単原子ゲルマニウム導入反応の開発-「裸のゲルマニム」を持つ分子群の自在合成に期待-

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 水畑吉行 化学研究所准教授、時任宣博 同特任教授(理事・副学長)、西野龍平 同特定研究員、笹山瑠人 同大学院生(研究当時)は、Rory Waterman 米国・バーモント大学教授と協力し、単原子ゲルマニウムを他の分子に導入可能な有機反応の開発に成功しました。

 有機合成において、合成戦略は標的分子をより単純な部分構造に分割することに依存し、その実現性は必要な構成要素の入手可能性に左右されます。原子一つ、すなわち「単原子」は全ての分子において最も単純かつ理想的な構成要素ですが、ほとんどの元素において、合成のために個々の原子を入手することは現実的ではありません。

 本研究では、フェニルアニオンのアニオン炭素をゲルマニウムに置き換えた「ゲルマベンゼニルアニオン」の反応性を活用することで、種々の分子に単原子ゲルマニウムを導入可能であることを明らかにしました。

 本研究で見いだした手法は、置換基を持たない「裸の」ゲルマニウムを持つ分子群の自在合成を可能にし、ゲルマニウムが関わる様々な機能性材料の開発につながることが期待されます。

 本研究成果は、2023年7月28日に、国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。

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ゲルマベンゼニルアニオンを活用した単原子ゲルマニウム導入反応(©株式会社ヤップ)
研究者のコメント 

「実は、量子化学計算を用いて芳香環の原子交換過程が見いだされるまで、単なる置換基の移動で本現象が説明できると思い込んでいました(ゲルマベンゼニルアニオンとGe=Ge化合物の反応であったことから区別ができなかった)。計算結果を受け、Si=Si化合物を用いて実際にゲルマニウムとケイ素が交換していることを確認した際には、驚きとともに科学研究における思い込みの怖さ、それを排除した俯瞰的な視点の重要性を痛感しました。」(水畑吉行)

研究者情報
書誌情報

【DOI】
https://doi.org/10.1038/s41467-023-40188-y

【KURENAIアクセスURL】
http://hdl.handle.net/2433/284590

【書誌情報】
Ryohei Nishino, Norihiro Tokitoh, Ryuto Sasayama, Rory Waterman, Yoshiyuki Mizuhata (2023). Unusual nuclear exchange within a germanium-containing aromatic ring that results in germanium atom transfer. Nature Communications, 14:4519.