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Study on liquid-liquid interfaces between water and fluorous solvent

Research Project

Project/Area Number 23K04805
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
Research InstitutionGunma University

Principal Investigator

下赤 卓史  群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (40609921)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords有機フッ素化合物 / 気水界面 / 赤外分光法 / 界面化学 / フルオラス溶媒 / 振動分光法 / 液液界面
Outline of Research at the Start

本研究では,これまで研究例が少ない水とフルオラス溶媒の液液界面に着目し,界面で起こる化学現象を探ることを目的とする.近年,フルオラス溶媒をはじめとする有機フッ素化合物の分子間相互作用は,C-F結合に局在する大きな双極子支配であることがわかってきており,水表面のフルオラス溶媒は双極子―双極子相互作用に起因する界面特異的な親和性を示すことがわかってきた.この特徴的な界面を利用し,機能性材料の配向や集合構造の制御を目指した研究を行う.

Outline of Annual Research Achievements

有機溶媒の水素原子がフッ素原子で置換されたフルオラス溶媒は,分子レベルの微視的な視点で見るとその相互作用はC-F基に局在した大きな双極子支配であり,直鎖状のフルオラス溶媒はこの相互作用特性によって水表面の水分子との相互作用が顕著となって“界面特異的な高い親和性”を示すことがわかってきた.本課題では,この知見をもとに水とフルオラス溶媒の液液界面に注目する.水と有機溶媒を用いた水/油界面には見られない性質によって有機分子の特異な吸着や配向制御の場となる可能性があり,そのポテンシャルを探ることを最終的な目標としている.
本課題では「フルオラス溶媒が水表面に残存する」という現象を,分子構造の異なる各種フルオラス溶媒についても調べ,分子間相互作用の違いの観点から体系的にまとめることをはじめの目的とする(テーマ1).これらの知見をもとに,水とフルオラス溶媒の液液界面へと対象を移し,両相の界面における分子配向について,適した分光手法を検討しながら明らかにする(テーマ2).さらに,確立した分光手法を用いて界面に導入した有機分子や高分子の配向性を議論し,集合構造の制御や化学反応の場としてのポテンシャルを探る(テーマ3).
令和5年度は,これらのうちテーマ1に取り組むべく,赤外分光装置や界面化学測定の装置の立ち上げを行った.とくに,気水界面の展開単分子膜の表面圧―表面積等温曲線測定が測定できる環境になり,疎水鎖末端に有機フッ素基を導入した長鎖脂肪酸について,興味深い現象が明らかになりつつある.具体的には,自己集合能が低い短鎖の有機フッ素基でも分子構造の制御によって集合性を向上させうることが示唆されており,短鎖の有機フッ素化合物でも撥水・撥油性といった機能が達成される可能性があり,今後検討を進める.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

令和5年の4月に異動したため,これまで利用していた装置が使えなくなるなど研究環境が大きく変化した.そこで,本課題を進めるうえで不可欠な装置を検討し,移設や立ち上げを行った.その結果,赤外分光測定や表面圧―表面積等温曲線測定が可能な状態になり,本課題を進める状況が整いつつある.

Strategy for Future Research Activity

令和5年度に,本課題を進めるための実験環境の整備がすすんだことで,テーマ1に関する研究の展開が現実的になった.ただし,保有している赤外分光装置で水面上の吸着膜を測定した実績が無いため,実験条件を探ることから始める.他にも,R5年に取り組んで明らかになってきた有機フッ素基を導入した長鎖脂肪酸の新しい描像について,再現性の確認や追加実験を行って,成果としてまとめることも目標とする.

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (12 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Phonon modes controlled by primary chemical structure of partially fluorinated dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC) revealed by multiple-angle incidence resolution spectrometry (MAIRS)2024

    • Author(s)
      Hasegawa Takeshi、Nakagawara Ai、Takagi Toshiyuki、Shimoaka Takafumi、Shioya Nobutaka、Sonoyama Masashi
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 160 Issue: 6 Pages: 064704-064704

    • DOI

      10.1063/5.0190441

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Structural Rearrangement of Organic Semiconductor Molecules with an Asymmetric Shape in Thin Films2023

    • Author(s)
      Oka Takayuki、Shioya Nobutaka、Shimoaka Takafumi、Hasegawa Takeshi
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 127 Issue: 15 Pages: 7560-7564

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c01003

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      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Insights on the Molecular Orientation of Oligo(<i>p</i>-phenylene vinylene) Derivatives with Alkyl Chains in Langmuir Films2023

    • Author(s)
      Shimoaka Takafumi、Yamaguchi Yuta、Shioya Nobutaka、Ajayaghosh Ayyappanpillai、Mori Taizo、Ariga Katsuhiko、Hasegawa Takeshi
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 127 Issue: 19 Pages: 9336-9343

