計算化学を駆使した高周期１４族元素を含む芳香族化合物の機能開拓と合成戦略基盤構築

利用计算化学开发含有高周期14族元素的芳香族化合物的功能并构建合成策略平台

基本信息

批准号：
18K05078
负责人：
郭晶東
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Nagoya City University (2019)Kyoto University (2018)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ベンゼンに代表される「芳香族化合物」は、その[4n+2]π電子環状共役系の特異な電子物性に興味が持たれ、基礎化学的な興味は勿論、機能・物性化学の観点からも重要な基本骨格である。新たな機能性分子創製の点で、従来の芳香族化合物の共役拡張や分子修飾では物性制御に限界があり、研究のブレークスルーに欠けている点が問題である。新たな芳香族化合物群として、斬新な含高周期14族元素芳香族化合物を設計した。高周期14族元素が１つまたは２つ組み込まれた芳香族化合物はいくつか合成例があるが、ある程度偶発的な成果も含まれる。本研究では、高周期14族元素を含む芳香族化合物を機能・物性化学における標的化合物として見なし、体系的な学術基盤を構築するため、高周期元素置換の置換個数、置換位置と、その物性との相関に関する系統的な体系化や、合理的な合成戦略についての理論化学的な方法論を確立する。「[4n+2]π環状共役系の物性は高周期元素導入によりどのような効果を受けるか」という学術的問いに対しての解を導出する。実際の合成例から、高周期14族元素間三重結合化合物と、アセチレン類の反応により、1,2-ジシラベンゼンが生成することがわかっている。この反応を基礎として、理論計算を展開することとした。実際、モデル化合物および実際に実験例のある実在分子について、1,2-ジシラベンゼンの生成機構を理論的に精査し、反応機構を明確化した。中間体として、1,2-ジシラシクロブタジエン誘導体が生成していることを理論的に予測し、連携研究者の協力のもと実験的にもこれを実証した。さらに、1,2-ジシラシクロブタジエンの反応性が、1,2-ジシラベンゼン生成の立体選択性を制御していることを明確化した。

由苯代表的“芳族化合物”对其[4n+2]π电子环状共轭系统的独特电子特性感兴趣，并且是一个基本的骨骼，不仅从基本化学兴趣的角度，而且从功能和物理特性的角度来看也很重要。在创建新的功能分子方面，问题在于，芳香族化合物的常规结合扩展和分子修饰的物理特性有限，缺乏研究突破是一个问题。一种新型的高周期组14组元素芳香化合物已被设计为新的芳香化合物。有几个合成示例的芳香化合物，其中包含一个或两个高周期组14个元素，但包括一些偶然的结果。在这项研究中，为了将含有高周期组14个元素的芳香化合物作为功能和物理性能的目标化合物，我们将建立一种系统的系统方法论，涉及替代数量，替代的位置及其物理性能之间的相关性，其高物质元素替代品的物理特性以及高理论化学方法论的理论化学方法和理论化学方法论策略。我们将提出一个学术问题的解决方案：“ [4n+2]π-循环共轭系统的物理特性遭受了高周期性元素的影响？”从实际的合成示例中发现，1,2-二甲苯苯是由高周期组14组相互元素三键与乙酰基烯元素的反应产生的。基于此反应，开发了理论计算。实际上，在理论上研究了1,2-二甲苯苯的形成机制，用于模型化合物和实际实验示例的真实分子，并阐明了反应机制。从理论上讲，我们预测1,2-二甲环丁二烯衍生物是作为中间体生产的，并通过协作研究人员的合作在实验中证明了这一衍生物。此外，澄清说，1,2-二甲环丁烯的反应性控制了1,2-二甲苯苯形成的立体选择性。