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おもしろ化合物 第13話:「ベンゼン・オブ・ベンゼン」



NIFTY SERVE FCHEMT 13番【有機】会議室 #1026(98/1/4)より

 正月を祝って大作をお送りします(自分でいうなよ(^^;;)。
 新年にふさわしい化合物、というわけじゃないんですが(^^;、有機化合物の代名詞といえばやはり亀の甲の ベンゼン でしょう。そのベンゼンの構造を解き明かした化学者といえば、これはもう ケクレ ですね。そのケクレの名を冠した 芳香族 炭化水素に kekulene という化合物があります。これこそ benzene of benzene なのです。

 ご覧のようにベンゼン環を連ねて大きな六角形をつくったのが kekulene です。一辺がベンゼン環2個だと中空の部分が六角形でそれ自身がベンゼン環になってしまいますから( おもしろ化合物 第1話 に登場する coronene がそれです)、中にスペースの空いた六角形としては、一辺がベンゼン環3個からなるこの kekulene が最小分子になります。

 単にベンゼン環を連ねて大きなベンゼン環をつくったというだけならなんのこともないのですが、実はこの分子の 共鳴 構造にはちょっと特別な興味がもたれます。つまり実際の分子の共鳴構造がAの ベンゼノイド 型かあるいはBの アヌレノイド 型か、ということです。もしAのようならば、大きな六角形を形づくる小さな六角形単位一つずつが共鳴構造をとっている、つまり全体は12個のベンゼンの重ねあわせで表されるのに対し、Bでは大きな六角形の外周と内周がそれぞれひとつながりの ポリエン 構造で表されます。Bの構造は一見単なるポリエンで不安定そうですが、よく見ると外周は[30]annulene、内周は[18]annuleneになっていますから、どちらも ヒュッケル則 から安定な 芳香族性 を示すことが期待されるのです。

 この両者の区別は NMR によって容易に行うことができます。kekulene には環の外周に2種(Ha,Hb)、内周に1種(Hc)の3種の プロトン が存在します。もしベンゼノイド型であれば、この3種のプロトンはすべて共鳴構造(ベンゼン環)の外側すなわち 環状電子雲 による 脱遮蔽 領域に位置しますから、通常のベンゼン環プロトン同様に 低磁場 シフトして観測されるはずです。これに対し、アヌレノイド型では大きな環全体でひとつの共鳴構造(実際には二重)を形成しますから、外周プロトンは脱遮蔽、内周プロトンは 遮蔽 領域にはいります。つまり、Hcは大きく 高磁場 シフトすると予想されます。
 実際の測定は実は容易ではなく(^^;、というのはこの kekulene 非常に溶解性が悪いため、1H-NMRの測定は力ずくで、 1,3,5-trichlorobenzene-d3 の飽和溶液、215℃で50000回 積算 を強いられています。得られたピークは、 δ 7.94, 8.37, 10.45 に 2:1:1 の強度比で、合成 中間体 のNMRデータとの比較から、順に、Ha, Hb, Hcと帰属されました。大きく高磁場シフトしたシグナルが存在しないことから、kekuleneの構造はベンゼンノイド型であると結論されました。実際には、Cのようなフェナントレン構造の寄与が大きいと予想されています。

 最後になりましたが、この合成は、テトラヒドロジベンゾアントラセン誘導体を二分子 カップリング し、光酸化、脱水素によって行われました。 収率 はまずまずですけど、各 中間体 ともほとんど溶媒に溶けず、反応には苦心しています。ちなみに、kekulene 分子はC48H24で分子量は600ちょうど。緑黄色微細結晶で融点は620℃以上、500℃/10-3 torr昇華 するそうです。溶解性は、1-methylnaphthaleneに沸点(245℃)で10mg/350mL、1,2,4-trichlorobenzeneに沸点(214℃)で1mg/100mLです。また、 MS では異常に フラグメント が少なく、 分子イオン (100%)の他には m/z 300(43%), 200(7%)にそれぞれ 二価、三価イオン がみられるのみだそうです。さもありなんですね。

 ref.: F.Diederich and H.A.Staab,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,17, 372 (1978).

junk (JAH00636) 川端 潤     

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