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c01052

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Molecular Orientations of Myristic Acid Derivatives with Different Perfluoroalkyl Chain Lengths at the Air/Water Interface Evaluated by Heterodyne-Detected Sum Frequency Generation Spectroscopy2023

    • Author(s)
      Yuki Nojima, Takafumi Shimoaka, Takeshi Hasegawa, Taka-aki Ishibashi*
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 127 Issue: 25 Pages: 12349-12356

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c02636

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  • [Presentation] 一方の疎水鎖末端をフッ素化した新規リン脂質F4Hybridに再構成した膜タンパク質バクテロリオロドプシンの特徴2023

    • Author(s)
      中川原亜依,高木俊之,菊川峰志,高橋浩,網井秀樹,下赤卓史,園山正史
    • Organizer
      第49回生体分子科学討論会
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  • [Presentation] 1本の疎水鎖末端を部分フッ素化した新規Hybrid 脂質の二分子膜の物性2023

    • Author(s)
      中川原亜依,下赤卓史,高木俊之,高橋浩,網井秀樹,園山正史
    • Organizer
      第74回コロイドおよび界面化学討論会
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  • [Presentation] 赤外分光法でみる有機フッ素材料の分子集合構造2023

    • Author(s)
      下赤卓史
    • Organizer
      第72回高分子討論会
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    • Invited
  • [Presentation] 1本の疎水鎖末端にパーフルオロアルキル基を導入した新規二本鎖部分フッ素化Hybrid脂質の二分子膜の熱物性2023

    • Author(s)
      中川原亜依,下赤卓史,高木俊之,高橋浩,網井秀樹,園山正史
    • Organizer
      第61回日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] フィタニル基および膜貫通架橋をもつエーテル型リン脂質膜が再構成したバクテリオロドプシンの四次構造と光機能中間体に与える影響2023

    • Author(s)
      原澤愛未,中川原亜依,下赤卓史,高木俊之,菊川峰志,高橋浩,園山正史
    • Organizer
      第61回日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] 高フッ素化ジパルミトイルホスファチジルコリン膜に再構成したバクテリオロドプシンの構造・機能の特徴2023

    • Author(s)
      小島大幹,中川原亜依,下赤卓史,菊川峰志,高木俊之,高橋浩,網井秀樹,園山正史
    • Organizer
      第61回日本生物物理学会年会
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  • [Presentation] フィタニル基および膜貫通架橋を有するエーテル型リン脂質膜に再構成したバクテリオロドプシンの四次構造と光機能中間体の特徴2023

    • Author(s)
      原澤愛未,中川原亜依,下赤卓史,高木俊之,菊川峰志,高橋浩,園山正史
    • Organizer
      令和5年度 日本化学会関東支部 群馬地区研究交流発表会
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  • [Presentation] 特定の脂肪酸結合タンパク質に選択性を示す蛍光プローブの光物理特性2023

    • Author(s)
      岩田晏治,吉原利忠,土川博史,松岡茂,杉山成,下赤卓史,林史夫,村田道雄,園山正史
    • Organizer
      令和5年度 日本化学会関東支部 群馬地区研究交流発表会
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  • [Presentation] 異なるアルキル鎖長を有する高フッ素化リン脂質膜中のバクテリオロドプシンの四次構造と熱安定性の比較2023

    • Author(s)
      小島大幹,中川原亜依,下赤卓史,菊川峰志,高木俊之,高橋浩,網井秀樹,園山正史
    • Organizer
      令和5年度 日本化学会関東支部 群馬地区研究交流発表会
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  • [Presentation] ヒト由来脂肪酸結合タンパク質FABP5の脂肪酸結合親和性の鎖長依存性2023

    • Author(s)
      臼倉那奈,並木葉月,寺脇明芳,林史夫,杉山成,下赤卓史,園山正史
    • Organizer
      令和5年度 日本化学会関東支部 群馬地区研究交流発表会
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  • [Presentation] アルキル鎖末端を部分フッ素化したエーテル型リン脂質の合成と膜物性解析2023

    • Author(s)
      髙橋彩香,高木俊之,高橋浩,中川原亜依,小島大幹,下赤卓史,網井秀樹,園山正史
    • Organizer
      第13回日本生物物理学会関東支部会
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  • [Presentation] 中温性細菌由来の新規アクチノロドプシンの光サイクル2023

    • Author(s)
      松村晴奈,髙橋渉太,林史夫,菊川峰志,下赤卓史,園山正史
    • Organizer
      第13回日本生物物理学会関東支部会
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  • [Remarks] 群馬大学 大学院理工学府 分子科学部門 園山研究室

    • URL

      https://biomolsci.chem-bio.st.gunma-u.ac.jp/

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  • [Remarks] 群馬大学 研究者データベース

    • URL

      https://rdb.gunma-u.ac.jp/profile/ja.a839ff660d09684e520e17560c007669.html

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Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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