水-非水混合溶媒系におけるATPおよびその断片化学種の酸塩基反応

• Project Area: Water plays a key role in ATP hydrolysis and ATP-driven functions of proteins
• Project/Area Number: 21118516
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 神崎 亮 鹿児島大学, 理工学研究科(理学系), 准教授 (50363320)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2010: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2009: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
• Keywords: ATP / イオン液体 / 酸塩基反応 / 電位差滴定 / カロリメトリー / アデニン / 硝酸エチルアンモニウム / ミセル抽出 / 硝酸エチルアンモニウム(EAN)

Research Abstract

22年度の研究計画としては、21年度の研究を継続し、プロトン性イオン液体(PIL)である硝酸エチルアンモニウム(EAN)中におけるATP断片化学種の特に小分子について、酸解離平衡の反応熱力学を明らかにすることにあった.特に、21年度の研究遂行において障害となっており、大きな課題と位置づけていた熱量滴定に要する試料量の低減に取り組んだ.熱量滴定装置のセル部分を改修した結果、初期体積を25mLから4mLに大幅に低減することに成功した.このことで、EAN中の酸塩基反応のみならず、一般的なイオン液体中における反応熱測定が可能となった.
EANの酸塩基反応について、まず一般的な性質を知るため、簡単な酸および塩基として酢酸およびトリフルオロエチルアミンの酸解離反応熱力学量を決定した.その結果、反応エンタルピーは水溶液中と25～30kJ/mol、エントロピーも80J/mol・K程度の差があり、酸塩基反応メカニズムが大きく異なっていることが明らかとなった.PIL中におけるこれらの反応熱力学量の決定例は世界で初めてである.一方、自由エネルギー変化としては数kJ/mol程度の差しかなく、強いエンタルピー-エントロピー補償効果がはたらいていることが分かった.アデニンについても同様にエンタルピー・エントロピー補償効果が確認されたが、その程度は酢酸やトリフルオロエチルアミンより小さかった.このことは、アデニンが疎水的であるため、EAN中においても水溶液中と同様、疎水水和されていることを示唆する.しかしながら、PIL中における反応熱力学量の解釈や、EANの共役酸・共役塩基の溶存状態や一般的な性質についての情報は皆無で、比較対照も無いため、定量的な議論のためこれらを今後構築していくことになる.また、リン酸部位など他の断片化学種についても今後の検討課題となった.

