溶媒和電子ダイナミクスの理論研究

• Project/Area Number: 20038011
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 高柳 敏幸 Saitama University, 理工学研究科, 教授 (90354894)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2009: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2008: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
• Keywords: 溶媒和電子 / 反応動力学 / 電子衝突 / 分子クラスター / 水素結合 / 電子脱離

Research Abstract

本年度は、分子クラスターにおける溶媒和電子の束縛機構を理論的に明らかにするため、ウラシル-水クラスターアニオン系とニトロメタン-水クラスターアニオン系の2つを対象とした。
ウラシルのアニオン状態には、双極子束縛型アニオンと原子価束縛型アニオンの2種類があり、単体では双極子束縛型アニオンの方が安定である。しかし分子アニオン状態は、水分子などの溶媒による影響でその安定性が変化することが知られており、このことはウラシルアニオンにも同様に当てはまることが予想される。本研究ではウラシル-水クラスターアニオンについて、2種類のアニオンにおける安定性の変化機構を解明するために理論計算を行った。その結果、ウラシルに水分子が付加すると2種類のアニオンの安定性が変化し、変化に関するバリアも低くなることがわかった。さらにウラシル-水クラスターアニオンの光電子スペクトルシミュレーションも行った。その結果、光電子スペクトルが幅広になる要因は従来考えられていたような異性化による影響ではなく、ウラシルの分子内振動(主に面外振動)による影響が大きいということを見出した。
ごく最近、永田らによってニトロメタン-水クラスターアニオン系[CH_3NO_2・(H_2O)n](n=0-6)の光電子分光実験が行われ、新しいタイプの双極子束縛型アニオンが見出された。彼らはこのアニオンを、ニトロメタンと水6量体に余剰電子が挟まれた(H_2O)_6{e}CH_3NO_2というDual dipole-bound anionであると帰属している。我々の詳細な理論計算の結果、Dual dipole-bound anionは存在し得ることが判明した。また(H_2O)_6{e}CH_3NO_2の光解離反応についても、エネルギー的に実験結果を説明することができた。

Research Products

• [Journal Article] Theoretical study on the mechanism of low-energy dissociative electron attachment for uracil (2009)
  • Author(s): T.Takayanagi, T.Asakura, H.Motegi
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry A 113 Pages: 4795-4801
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Theoretical study on the transformation mechanism between dipole-bound and valence-bound anion states of small uracil-water clusters and their photoelectron spectra (2009)
  • Author(s): H.Motegi, T.Takayanagi
  • Journal Title: Journal of Molecular Structure THEOCHEM 907 Pages: 85-92
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Path-integral molecular dynamics simulations of water anion clusters(H_2O)^-_5 and(D_2O)^-_5 (2009)
  • Author(s): T.Takayanagi, T.Yoshikawa, H.Motegi, M.Shiga
  • Journal Title: Chemical Physics Letters 482 Pages: 195-200
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Linkage isomerism of pentaammine(dimethylsulfoxide)ruthenium(II/III)complexes : a theoretical study (2009)
  • Author(s): M, Kato, T. Takayanagi, T. Fujihawa, A. Nagasawa
  • Journal Title: Inorganica Chimica Acta 362 Pages: 1199-1203
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Path-integral molecular dynamics simulations of BeO embedded in helium clusters: Formation of the stable HeBeO complex (2008)
  • Author(s): H. Motegi, A. Kakizaki, T. Takayanagi, Y. Taketsugu, T. Taketsugu, M. Shiga
  • Journal Title: Chemical Physics 354 Pages: 38-32
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular dynamics simulations of small glycine-(H20)_n(n=2-7)clusters on semiempirical PM6 potential energy surfaces (2008)
  • Author(s): T. Takayanagi, T. Yoshikawa, A. Kakizaki, M. Shiga, M. Tachikawa
  • Journal Title: Journal of Molecular Structure THEOCHEM 869 Pages: 29-36
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Quantum dynamics studies of molecules and clusters (2010)
  • Author(s): T.Takayanagi
  • Organizer: XVIIth Symposium on Atomic, Cluster and Surface Physics 2010(SASP2010)
  • Place of Presentation: オーバーグルグル(オーストリア)
  • Year and Date: 2010-01-29
• [Presentation] Theoretical Study of Charge-Transfer-to-Solvent Dynamics of I_-M_n Anion Clusters (2008)
  • Author(s): T. Takayanagi
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Molecular Theory of Real Systems
  • Place of Presentation: 岡崎市(岡崎コンファレンスセンター)
  • Year and Date: 2008-08-04