2018 Fiscal Year Research-status Report
Direct observation for steric effect in chemical reaction by controlling molecular orientation of reactants
| Project/Area Number |
17KT0008
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
蔡 徳七 大阪大学, 理学研究科, 講師 (20273732)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-07-18 – 2020-03-31
|
| Keywords | 二次元画像計測システム / ハロタン / 分子の配向状態選別 / 反応遷移状態 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
化学反応は反応の始状態から遷移状態を経て生成系へ至る。ここで反応遷移状態における励起化学種の立体構造や内部状態分布は反応速度と生成物の反応分岐に決定的な影響を及ぼす。もし遷移状態における励起化学種の立体構造を制御した研究が可能となれば、生成系へ至るまでの反応速度や反応分岐の発現機構を解明する上で重要な情報を得ることが出来るはずである。本研究では反応に関与する二つの反応物の相対配向状態を選別することで反応の遷移状態における励起化学種の構造を制御し、生成系へ至る反応経路を制御することを目的としている。
平成30年度、我々は分子配向制御法として、六極不均一電場を用いてハロタン（2-ブロモ-2-クロロ-1,1,1-フルオロオロエタン）分子の状態選別を試みた。質量分析計により六極印加電圧に対する分子線強度を計測しシミュレーションを行うことにより分子の状態選別が可能となった。一方で、光解離により生成したBr原子およびCl原子の散乱分布を計測するため、多光子イオン化法とそれに続く二次元画像計測システムを新たに導入することで、生成した生成物の散乱分布を計測することに成功した。ハロタン分子の光解離では、競争的に生成するBr原子とCl原子生成の生成機構を解明することに成功した。
本研究では励起CO(a)分子とハロタン分子の反応により生成したBrおよびCl原子の散乱分布を分子配向制御した条件下で観測する。平成30年度に導入した二次元画像計測システムを用いて、平成31年度では反応により生成した生成物の散乱分布を計測することを試みる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成30年度、我々は六極不均一電場を用いてハロタン分子の配向状態を選別することに成功した。同時に、生成物の散乱分布を決定するための二次元画像計測システムを新たに導入した。そのシステムを用いてハロタン分子の光解離により生成したBr原子およびCl原子の散乱分布をそれぞれ独立に計測することに成功した。その結果、競争的に生成するBr原子とCl原子の反応分岐の機構を解明することに成功した。即ち、Br原子は光を吸収後、直接解離するのに対して、Cl原子生成では併進速度が緩和した状態で観測された。詳細な生成機構は現在、分子の配向状態と励起光の電場方向などのベクトル相関に関する研究から解明を目指している。
平成31年度では反応生成物の散乱分布を昨年度導入したシステムを用いて計測する。即ち、ハロタン分子の配向状態を六極不均一電場により制御する一方、アライメント状態を制御した励起CO(a)分子との反応により生成するBr原子およびCl原子の散乱分布を二次元画像法により計測する。この方法を用いれば反応の遷移状態おける衝突錯合体の構造を変化させながら生成物の反応分岐比に関する情報を得ることができるはずである。
平成29年度から30年度にかけての装置のかいはつは概ね順調であり、これらのシステムを用いて平成31年度では本研究の目的の達成に向けた研究を進める。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成31年度前期ではまず、キラル分子の光解離に関する研究を進める。我々は分子の配向状態を規定条件下でキラル分子の光解離を実施すれば鏡像異性体間で異なる散乱分布を与えることを理論計算から予測した。この点に着目し、まず、エナンチオマーの光解離に関する研究を進める。このような鏡像異性体間での光解離の散乱分布の相違に関する研究は分子の配向を可能にした我々のみが可能であり、その報告は意義深いと考えられる。
平成31年度後期では、六極フキに次電場を用いてハロタン分子の配向状態を選別し、一方で励起CO(a)のアライメント状態を変更レーザーを用いて制御する。それぞれの配向状態を制御しながら反応を開始することで反応の遷移状態における衝突錯合体の構造を制御する。その構造制御の情報と、生成するBr原子およびCl原子の反応分岐比、更には生成の反応機構などの議論を目指す。
|
| Causes of Carryover |
平成３０年度当初、キラル分子であるハロタンの光解離の研究を開始し、生成物の散乱分布計測に成功した。その後、エナンチオマーであるハロタンの購入に際し、時間を要し、平成31年度の初旬に購入することにした。また、励起CO(a)生成に必要な光学部品などは劣化が予想されるため、計測直前に購入することにしたため、次年度に購入することにした。
|
