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分子固体におけるメチル基部分重水素化による配向秩序化に関する構造熱科学的研究

Research Project

Project/Area Number 10J01817
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

鈴木 晴  大阪大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2010 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords精密熱容量測定 / メチル基 / 回転対称性 / 部分重水素化 / 分子固体 / 配向秩序化 / 対称性
Research Abstract

本研究では,メチル基を部分的に重水素化することで誘起される分子固体の物性変化を調べ,回転対称性を失ったメチル基の配向秩序化メカニズムの解明を目指している.
昨年度までの研究で,様々な化合物(4-メチルピリジン,2,6-ジクロロトルエン,2,6-ジブロモトルエン,トルエン,ヨウ化メチル,メタノール)のメチル基部分重水素化物が,低温(40K以下)でメチル基の配向秩序化に伴う過剰熱容量を示すことを明らかになった.過剰熱容量は,3準位のショットキーモデルで解析され,3つのメチル基配向に相当する3準位スキームの決定に成功した.また,赤外吸収測定によっても,同様の3準位を確認した,
ここで注目されたのが,3準位の間隔が化合物によって大きく異なる(2,6-ジクロロトルエン:ΔE~3meV,メタノール:ΔE~1meV,ヨウ化メチル:ΔE<100μeV)点であり,本年度は,これらの3準位のエネルギー間隔を決定する要因を明らかにするために,量子化学計算による解析を行った,計算にはGaussianパッケージを用い,密度汎関数法による単分子の基準振動解析およびゼロ点エネルギーの計算を行った.また,半経験分子軌道法による結晶中の(分子間相互作用を考慮した)ゼロ点エネルギーの計算も行った.
基準振動解析の結果,メチル基が非対称な官能基に結合している場合は,部分重水素化メチル基の分子内配向に依存して基準振動の座標が変化して,各振動モードの振動数がメチル基配向ごとに大きく異なることが明らかになった.また,同様の理由で,ゼロ点エネルギーもメチル基配向に大きく依存することが示され,実験的に観測された3準位が,3つのメチル基配向におけるゼロ点エネルギー準位であることが明らかになった.
本年度の成果により,これまで蓄積してきた一連の実験結果を矛盾なく説明することが可能になり,部分重水素化メチルの配向秩序化のメカニズム解明に向けた大きな進歩が得られた.

Report

(2 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2012 2011 2010 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (11 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] (S)-4-(2-Methylbutyl)-4'-Cyanobiphenyl (5*CB) Glass Former : Are the Crystalline Polymorphs Disordered?2011

    • Author(s)
      A.Inaba, M.Massalska-Arodz, H.Suzuki, J.Krawczyk
    • Journal Title

      Molecular Crystals & Liquid Crystals

      Volume: 540 Issue: 1 Pages: 102-110

    • DOI

      10.1080/15421406.2011.568349

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quasi-elastic Neutron Scattering of Cyanobiphenyl Compounds with Different Terminal Chains2011

    • Author(s)
      H.Suzuki, A.Inaba, J.Krawczyk, M.Massalska-Arodz, T.Kikuchi, O.Yamamuro
    • Journal Title

      Journal of Non-Crystalline Solids

      Volume: 357 Pages: 734-739

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] (S)-4-(2-Methylbutyl)-4'-Cyanobipheny1 (5^*CB) Glass Former : Are the Crystalline Polymorphs Disordered?2011

    • Author(s)
      A.Inaba, M.Massalska-Arodz, H.Suzuki, J.Krawczyk
    • Journal Title

      Molecular Crystals & Liquid Crystals

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
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  • [Journal Article] 緩和型熱測定システムによる一次相転移近傍での精密熱容量測定2010

    • Author(s)
      鈴木晴, 稲葉章
    • Journal Title

      熱測定

      Volume: 37 Pages: 139-146

    • NAID

      10029867204

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  • [Journal Article] Accurate Heat Capacity Data at Phase Transitions from Relaxation Calorimetry2010