Research Products

• [Journal Article] Thermodynamic Study on the Solvation States of Acid and Base in a Protic Ionic Liquid, Ethylammonium Nitrate, and Its Aqueous Mixtures (2010)
  • Author(s): Ryo Kanzaki, Xuedan Song, Yasuhiro Umebayashi, Shin-ichi Ishiguro
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 39 Pages: 578-579
  • NAID: 10027181307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure, Solvation and Acid-Base Property in Ionic Liquids (2010)
  • Author(s): Shin-ichi Ishiguro, Yasuhiro Umebayashi, Ryo Kanzaki, Kenta Fujii
  • Journal Title: Pure and Applied Chemistry Volume: 82 Pages: 1927-1941
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solvation of Amphiphilic Diol Molecule in Aliphatic Alcohol-Water and Fluorinated Alcohol-Water Solutions (2010)
  • Author(s): Toshiyuki Takamuku, Miho Tanaka, Takunosuke Sato, Takuya Shimomura, Kenta Fujii, Ryo Kanzaki, Munetaka Takeuchi
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry B Volume: 114 Pages: 4252-4260
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 非水溶液・イオン液体の酸塩基性とpH測定 (2010)
  • Author(s): 神崎亮・宋雪旦・石黒慎一・梅林泰宏
  • Journal Title: Electrochemistry Volume: 78 Pages: 687-692
  • NAID: 10026552396
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solvation of the Amphiphilic Diol Molecule in Aliphatic Alcohol Water and Fluorinated Alcohol-Water Solutions (2010)
  • Author(s): 高椋利幸
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics B 114 Pages: 4252-4260
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure, Solvation and Acid-Base Property in Ionic Liquids (2010)
  • Author(s): 石黒慎一
  • Journal Title: Pure and Applied Chemistry (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ion-ion interaction in room temperature ionic liquid 1-ethyl-3-methylimi dazolium tetrafluoroborate studied by large angle X-ray scattering exper iment and molecular dynamics simulations (2009)
  • Author(s): 神崎亮
  • Journal Title: Journal of Molecular Liquids 147 Pages: 77-82
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Raman spectoscopic study, DFT calculations and MD simulations on the conformational isomerism of n-alkyl-n-methylpyrrolidinium bis-(trifluoromethanesulfonyl) amide ionic liquids (2009)
  • Author(s): 梅林泰宏
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics B 113 Pages: 4338-4346
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Reaction Thermodynamics of Chemical Equilibria in Solution (2010)
  • Author(s): Ryo Kanzaki
  • Organizer: 21st IUPAC International Conference on Chemical Thermodynamics, Young Scientists' Program
  • Place of Presentation: Tsukuba(日本)
  • Year and Date: 2010-08-03
• [Presentation] 酸・塩基の昔と今 (2010)
  • Author(s): 神崎亮
  • Organizer: 第23回日本分析化学会九州支部春の講演会
  • Place of Presentation: 九州大学(福岡)
  • Year and Date: 2010-05-22
• [Presentation] Thermodynamic Investigation of Acid-Base Property of N-Methylimidazolium-based Protic Ionic Liquids (2010)
  • Author(s): 神崎亮
  • Organizer: EUCHEM Conference on Molten Salts and Ionic Liquids 2010
  • Place of Presentation: バンベルク (ドイツ)
  • Year and Date: 2010-03-16
• [Presentation] Thermodynamic Study on the Acid-Base Reaction Mechanism in Protic Ionic Liquid, Ethylammonium Nitrate, and Its Aqueous Mixtures (2010)
  • Author(s): 神崎亮
  • Organizer: EUCHEM Conference on Molten Salts and Ionic Liquids 2010
  • Place of Presentation: バンベルク (ドイツ)
  • Year and Date: 2010-03-16
• [Presentation] Hydrophobic/Hydrophilic Hydration of Nucleobases Investigated in Micellar Solutions (2010)
  • Author(s): Ryo Kanzaki, Shinya Sato, Xuedan Song, Yasuhiro Umebayashi, Shin-ichi Ishiguro
  • Organizer: 21st IUPAC International Conference on Chemical Thermodynamics
  • Place of Presentation: Tsukuba(日本)
• [Presentation] プロトン性イオン液体-硝酸エチルアンモニウム-中における酸・塩基の溶媒和状態と反応熱力学 (2010)
  • Author(s): 神崎亮、宋雪旦、梅林泰宏、石黒慎一
  • Organizer: 第46回熱測定討論会
  • Place of Presentation: 三重大学(津)
• [Presentation] イオン液体中におけるイオンの酸塩基性に関する熱力学的研究 (2010)
  • Author(s): 神崎亮、宋雪旦、梅林泰宏、石黒慎一
  • Organizer: 日本分析化学会第59年会
  • Place of Presentation: 東北大学(仙台)
• [Presentation] プロトン性イオン液体-硝酸エチルアンモニウム-中における酢酸の酸塩基反応熱力学 (2010)
  • Author(s): 神崎亮、宋雪旦、梅林泰宏、石黒慎一
  • Organizer: 第33回溶液化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学(京都)
• [Presentation] Study on the Acid-base Reaction and Solvation in Protic Ionic Liquids (2010)
  • Author(s): Ryo Kanzaki, Xuedan Song, Yasuhiro Umebayashi, Shin-ichi Ishiguro
  • Organizer: 2010環太平洋国際化学会議/PACIFICHEM 2010
  • Place of Presentation: Hawaii(米国)
• [Presentation] Structure, Solvation and Acid-Base Property in Ionic Liquids (Invited) (2009)
  • Author(s): 石黒慎一
  • Organizer: 第31回溶液化学国際会議
  • Place of Presentation: インスブルック (オーストリア)
  • Year and Date: 2009-08-25
• [Presentation] Thermodynamic Study on the Autoprotolysis in a Protic Ionic Liquid, Ethylammonium Nitrate, and Its Aqueous Mixtures (2009)
  • Author(s): 神崎亮
  • Organizer: 第31回溶液化学国際会議
  • Place of Presentation: インスブルック (オーストリア)
  • Year and Date: 2009-08-25
• [Presentation] Reaction Thermodynamics in Aqueous Mixtures of Protic Ionic Liquid, Ethylammonium Nitrate (Poster) (2009)
  • Author(s): 宋雪旦
  • Organizer: 第46回化学関連支部合同九州大会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2009-07-11
• [Presentation] イオン液体硝酸エチルアンモニアム(EAN)中におけるカルボン酸の酸解離平衡 (2009)
  • Author(s): 神崎亮
  • Organizer: 第70回分析化学討論会
  • Place of Presentation: 和歌山大学 (和歌山)
  • Year and Date: 2009-05-16
• [Presentation] Acid-base Properties and Liquid Structures of a Protic Ionic Liquid, Ethylammonium Nitrate, and Its Aqueous Mixtures (2009)
  • Author(s): 神崎亮
  • Organizer: 3rd Congress on Ionic Liquids
  • Place of Presentation: ケアンズ (オーストラリア)
• [Presentation] Acidity and Basicity of Protic Ionic Liquids Depending on the Constituting Acid and Base (2009)
  • Author(s): 神崎亮
  • Organizer: 3rd Congress on Ionic Liquids
  • Place of Presentation: ケアンズ (オーストラリア)
• [Presentation] Solvation Structure of Acid and Base in Aqueous Mixtures of a Protic Ionic Liquid, Ethylammonium Nitrate (Poster) (2009)
  • Author(s): 宋雪旦
  • Organizer: The 2^<nd> Yonsei University BK21/Kyushu University Global-COE Joint Symposium
  • Place of Presentation: Yonsei University (韓国)
• [Presentation] 硝酸エチルアンモニウム(EAN)-水混合溶媒中における自己解離平衡の反応熱力学(Oral) (2009)
  • Author(s): 宋雪旦
  • Organizer: 第70回分析化学討論会
  • Place of Presentation: 和歌山大学
• [Book] 金属錯体の機器分析・上 (2010)
  • Author(s): 大塩寛紀(編)、石黒慎一、尾関智二、海崎純男、神崎亮、齋藤一弥、坂本良太、寺岡淳二、西原寛
  • Publisher: 三共出版