気相水素結合クラスターのOH伸縮振動の直接観測

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07454144
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 江幡 孝之 東北大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (70142924)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三上 直彦 東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70004447)
• Keywords: OH伸縮振動 / 水素結合 / クラスター / 二重共鳴分光 / 振動分光 / フェノール

Research Abstract

今年度は前年度に行ったフェノール水和クラスターの構造決定を踏まえて以下の研究を行った。
1.フェノール水素結合体において、塩基分子のプロトン親和力とフェノール側のOH伸縮振動の振動数との相関を観測し、親和力が大きくなるに従ってO-H結合強度が弱まることを見いだした。
2.新たに蛍光検出赤外分光法を開発し、電子励起状態のフェノール水素結合クラスターのOH伸縮振動観測を行った。その結果、電子励起状態ではフェノールは酸性度が増加し水素結合力が強まるために、クラスターを形成するとOH伸振動数が大きく低下することを見いだした。
3.振動励起クラスターの緩和過程を研究する目的で、赤外光励起、紫外光モニターのポンプープローブの実験をフェノール水和クラスターに対して行った。その結果、まずフェノール単体のOH振動励起状態の寿命が1マイクロ秒以上であること、そしてフェノール水和クラスターにおいてフェノール側のOH伸縮振動を励起すると、水分子を一個放出する過程が主な緩和過程であることを見いだした。
4. 2-ナフトール水和クラスター(2-ナフトール-(H_2O)_N)のOH伸縮振動の測定を行い、ab initio計算との対応から、n=2-4のクラスターはフェノール水和クラスターと同じように環構造であることを決定した。
5.分子内水素結合をもつトロポロンとその水素結合クラスターのOH伸縮振動の観測を行い、クラスターの幾何学的構造を決めるとともに、クラスター形成による分子内水素結合から分子間水素結合への移行を観測した。
今回開発した高感度振動分光法と量子力学的計算との併用により、これまで困難であった分子クラスター、特に水素結合クラスターの構造決定が可能になった。これからの課題として、これまでよりさらに大きなサイズのクラスターの振動分光および振動励起クラスターの緩和の解明が挙げられ、現在これらの課題に対する予備的研究も行っている状況である。

Research Products

• [Publications] T. Ebata: "Evidence for the cyclic form of phenol trimer : Vibrational spectroscopy of the OH stretching vibrations of jet-cooled phenol dimer and trimer" J. Phys. Chem.99・16. 5761-5764 (1995)
• [Publications] N. Mikami: "Spectroscopic study of intracluster proton transfer in small size hydrogen-bonding clusters of phenol.″" Bull. Chem. Soc. Jpn.68・3. 683-695 (1995)
• [Publications] Y. Chounan: "Most stable conformer of 2-phenylpropanal elucidated by supersonic jet spectroscopy" J. Am. Chem. Soc.117・11. 3167-3170 (1995)
• [Publications] H. Kojima: "Laser-induced fluorescence of jet-cooled chlorotoluene molecules" J. Photochem. Photobiol. A : Chem.92. 1-5 (1995)
• [Publications] T. Ebata: "Degenerate four-wave mixing and two-color laser induced grating spectra of S_1-S_0 electronic transitions of benzene and monosubstituted benzenes in the gas phase." J. Mol. Structure. 352/353. 533-540 (1995)
• [Publications] A. Okazaki: "Degenerate four-wave mixing spectroscopy of jet-cooled SO_2 via the C-X transition" Chem. Phys. Lett.241. 275-280 (1995)
• [Publications] T. Ebata: "OH Stretching vibrations of phenol-(H_2O)_1 and phenol-(H_2O)_3 in the S_1 state" J. Phys. Chem.100・2. 546-550 (1996)
• [Publications] T. Sawamura: "Characterization of the hydrogen bonded cluster ions, [phenol-(H_2O)_n]^+ (n=1-4), (phenol)_2^+, and (phenol-methanol)^+ as studied by trapped ion infrared multiphoton dissociation spectroscopy of their OH stretching vibrations.″" J. Phys. Chem.100・20. 8131-8138 (1996)
• [Publications] T. Watanabe: "Size-selected vibrational spectra of phenol-(H_2O)_n (n=1-4) clusters observed by IR-UV double resonance and stimulated Raman-UV double resonance spectroscopies" J. Chem. Phys.105・2. 408-419 (1996)
• [Publications] A. Fujii: "Infrared spectroscopy of precursor clusters for nucleophilic substitution reactions ; fluorobenzene-(CH_3OH)_n (n=1 and 2)" Chem. Phys. Lett.256. 1-7 (1996)
• [Publications] A. Mitsuzuka: "Infrared spectroscopy of OH stretching vibrations of hydrogen-bonded tropolone-(H_2O)_n (n=1-3) and tropolone-(CH_3OH)_n (n=1 and 2) clusters" J. Chem. Phys.105・7. 2618-2627 (1996)
• [Publications] S. Ishikawa: "Hole-burning and stimulated Raman-uv double resonance spectroscopies of jet-cooled toluene dimer" J. Phys. Chem.100・25. 10531-10535 (1996)
• [Publications] A. Iwasaki: "Infrared spectroscopy of hydrogen-bonded phenol-amine clusters in supersonic jets" J. Phys. Chem.100・40. 16053-16067 (1996)
• [Publications] T. Ebata: "Structures of size selected hydrogen-bonded phenol-(H_2O)_n clusters in S_0,S_1 and ion" Int. J. Mass Spectro. Ion Processes. (in press).