【本学研究者情報】

〇大学院理学研究科化学専攻　教授　岩本武明
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【発表のポイント】

• 五角形のケイ素^（注1）骨格をもつケイ素π電子系化合物、ペンタシラシクロペンタジエニド^（注2）を合成し、その分子構造の解明に成功しました。
• この化合物は非平面の五角形のケイ素骨格を持ちながらも、非局在化したπ電子と芳香族性^（注3）を持つことを解明しました。
• 様々な触媒や機能分子に使われているシクロペンタジエニド^（注4）のケイ素版化合物として触媒・材料両分野への展開が期待されます。

【概要】

ケイ素は元素周期表で炭素の一つ下にあり、半導体、炭化ケイ素繊維、シリコーンなどの身近な高機能性材料を与える元素です。しかし、ケイ素の場合、機能性炭素（有機）材料によく見られるπ電子系化合物（ベンゼンやフラーレンなど）は通常は安定ではありません。π電子系化合物を構成するπ結合がケイ素の場合は強くなく安定ではないからです。そのため、ケイ素の数が増えるほど、そのπ電子系化合物の合成は難しくなり、5つ以上の連続するケイ素原子上にπ電子を非局在化させた分子の合成は挑戦的な課題でした。

東北大学大学院理学研究科の岩本武明教授、石川朋樹大学院生、石田真太郎准教授の研究グループは、五角形のケイ素骨格をもつπ電子系化合物、ペンタシラシクロペンタジエニドの合成に成功し、その分子構造を解明しました。

この化合物は非平面の五角形の骨格が特徴であり、非平面でありながらも、平面五角形の炭素骨格を持つシクロペンタジエニドと同様に非局在化したπ電子と芳香族性を持ちます。そして、ケイ素骨格上でのπ電子の非局在化と、ケイ素上に導入された保護基がこの化合物を安定化していることを明らかにしました。

本成果により合成された化合物は、様々な触媒や機能分子に使われているシクロペンタジエニドのケイ素版化合物であり、ケイ素を基盤とした新たなπ電子系化合物として触媒および材料両分野への幅広い展開が期待されます。

本研究成果は、日本時間2月6日午前4時に科学雑誌Scienceのオンライン版に掲載されました。

図1. ペンタシラシクロペンタジエニドの合成

【用語解説】

注1. ケイ素：元素周期表で炭素の一つ下に位置する14族元素。地殻にある元素の中で、酸素に次いで豊富な元素。半導体、炭化ケイ素繊維（東北大学で開発された超高耐熱材料）、シリコーン等の私たちの身の回りで活躍する機能材料の核となる元素で、炭素との結合をもつ有機ケイ素化合物は合成化学でも広く活用されています。

注2. π電子系化合物：π結合をもつ化合物の総称。π結合は二重結合や三重結合を構成する結合で、分子の電子状態や機能を司る。

注3. 芳香族性：ベンゼンなどの芳香族化合物の高い安定性を説明する概念。現在では分子の磁気的性質の指標としても用いられる。

注4. シクロペンタジエニド：五角形の炭素骨格を持つ電荷 −1の有機化合物。環骨格炭素原子上に非局在化した6つのπ電子を持つ代表的な芳香族化合物の一つで様々な金属触媒の配位子として利用されています。世界で初めて合成された有機金属化合物フェロセンにも使われています。この化合物の前に「ペンタシラ」がつくと、「5つの炭素をケイ素に置き換えた」、という意味になります。

【論文情報】

タイトル：Silicon Cyclopentadienides Featuring a Nonplanar 6π Aromatic Si5 Ring
著者：Takeaki Iwamoto,* Tomoki Ishikawa, Shintaro Ishida
*責任著者　東北大学大学院理学研究科化学専攻教授　岩本武明
掲載誌：Science
DOI：10.1126/science.aed0168

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学大学院理学研究科化学専攻
教授　岩本　武明（いわもと　たけあき）
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Email：takeaki.iwamoto*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学大学院理学研究科
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Email：sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）