電子移動を経由する芳香族化合物の光酸素酸化反応

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二酸化チタンを光触媒とする各種芳香族化合物の高効率・高選択的な光酸素酸化反応の開発と、反応活性種および反応機構の解明を目的として研究を行ない、以下の成果を得た。(1)二酸化チタンおよび過塩素酸マグネシウム存在下、芳香環にメトキシ基を導入したケイ皮酸(1)のアセトニトリル溶液に酸素を吹き込みながら光照射したところ、対応するベンズアルデヒド誘導体が生成するとともに、シス-トランス光異性化反応が進行した。また、水を添加して光反応を行なったところ、環化生成物であるクマリン誘導体が生成した。本反応は1のラジカルカチオンを経由して進行し、カルボキシ基が酸化チタン表面に吸着することにより-電子移動が促進されるものと推定した。(2)9-ビニルカルバゾール(2)を含むアセトニトリル溶液に二酸化チタンと過塩素酸マグネシウムを加え、酸素を吹き込みながら光照射したところ、1,2-ジオキサン誘導体(3)が生成するとともに、1,2-ジカルバゾルイルシクロブタン(4)、9-ホルミルカルバゾール、およびカルバゾールが得られた。ごく短時間の光照射では、ほぼ4のみが生成し、反応時間の延長とともに3の収率が増加した。酸化チタンが存在しない場合、アルゴン雰囲気下、および過塩素酸マグネシウムが存在しない場合には長時間光照射しても3の生成は認められなかった。また、1-ピレンカルボン酸(5)を酸化チタンの表面に吸着させた固体を光触媒として用いたところ、4の生成が促進された。なお、5は500nmに強い蛍光を発するが、二酸化チタン表面に吸着させた5は、ほとんど蛍光を出さなかった。以上の結果より、2の反応は、光励起によって生成した二酸化チタンの正孔への2および4からの一電子移動を経由して進行し、二酸化チタン上のピレンは電子移動の効率の向上に寄与しているものと推定した。