2021 Fiscal Year Annual Research Report
気相モデルクラスターによる生体分子および水における半結合形成の解明
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21H04671
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
藤井 朱鳥 東北大学, 理学研究科, 教授 (50218963)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | 半結合 / クラスター / 赤外分光 / 水 / 非調和振動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
s-pi半結合のモデル系となる(benzene-H2S)+ラジカルクラスターカチオンに対し、水１または２分子およびメタノール１分子によるミクロ溶媒和を行い、これまで全く情報が無かったs-pi半結合のミクロ溶媒和への安定性を赤外分光により調べた。OHおよびSH伸縮振動領域の実測スペクトルと量子化学計算による安定構造探索と赤外スペクトルシミュレーション結果を比較して、ミクロ溶媒和した(benzene-H2S)+ラジカルクラスターカチオンの構造を決定した。その結果、水１分子の付加まではs-pi半結合が保持されるが、水２分子あるいはメタノール１分子の付加により、半結合が切断され、水素結合による構造へと変化することが分かった。これにより、s-pi半結合の溶媒和に対する安定性の初めての知見が得られた。また、この結果により、半結合形成の有無を電子遷移で判定する上での有効な参照系が新たに得られ、次年度以降に予定している電子遷移観測対象の有力な候補を増すことが出来た。
また、本研究の最終的な目標のひとつである水分子の半結合形成能力の解明に関連して、(H2O-Krn)+, (n =1-3)ラジカルクラスターカチオンの赤外分光を行った。OH伸縮振動領域の観測を行い、高精度の非調和振動計算の結果と実測スペクトルを比較することにより、このクラスターにおいては水素結合に優先してH2O+カチオンとKr原子の間に半結合が形成されることを明らかにした。本研究により、水分子が形成する半結合の実験的確証が初めて得られた。
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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
依然として新型コロナ感染拡大の影響を受けて、研究活動に長期間一定の制約が掛かり、また同じくコロナ禍のため電子遷移観測に必要な可視・紫外光パラメトリック発振器の納入が当初予定よりも数ヶ月遅れることも生じた。加えて、使用真空槽にリークトラブルが発生し、その原因を突き止めるために予想外の長時間を要したが、原因を解明してこれを修復した後は既存装置を使用しての実験は概ね順調に進み、新たな知見・成果が一部は予定を前倒しする形で得られ、また次年度以降の準備も進んだ。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度には本研究の眼目である半結合の電子遷移観測に本格的に取り組む。まず、既に半結合形成が確定している標準系で観測を行い、実験結果を再現するための理論計算レベルを確定する。その後は、これまでの主要手法であった赤外分光が有効とならなかった（チオ）エーテルが形成する半結合の観測を電子分光により行い、気相の半結合観測手法としての電子分光を確立する。
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