ph2COとは反応しなかった。この反応性はDFT計算による軌道解析から説明できる。4のHOMOは立体的に保護されたリンホウ素二重結合に局在している。一方LUMOは、主にホウ素の空のp軌道からなるため、リンと比べ立体的に保護されていない。したがって、HOMOが関与する反応は進行しにくく、LUMOのみが関与する反応は進行しやすかったと考えられる。

図2. (A) ホスファボレン4の合成 (B) ホスファボレン4の反応性の調査および分子軌道解析

以上、本来の電子状態のリンホウ素二重結合をもつホスファボレンの合成が達成された。電子的な影響を受けていないリンホウ素二重結合の詳細な性質解明の続報に期待したい。デカすぎる置換基の優しい抱擁に、不安定だったリンホウ素二重結合も安心して安定化しているはずである。

参考文献

  1. Malik, M. A.; Afzaal, M.; O’Brien, P. Precursor Chemistry for Main Group Elements in Semiconducting Materials. Chem. Rev. 2010, 110, 4417–4446. DOI: 10.1021/cr900406f
  2. Dankert, F.; Hering-Junghans, C. Heavier Group 13/15 Multiple Bond Systems: Synthesis, Structure, and Chemical Bond Activation. Chem. Commun.2022, 58, 1242–1262. DOI: 10.1039/D1CC06518A
  3. Arif, A. M.; Boggs, J. E.; Cowley, A. H.; Lee, J. G.; Pakulski, M.; Power, J. M. Production of a Boraphosphene (RB:PR’) in the Vapor Phase by Thermolysis of a Sterically Encumbered Diphosphadiboretane. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 6083–6084. DOI: 10.1021/ja00279a091
  4. Linti, G.; Nöth, H.; Polborn, K.; Paine, R. T. An Allene-analogous Boranylidenephosphane with B=P Double Bond: 1,1-Diethylpropyl(2,2,6,6-tetramethylpiperidino)-boranylidenephosphane-P-pentacarbonylchromium. Angew. Chem., Int. Ed. 1990, 29, 682–684. DOI: 10.1002/anie.199006821
  5. Rivard, E.; Merrill, W. A.; Fettinger, J. C.; Power, P. P. A Donor-Stabilization Strategy for the Preparation of Compounds Featuring P=B and As=B Double Bonds. Chem. Commun. 2006, 36, 3800−2. DOI: 10.1039/B609748K
  6. Li, J.; Lu, Z.; Liu, L. L. A Free Phosphaborene Stable at Room Temperature. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 23691–23697. DOI: 10.1021/jacs.2c11878
  7. Stanciu, C.; Richards, A. F.; Fettinger, J. C.; Brynda, M.; Power, P. P. Synthesis and Characterization of New, Modified Terphenyl Ligands: Increasing the Rotational Barrier for Flanking Rings. Organomet. Chem. 2006, 691, 2540–2545. DOI: 10.1016/j.jorganchem.2006.01.046
  8. Queen, J. D.; Bursch, M.; Seibert, J.; Maurer, L. R.; Ellis, B. D.; Fettinger, J. C.; Grimme, S.; Power, P. P. Isolation and Computational Studies of a Series of Terphenyl Substituted Diplumbynes with Ligand Dependent Lead-Lead Multiple-Bonding Character. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 14370–14383. DOI: 10.1021/jacs.9b07072
  9. Escudie, J.; Couret, C.; Lazraq, M.; Garrigues, B. New Routes to 2,4-Diphospha-1,3-diboretanes. React. Inorg. Met.-Org. Chem. 1987, 17, 379–384. DOI: 10.1080/00945718708059446
Avatar photo

山口 研究室

投稿者の記事一覧

早稲田大学山口研究室の抄録会からピックアップした研究紹介記事。

関連記事

  1. 有機ケイ素化合物から触媒的に発生したフィッシャーカルベン錯体を同…
  2. 抗体結合ペプチドを用いる非共有結合的抗体-薬物複合体の創製
  3. 第七回ケムステVプレミアレクチャー「触媒との『掛け算』で研究者を…
  4. 化学系学生のための就活2019
  5. 【第11回Vシンポ特別企画】講師紹介①:東原 知哉 先生
  6. 化学系学生のための企業合同説明会
  7. シュプリンガー・ネイチャーが3つの特設ページを公開中!
  8. 幾何学の定理を活用したものづくり

注目情報

ピックアップ記事

  1. 新しい抗生物質発見:MRSAを1分で99.99%殺菌
  2. ナノチューブを簡単にそろえるの巻
  3. エノールエーテルからα-三級ジアルキルエーテルをつくる
  4. 高専シンポジウム in KOBE に参加しました –その 1: ヒノキの精油で和歌山みかんを活性化–
  5. 室温でアルカンから水素を放出させる紫外光ハイブリッド触媒系
  6. 夏休みの自由研究に最適!~家庭でできる化学実験7選~
  7. 電化で実現する脱炭素化ソリューション 〜蒸留・焼成・ケミカルリサイクル〜
  8. ユニークな名前を持つ配位子
  9. 海底にレアアース資源!ランタノイドは太平洋の夢を見るか
  10. 「極ワイドギャップ半導体酸化ガリウムの高品質結晶成長」– カリフォルニア大学サンタバーバラ校・Speck研より

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2023年7月
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31  

注目情報

最新記事

アンモニウム構造によりラジカル種の発生位置を完全に制御!

第710回のスポットライトリサーチは、関西学院大学理工学研究科 村上研究室の榊原 陽太(さかきばら …

化学つれづれ草【ある研究者の回想】

概要物理化学者で量子機能材料を専門とする著者によるエッセイ集.化学者としての研究,教育,人生…

第60回有機反応若手の会

開催概要有機反応若手の会は、有機化学分野で研究を行う全国の大学院生を中心とした若手研究者が集い、…

ノーベル賞受賞者と語り合う5日間!「第18回HOPEミーティング」参加者募集!

申し込みはこちら概要主催:独立行政法人 日本学術振興会(JSPS)開催地:神奈川…

光触媒による高効率なCO2還元の実現―まさかの光を弱く当てることが重要だった―

第709回のスポットライトリサーチは、東京科学大学 理学院(前田研究室)博士後期課程2年の仲田竜一 …

「π-πスタッキング」という言葉が生む誤解【芳香環の相互作用を見直す: 前編】

芳香環が平行に並んで近接しているとき、その構造を「π–π スタッキング」と表されることがよくあります…

一重項酸素によるC(sp2)−P結合切断を用いた長波長光によるリン化合物のアンケージング

第 708 回のスポットライトリサーチは、同志社女子大学 薬学部 医療薬学科 5…

マテリアルズ・インフォマティクスにおける画像解析の活用ガイド

開催概要材料開発において、電子顕微鏡やX線トモグラフィーを用いて材料の微細構造を観察するために画…

世界初のPROTAC医薬、ついに承認 ―「タンパク質を阻害する」から「分解する」時代へ

2026年5月、創薬化学の歴史に残る大きな出来事が起きました。米国 FDA は、…

有機蛍光とは異なる新しい有機りん光の分子設計指針の発見

第707回のスポットライトリサーチは、電気通信大学 情報理工学研究科(牧昌次郎研究室)の林希久也 助…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP