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2010 Fiscal Year Annual Research Report

細孔内及び界面における不均一液体・溶液の相転移現象の解明

Research Project

Project/Area Number 20550017
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

甲賀 研一郎  岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (10315020)

Keywords疎水効果 / 溶媒和エントロピー / Lennard-Jones溶液 / 疎水性水和
Research Abstract

疎水効果は水溶液中におけるタンパク質や生体膜の安定性と機能に不可欠な因子であるとみなされている。疎水性の本質的特長は,非極性溶質の水への溶解度が低いこと自体にあるのではなく,温度上昇とともにその溶解度がさらに低くなることにある。このような溶解度の温度依存性は,非極性溶質を気相または液相(α)から水(β)に移行させるとき,その過程で発熱が起こり,なおかつ溶解度が低いことを意味する、すなわち,疎水性溶質の低溶解度はなんらかのエントロピー的に不利な溶液構造変化に起因するといえる。疎水効果に関しては現実的モデルを用いて詳細な情報を得るタイプの研究が非常に多く存在するが,一方で単純なモデル液体を用いて疎水性水和的現象の普遍的側面を追う研究もなされている。われわれ戦略は後者に近く,「疎水性水和」が発現する巨視的条件と微視的条件を明らかにすることを試みた。
巨視的条件の考察では次のことに注目した。疎水性水和がエネルギー的に有利であり,エントロピー的に不利な過程であるという主張は,圧力一定条件下で溶媒和自由エネルギー△μexの分割を行うと,T△S_p<△H-p<0である,ということに対応する。いっぽう,体積一定条件を考えると,T△S_V<△U_V<0を意味する。しかし,(△H_p-△U_V)/kT=(εV_A/kx)-1の右辺(ε:溶液の熱膨張係数,V_A:溶質の部分モル体積,x=溶液の等温圧縮率)は一般に小さくはなく,したがって疎水効果発現条件は圧力一定と体積一定条件下で大きく異なる。次に,「疎水性溶媒和」が発現する分子間相互作用はどのようなタイプに制限されるのかという微視的条件を考察した。われわれは単純かつ標準的モデルであるLennard-Jones溶液について,溶媒溶質相互作用パラメータ(ε,σ)領域を探索し,圧力・体積一定条件のいずれの場合でも「疎水性水和」は可能であるが,体積一定条件下では広いパラメータ領域でそれが実現することを見出した。
今後の課題としてわれわれが目指すことは,細孔内部,タンパク質周囲などの不均一系において疎水性溶質の溶解度を計算し,それと分子間相互作用の関係を明らかにすることである。

  • Research Products

    (9 results)

All 2011 2010 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Hydrophobicity in Lennard-Jones Solutions.2011

    • Author(s)
      M.Ishizaki, H.Tanaka, K.Koga
    • Journal Title

      Phys.Chem.Chem.Phys.

      Volume: 13 Pages: 2328-2334

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Novel neon-hydrate of cubic ice structure.2010

    • Author(s)
      L.Hakim. K.Koga, H.Tanaka
    • Journal Title

      Physica A

      Volume: 389 Pages: 1834-1838

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] First-and Second-order wetting transitions at Liquid-vapor interfaces2010

    • Author(s)
      K.Koga, J.O.Indekeu, B.Widom
    • Journal Title

      Faraday Discussions

      Volume: 146 Pages: 217-222

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermodynamic stability of hydrogen hydrates of ice Ic and II structures2010

    • Author(s)
      L.Hakim, K.Koga, H.Tanaka
    • Journal Title

      Phys.Rev.B

      Volume: 82 Pages: 144105(11)

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 疎水性水和と溶媒誘起相互作用2011

    • Author(s)
      甲賀研一郎
    • Organizer
      特定領域「ソフトマター物理」領域研究会
    • Place of Presentation
      東京大学(本郷)
    • Year and Date
      2011-01-06
  • [Presentation] 疎水性水和の特殊性と一般性2010

    • Author(s)
      甲賀研一郎
    • Organizer
      理研シンポジウム RIKEN Symposium動的水和構造と分子過程IV
    • Place of Presentation
      理化学研究所(和光市)
    • Year and Date
      2010-12-01
  • [Presentation] First, second, and higer-order wetting transitions at fluid interfaces2010

    • Author(s)
      K.Koga
    • Organizer
      11th Granada* Seminar on Computational and Statistical Physics
    • Place of Presentation
      Granada, Spain
    • Year and Date
      2010-09-17
  • [Presentation] 定圧及び定積条件でみた溶媒和熱力学量とその意味2010

    • Author(s)
      甲賀研一郎
    • Organizer
      新学術領域研究 水を主役としたATPエネルギー変換 共溶媒効果に関する勉強会
    • Place of Presentation
      九州大学(箱崎)
    • Year and Date
      2010-06-27
  • [Remarks]

    • URL

      http://phys.chem.okayama-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2012-07-19  

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