Coordination mechanism of organic multidentate ligands with lanthanides

多座有機配位子によるランタノイドとの錯形成メカニズム

小林 徹 ; 鈴木 伸一; 矢板 毅

Kobayashi, Toru; Suzuki, Shinichi; Yaita, Tsuyoshi

アクチノイドやランタノイドなどのf-系列元素を効率的に分離できる分離試薬の開発は、核燃料サイクルにおける分離工程やレアメタルの精製、金属リサイクル法の確立などに関連する重要なテーマである。新しい分離法を開発するために多くの研究がなされているが、その多くは電荷密度など金属イオン本来の性質に着目したものであり、3価アクチノイドやランタノイドなどその化学的性質がよく似た元素同士の分離は困難である。近年我々は、酸素ドナーと複素環窒素ドナーを有するヘテロドナー型配位子を複数開発し、これらが3価アクチノイドやランタノイドに対してユニークな錯形成特性を示すことを見出している。例えば、1,10-phenenthroline-2-carboxamideは特定のランタノイドに選択的に錯形成し、2-(1H-benzimidazol-2-yl)pyridine-6-carboxamideは軽中ランタノイドには高い錯形成能力を示すものの、重ランタノイドに対する錯形成能力は著しく低下する。これらの錯形成特性は、特定の3価アクチノイドやランタノイドの効率的な分離へと応用できる可能性があり、そのための化合物設計には錯形成メカニズムの解明が必要である。そこで本発表では、ヘテロドナー型配位子をはじめとするいくつかの多座配位子について、その錯形成メカニズムを詳細な構造解析の結果を基に議論する。

The development of separation reagent, which can efficiently separate f-series element such as actinide and lanthanide, is of increasing importance because it concerns establishment of separation procedure in nuclear fuel cycle, purification of rare-metals, and metal recycling. Many researches have carried out to develop new separation system mainly focusing on nature of the metal ions such as charge density and ionic size, but the intra-series separation of trivalent actinides or lanthanides is extremely difficult due to their similarity in chemical properties. Recently, we developed several hetero donor type ligands, which have both oxygen donor and heterocyclic nitrogen donor, and revealed that this type of ligands show unique complexation properties toward trivalent actinides or lanthanides. For example, 1,10-phenenthroline-2-carboxamide shows selective coordination with specific lanthanide, and 2-(1H-benzimidazol-2-yl)pyridine-6-carboxamide shows high complexation ability with light and middle lanthanides but that with heavy lanthanides decreases drastically. These complexation properties are expected to be applicable in efficient separation of specific trivalent lanthanides or actinides, and the coordination mechanism should be elucidated to design the efficient separation reagent. Thus, in this presentation, we will discuss the coordination mechanism of several multidentate ligands, mainly focusing on the hetero donor type ligands, based on detailed structural analysis.