[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. 鬼は大学のどこにいるの?
  2. 電気化学の力で有機色素を自在に塗布する!
  3. 半導体・リチウムイオン電池にも!マイクロ波がもたらすプロセス改善…
  4. オキソニウムイオンからの最長の炭素酸素間結合
  5. 【速報】2017年ノーベル化学賞は「クライオ電子顕微鏡の開発」に…
  6. 島津製作所がケムステVシンポに協賛しました
  7. 抽出精製型AJIPHASE法の開発
  8. 【テーマ別ショートウェビナー】今こそ変革の時!マイクロ波が拓く脱…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 抗ガン天然物インゲノールの超短工程全合成
  2. 吉野彰氏が2021年10月度「私の履歴書」を連載。
  3. アゾ重合開始剤の特徴と選び方
  4. 化学の楽しさに触れるセミナーが7月に開催
  5. 宇宙に輝く「鄒承魯星」、中国の生物化学の先駆者が小惑星の名前に
  6. 辻・ウィルキンソン 脱カルボニル化反応 Tsuji-Wilkinson Decarbonylation
  7. Natureが査読無しの科学論文サイトを公開
  8. 立体障害を超えろ!-「London分散力」の威力-
  9. メタロペプチド触媒を用いるFc領域選択的な抗体修飾法
  10. カネボウ化粧品、バラの香りの秘密解明 高級香水が身近に?

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

有機合成化学協会誌2026年7月号:固体高分子電解質・電子ドナー・アクセプター錯体・機械学習法・trichodermamide類・エナンチオ選択的スキップジエン合成法

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2026年7月号がオンラインで公開されています。…

第62回Vシンポ「見えない空気を科学する~センサによる室内環境・臭気の見える化と快適空間デザインの最前線~」を開催します!

こんにちは、Macyです。第62回Vシンポのご案内をさせていただきます。今回は、前回同様…

【協和ファーマケミカル】新卒採用情報(2028年卒)

協和ファーマケミカルが求めているのは、有機合成の知識や実験経験を身につけ、活かし…

【協和ファーマケミカル】“作れる”だけでは終わらない。原薬を安定供給へつなぐプロセス開発の研究

協和ファーマケミカルの研究開発を理解するうえで欠かせないシンボリックな化合物が、プロスタグランジン類…

協和ファーマケミカル株式会社ってどんな会社?

協和ファーマケミカルは、キリングループの一員として、トラネキサム酸やプロスタグラ…

より良い候補を、より速く。——研究者のためのAI解析環境「Multi-Sigma-Alchemy」正式リリース

「データはある。でもAIに渡せない」——その壁を壊す多くの研究現場に、こういう状況があります…

水分子のふしぎ — 四面体性が生む水の特異性 —

「水」はとても身近な液体ですが、化学の目で見ると驚くほど多くの「ふしぎ」をもっています。この記事では…

超微細孔 MOF 内の Cu(I) サイトによる強い水素吸着とその同位体効果の応用

Long らは、超微細孔質の金属–有機構造体 (MOF) に π 塩基性の配位不飽和金属サイトを導入…

【医農薬・合成香料・水素・バイオエタノール・バイオベース有機酸】 各アプリケーションに特化した膜分離ソリューションをご紹介 ~省エネ・CO2排出削減・品質改良~

■概要製造現場では、分離・濃縮工程が製造コストや品質を大きく左右します。蒸留や吸着など十…

求職者の「内定6社でも決めきれない理由」を深掘りし、密な連携でベストマッチングを支援

化学業界における転職の難しさは、「同じ職種であっても、分野が異なれば即戦力になりづらい点」にあります…

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