水クラスター表面で起こる光反応過程のレーザー分光研究

• Project Area: Evolution of molecules in space: from interstellar clouds to proto-planetary nebulae
• Project/Area Number: 26108504
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 松田 欣之 東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (70400223)
• Project Period (FY): 2014-07-10 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2015: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2014: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: クラスター / 赤外分光 / 真空紫外光イオン化 / 光反応 / 水和クラスター / プロトン移動 / 水クラスター / 振動分光

Outline of Annual Research Achievements

超音速ジェット法により真空中に生成した水クラスター(会合体)は、星間空間に存在する氷のよいモデルである。本新学術領域研究では、水クラスター表面で起こる光反応機構の微視的理解を目的として、真空紫外光イオン化検出振動分光法応用に基づく研究手法を開拓した。真空紫外光イオン化に基づくこの方法は、あらゆる分子やクラスターに応用可能であり、反応物と全生成物の同定に加え、それらの質量、構造、電子状態の解析ができる。同研究手法を、二原子分子の一酸化窒素、アルカンのペンタン、ホルムアミドの小サイズ水和クラスターの光反応に応用した。その結果、ペンタンの水和クラスターの真空紫外光照射により、ペンタンがイオン化され、ペンタンのラジカル正イオンから水クラスターにプロトン移動が起こることを明らかにした。同様にホルムアミドの水和クラスターにおいても、イオン化されたホルムアミドのCH結合のプロトンが水クラスターに移動することが分かった。これらの結果は、水クラスターの存在によって、真空紫外光照射された分子のプロトン移動反応が誘起され、プロトンを失った中性のラジカルが生成することを示す。通常そのようなラジカルは、反応性が高いため、他の分子と接近すると反応を起こすことが予想される。本課題の結果は、水クラスターに付着した分子に真空紫外光が照射される過程や、ラジカル正イオンが水クラスターと相互作用する際、プロトンを失った中性ラジカルが生成することを示す。このように本研究課題により、星間分子の進化過程における氷微粒子の作用の一つが明らかになったと考えられる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Infrared spectroscopic investigations of cationic ethanol, propanol, and butanol (2015)
  • Author(s): Y. Matsuda, H. Harigaya, M. Xie, K. Takahashi, A. Fujii
  • Journal Title: Chemical Physics Letters Volume: 640 Pages: 215-218
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2015.10.044
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hyperconjugation in diethylether cation versus diethylsulfide cation (2015)
  • Author(s): M. Morita, Y. Matsuda, T. Endo, N. Mikami, A. Fujii, K. Takahashi
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 17 Issue: 36 Pages: 23602-23612
  • DOI: 10.1039/c5cp03765d
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Infrared Spectroscopic Investigation of Photoionization-Induced Acidic C-H Bonds in Cyclic Ethers (2015)
  • Author(s): M. Xie, Y. Matsuda, A. Fujii
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry A Volume: 119 Pages: 5668-5675
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Large Variation in Acidity of Diethyl Ether Cation Induced by Internal Rotation about a Single Covalent Bond (2015)
  • Author(s): Y. Matsuda, T. Endo, N. Mikami, A. Fujii, M. Morita, K. Takahashi
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry A Volume: 119 Pages: 4885-4890
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Acid-Base Formalism in Dispersion-Stabilized S-H・・・Y (YO, S) Hydrogen-Bonding Interactions (2015)
  • Author(s): A. Bhattacherjee, Y. Matsuda, A. Fujii, S. Wategaonkar
  • Journal Title: J. Phys. Chem. A Volume: 119 Issue: 7 Pages: 1117-1126
  • DOI: 10.1021/jp511904a
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Infrared spectroscopic investigation on acidity enhancements of CH bonds in cationic alcohols, ethers, amines, and alkanes (2016)
  • Author(s): Yoshiyuki Matsuda
  • Organizer: Gordon Research Conference, Molecular & Ionic Clusters
  • Place of Presentation: Ventura, CA, USA
  • Year and Date: 2016-01-17
• [Presentation] Infrared spectroscopic studies for the hyperconjugation in the diethylether and diethylsulfide cations (2016)
  • Author(s): Tomoya Endo, Yoshiyuki Matsuda, Asuka Fujii
  • Organizer: Gordon Research Conference, Molecular & Ionic Clusters
  • Place of Presentation: Ventura, CA, USA
  • Year and Date: 2016-01-17
• [Presentation] Infrared spectroscopic investigation of CH bond acidity in cationic alkanes (2015)
  • Author(s): Min Xie, Yoshiyuki Matsuda, Asuka Fujii
  • Organizer: 第9回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] ジオールのイオン化誘起プロトン移動反応の赤外分光研究 (2015)
  • Author(s): 針谷裕行、神山貴大、松田欣之、藤井朱鳥
  • Organizer: 第9回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] 真空紫外一光子イオン化により生成したアルコール正イオンの赤外分光 (2014)
  • Author(s): 針谷裕行、松田欣之、藤井朱鳥
  • Organizer: 第8回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 東広島市広島大学
  • Year and Date: 2014-09-24
• [Presentation] Infrared spectroscopic investigation on solvent induced acidic CH bonds switching in cationic dimers of cyclic ethers (2014)
  • Author(s): Min Xie, Yoshiyuki Matsuda, Asuka Fujii
  • Organizer: The 8th annual meeting of Japan society for molecular science
  • Place of Presentation: 東広島市広島大学
  • Year and Date: 2014-09-22
• [Presentation] 真空紫外光イオン化検出に基づく分子クラスターのサイズ選別振動分光とイオン化ダイナミクス研究 (2014)
  • Author(s): 松田欣之
  • Organizer: 川渡セミナー
  • Place of Presentation: 宮城県大崎市川渡セミナーセンター
  • Year and Date: 2014-07-04
  • Invited