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選択的溶媒和を記述可能にする新たな積分方程式理論の開発と化学現象への応用

Research Project

Project/Area Number 15J04698
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

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

Principal Investigator

田中 佑一  九州大学, 理学府, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords選択的溶媒和 / ソルバトクロミズム / 液体の積分方程式理論 / 3D-RISM-SCF法 / RISM-SCF法 / 分子シミュレーション
Outline of Annual Research Achievements

混合溶媒中では、選択的溶媒和、すなわち、一方の溶媒が他方の溶媒よりも選択的に溶質分子に溶媒和し、溶質分子近傍の溶媒のモル分率がバルク中の溶媒のモル分率から変化する現象が起こる。この選択的溶媒和は、溶媒の種類によって溶液の色が変化する現象であるソルバトクロミズムにも強い影響を与えると言われている。つまり、溶媒のモル分率の変化に対する色素分子の励起エネルギー変化が非線形になることが知られており、この非線形な振る舞いの原因が選択的溶媒和であると考えられている。この現象を理論的に取り扱う上で有用と考えられる手法の一つが液体の積分方程式理論である。本研究では、選択的溶媒和の記述を可能にする積分方程式理論の開発と化学現象への応用を目的としてきた。
本年度は、液体の積分方程式理論と量子化学計算を組み合わせた手法の一つである3D-RISM-SCF法の選択的溶媒和の記述可能性をより詳細に調べるために、水/メタノール混合溶媒中におけるブルッカーメロシアニン(BM)の励起エネルギーの計算を行った。励起エネルギーの計算値は実験で見られた非線形な振る舞いを再現した。また、溶質周りの配位数の解析からメタノールが選択的に溶媒和していることが示された。自由エネルギーおよびその成分はメタノールのモル分率に対していずれも単調に変化するが、これはメタノールが多い溶媒中では水が多い溶媒中と比べて溶質-溶媒間静電相互作用および溶媒-溶媒間水素結合が減少していることに起因していると解釈される。励起エネルギーの非線形な振る舞いは、メタノールの選択的溶媒和によって引き起こされるエネルギーシフトが励起状態よりも基底状態の方が大きいことから説明される。
以上の解析により、3D-RISM-SCF法によって水/メタノール混合溶媒中におけるBMに対するメタノールの選択的溶媒和が記述できるということが示唆された。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2017 2016 2015

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Three-Dimensional Reference Interaction Site Model Self-Consistent Field Analysis of Solvent and Substituent Effects on the Absorption Spectra of Brooker's Merocyanine2015

    • Author(s)
      Yuichi Tanaka, Norio Yoshida, Haruyuki Nakano
    • Journal Title

      J. Comput. Chem.

      Volume: 36 Issue: 22 Pages: 1655-1663

    • DOI

      10.1002/jcc.23980

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 3D-RISM-SCF法によるブルッカーメロシアニンのソルバトクロミズムと溶媒和構造に関する研究2017

    • Author(s)
      田中佑一
    • Organizer
      第70回尾張コンプレックスセミナー
    • Place of Presentation
      名古屋大学 東山キャンパス 情報科学研究科 1階 第4講義室
    • Year and Date
      2017-02-01
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 3D-RISM-SCF法によるブルッカーメロシアニンの吸収スペクトルに対する溶媒効果・置換基効果の解析2016

    • Author(s)
      田中佑一, 吉田紀生, 中野晴之
    • Organizer
      凝縮系の理論化学2016
    • Place of Presentation
      琉球大学 理系複合棟202号室(沖縄県中頭郡)
    • Year and Date
      2016-03-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 3D-RISM-SCF analysis of solvent and substituent effects on the absorption spectra of Brooker's merocyanine2015

    • Author(s)
      田中佑一
    • Organizer
      平成27年度 大学院教育プログラム 博士後期課程2年生 全体研究報告会
    • Place of Presentation
      九州大学 伊都キャンパス 理学部 大会議室(福岡県福岡市)
    • Year and Date
      2015-12-10
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 3D-RISM-SCF法によるブルッカーメロシアニンの吸収スペクトルに対する溶媒効果・置換基効果の解析2015

    • Author(s)
      田中佑一, 吉田紀生, 中野晴之
    • Organizer
      第5回CSJ化学フェスタ2015
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • Year and Date
      2015-10-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 3D-RISM-SCF analysis of solvent and substituent effects on the absorption spectra of Brooker's merocyanine2015

    • Author(s)
      Yuichi Tanaka, Norio Yoshida, Haruyuki Nakano
    • Organizer
      Studying the Function of Soft Molecular Systems by the Concerted Use of Theory and Experiment The 3rd Symposium
    • Place of Presentation
      日本科学未来館(東京都江東区)
    • Year and Date
      2015-07-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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