日本化学会

赤外分光法でパーフルオロアルキル化合物の本質を描き出す

Infrared Spectroscopy Reveals the Nature of Perfluoroalkyl Compounds

　アルキル基の水素原子をすべてフッ素に置換したパーフルオロアルキル（R_f）基を含む化合物は，撥水撥油性や低誘電率など際立ったバルク物性を示す。撥水という言葉のせいか，R_f鎖同士の分子間相互作用がいわゆる"疎水性相互作用"であるという思い込みに陥りやすい^1）。実際，R_f鎖間の相互作用はアルキル鎖同様に"分散力"によるものと思われがちで，これはR_f化合物の物性理解の妨げの一要因である。
　C-F 結合には大きな双極子があり，R_f基間の相互作用は，双極子-双極子相互作用に支配される^2）。また，R_f基はねじれた骨格をもつため，方向の異なる双極子アレーが生じ^3），バルクなスケールで平均化すると双極子は見えなくなり，これがR_f化合物特有のバルク物性の発現に深く関わる^{1, 2）}。すなわち，1 分子と分子集合系が極端に異なる物性を示す^{1, 3）}。
　さらに，F 原子の質量がC 原子よりも大きいため，アルキル基の分子振動の概念がまったく通用しなくなる点も重要で
ある^4）。すなわち，炭素骨格の連成振動が赤外分光の理解に欠かせず，基準振動が官能基に局在しないという特徴を示す。例えば，CF₃対称伸縮振動（ν_s（CF₃））の遷移モーメントはR_f 鎖軸に平行で，分子配向の解析に極めて有効に使える。
　CF₂対称伸縮振動（ν_s（CF₂））のバンド位置がR_f鎖長によって大きくシフトするのもアルキル鎖にはない特徴である^3）。振動分光法の見直しを通じて，赤外分光法とフッ素化学の両方の科学に新たな進展を与えることができる。

1） T. Hasegawa, Chem. Record 2017, DOI: 10.1002/tcr.201700018.
2） T. Hasegawa, Chem. Phys. Lett. 2015, 627, 64.
3） T. Hasegawa et al., ChemPlusChem 2014, 79, 1421.
4） T. Hasegawa et al., Chem. Lett. 2015, 44, 834.

長谷川　健 京都大学化学研究所