2020.06.09 NEWS

世界で初めて臭素分子の分極を分光学的に観測

 総合科学技術研究機構・片山真祥准教授、生命科学部応用化学科・稲田康宏教授らの研究グループは,原子1個分の凹みを持つ半球状バナジウム酸化物クラスター(※1)に分極(※2)活性化された臭素分子を挿入することで,アルカンの臭素化の反応性を制御することに成功しました。臭素分子の分極を分光学的に観測した世界初の成果です。
 天然ガスや原油などに多く含まれるアルカンから有用な化成品原料への変換が容易になれば,化学産業・工業の原料として資源の効率的な利用が可能となります。臭素化によって選択性を高めることが鍵となりますが,アルカンは反応性に乏しいことから,反応性の乏しいアルカンを部分的に官能基化(※3)するには,適切な反応場を開発する必要があります。
 本研究では,ナノサイズの特異的な電荷分布を持ち,半球状のお椀のような構造がつぶれたり膨らんだりする特徴を持つ半球状バナジウム酸化物クラスターに着目し,凹みの中に臭素分子を挿入することで,臭素分子が分極されることを見いだしました。分極した臭素分子はペンタン,ブタンおよびプロパンといったアルカンを臭素化し,通常の臭素分子による反応とは異なる生成物の選択性を示すことが明らかとなりました。
 これらの知見は将来,小分子の分極化材料や高機能性触媒の設計に活用されることが期待されます。

 本研究成果は,2020年6月8日にドイツ化学会誌『Angewandte Chemie International Edition』のオンライン版にAccepted Articleとして掲載されました。

※1 バナジウム酸化物クラスター
負電荷を帯びた分子状のバナジウム酸化物。
※2 分極
結合する2つの原子の間で,原子上の電子の密度が等価ではなく,偏った状態のこと。
※3 官能基化
有機化合物の性質や反応を特長付ける原子団や結合様式。

【論文情報】
雑誌名:Angewandte Chemie, International Edition
論文名:Induced-Fitting and Polarization of Bromine Molecule in an Electrophilic Inorganic Molecular Cavity and Its Bromination Reactivity
(求電子的な無機分子空洞への臭素分子の分極を伴う誘導適合とその臭素化反応性)
掲載日時:2020年6月8日(日本時間)にオンライン版に掲載
著者名:Yuji Kikukawa, Kensuke Seto, Daiki Watanabe, Hiromasa Kitajima, Misaki Katayama, Shohei Yamashita, Yasuhiro Inada, Yoshihito Hayashi
(菊川雄司 1 ,瀬戸健介 2 ,渡辺大貴 2 ,北島大雅 3 ,片山真祥 4 ,山下翔平 5 ,稲田康宏 6 , 林宜仁 1 )
1. 金沢大学理工研究域物質化学系
2. 金沢大学自然科学研究科物質化学専攻博士前期課程(研究当時)
3. 金沢大学自然科学研究科物質化学専攻博士前期課程
4. 立命館大学総合科学技術研究機構
5. 高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所
6. 立命館大学生命科学部応用化学科
DOI:10.1002/anie.202007406
URL:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202007406

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