2018 Fiscal Year Research-status Report
水素結合系の外部電場応答と分子間相互作用による振動スペクトル変化の統一理解
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16K05652
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
鳥居 肇 静岡大学, 工学部, 教授 (80242098)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 水素結合 / 電場 / 分子間相互作用 / 振動スペクトル / 核磁気共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「ペプチド基の，水素結合が強い会合体のアミド I モードが，しばしば高振動数に位置する」という通常概念とは逆の結果が，申請者の最近の研究で得られている。スペクトルを正しく解釈するための理論的基盤の必要性は高く，改良を続行する必要がある。本研究では，他振動モードに対象を広げて，且つ関連現象である振動シュタルク効果などとの相関を理論的に解析し，一般的且つ統一的理解と凝縮相系スペクトルシミュレーションへの発展を主旨とした研究を展開する。
平成３０年度には，前年度までの解析結果を受けて，シアン化物イオン（ヘム鉄のリガンドとなっている状態を含む）を対象に，水素結合形成および空間的に均一な静電場の伸縮振動数およびNMR化学シフトへの効果を中心に，理論的解析を進めた。空間的に均一な静電場による伸縮振動数の変化の程度は，ヘム鉄との相互作用の有無や，ヘム鉄の価数により異なるが，どの場合も（ヘム鉄と相互作用している一酸化炭素の場合よりは小さいものの）十分な大きさを持っており，その周囲の静電環境の良いプローブとなっていることが示された。そして，CN伸縮振動モードの振動数，13C および15N NMR化学シフトについて，CとNの２原子のみを相互作用点として取り入れた静電相互作用モデル (2P2F map) の構築を行い，水素結合形成と空間的に均一な静電場のケースを包含する良好な結果を得た。特に，シアン化物イオンと水の１：１会合体について，CとNのどちらに水素結合する場合においても，水素結合が直線的であるほどCN伸縮振動が高振動数となっており，静電相互作用モデルにスカラー成分とベクトル成分の両方を取り入れることが必要であるという，前年度までに得られた静電相互作用モデルの構築方針を支持する結果となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに「水素結合形成に対する振動モードのレスポンスの解析」「振動Stark効果および13CNMR化学シフトとの相関の理論的解析」について，ニトリル化合物・アミド化合物のほか，ヘム鉄のリガンドとしての一酸化炭素・一酸化窒素・シアン化物イオンを対象とした解析を進めることができた。つまり，平成28年度には，代表的なニトリル化合物の１つであるアセトニトリルを対象とした解析の結果を，J. Phys. Chem. A誌に論文として発表し，平成29年度には，代表的なアミド化合物の１つであるＮ－メチルアセトアミド，およびヘム鉄のリガンドとしての一酸化炭素・一酸化窒素を対象とした解析の結果と，静電相互作用モデルの構築方針の議論を，J. Phys. Chem. B誌に論文として発表し，平成３０年度には，シアン化物イオン（ヘム鉄のリガンドとなっている状態を含む）を対象とした解析の結果をJ. Mol. Liq. 誌に論文 (in press) として発表したところである。その結果，伸縮振動数とNMR化学シフトの静電的レスポンスをモデリングする上での戦略を論じて確認するレベルにまで達することができた。このことから，「おおむね順調に進展している」と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で得られた結果をまとめた形での国際会議での招待講演を，2019年７月に予定しており，そこでの議論を踏まえながら，必要に応じて官能基例の追加など補助的解析を行い，モデルの構築方針の一般性についての議論を深める。
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| Causes of Carryover |
計算サーバに関わる消耗品の一部について，想定より少々長持ちしたものがあったため，わずかな次年度使用額が生じた。
成果をまとめた形での国際会議招待講演を２０１９年７月に予定しており，その費用に用いるほか，官能基例の追加など必要に応じて実施する補助的解析に必要な費用にも利用する計画である。
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