    • Author(s)
      H.Suzuki, A.Inaba, C.Meingast
    • Journal Title

      Cryogenics

      Volume: 50 Pages: 693-699

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  • [Presentation] 低分子棒状液晶物質の熱力学とダイナミクス2012

    • Author(s)
      鈴木晴, 稲葉章
    • Organizer
      JST産学共創基礎基盤研究「テラヘルツ分光による高分子構造の解明と制御」研究打ち合わせ会議
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台国際会議場(兵庫県)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-03-07
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  • [Presentation] 部分重水素化メチル基の分子内配向と固体のゼロ点エネルギー2011

    • Author(s)
      鈴木晴, 稲葉章
    • Organizer
      第47回熱測定討論会
    • Place of Presentation
      桐生市市民文化会館(群馬県)
    • Year and Date
      2011-10-22
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  • [Presentation] 固体メタノールおよびエタノールにおけるメチル基の回転的振動の基底状態2011

    • Author(s)
      稲葉章, 鈴木晴
    • Organizer
      第5回分子科学討論会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道)
    • Year and Date
      2011-09-23
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Orientational Ordering of Partially Deuterated Methyl Groups in Solid Methanol2011

    • Author(s)
      H.Suzuki, A.Inaba
    • Organizer
      The 6th International & 8th Japan-China Joint Symposium on Calorimetry and Thermal Analysis (CATS2011)
    • Place of Presentation
      首都大学東京(東京都)
    • Year and Date
      2011-08-03
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 固体メタノールにおける部分重水素化したメチル基の配向秩序化2011

    • Author(s)
      鈴木晴, 稲葉章
    • Organizer
      日本化学会第91春季年会
    • Place of Presentation
      神奈川大学(神奈川)
    • Year and Date
      2011-03-28
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  • [Presentation] 固体メタノールにおける部分重水素化メチル基の配向秩序化2010

    • Author(s)
      鈴木晴, 稲葉章
    • Organizer
      第46回熱測定討論会
    • Place of Presentation
      三重大学(三重)
    • Year and Date
      2010-09-27
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Excess Rotational Entropy of Partially Deuterated Methyl Groups in Molecular Solids2010

    • Author(s)
      H.Suzuki, A.Inaba
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Structural Thermodynamics (ISST-2010)
    • Place of Presentation
      千里ライフサイエンスセンター(大阪)
    • Year and Date
      2010-08-09
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Thermodynamic Properties of Liquid Crystalline Material 6O2OCB2010

    • Author(s)
      H.Suzuki, A.Inaba, P.M.Zielinski, J.Sciesinski, M.Massalska-Arodz
    • Organizer
      The 21st IUPAC International Conference on Chemical Thermodynamics (ICCT-2010)
    • Place of Presentation
      千里ライフサイエンスセンター(大阪)
    • Year and Date
      2010-08-09
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Orientational Ordering of Partially Deuterated Methyl Groups in Molecular Solids2010

    • Author(s)
      H.Suzuki, A.Inaba
    • Organizer
      The 21st IUPAC International Conference on Chemical Thermodynamics (ICCT-2010)
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城)
    • Year and Date
      2010-08-04
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Accurate Heat Capacity Measurements at First-Order Phase Transition Using a Commercial Relaxation Calorimeter2010

    • Author(s)
      H.Suzuki, A.Inaba, C.Meingast
    • Organizer
      The 21st IUPAC International Conference on Chemical Thermodynamics (ICCT-2010)
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城)
    • Year and Date
      2010-08-02
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] (S)-4-(2-Methylbutyl)-4'-cyanobiphenyl (5^*CB) Glass-Former : Are the Crystalline Polymorphs Disordered?2010

    • Author(s)
      A.Inaba, M.Massalska-Arodz, J.Krawczyk, H.Suzuki, I.Natkaniec
    • Organizer
      The 23rd International Liquid Crystal Conference (ILCC-2010)
    • Place of Presentation
      The Jagiellonian University (Krakow, Poland)
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/micro/report/rcst/2011/index.html.ja

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/micro/report/index.html.ja

    • Related Report
      2010 Annual Research Report

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Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

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