2023 Fiscal Year Annual Research Report
Revealing principles of coordination self-assembly working under kinetic control
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21K18974
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
平岡 秀一 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (10322538)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 聡 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (20456180)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 超分子化学 / 分子自己集合系 / 速度論支配 / 経路選択 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は複雑な化学反応ネットワークの中で化学反応がどのような原理によって経路を決定するのかに関して、実験および理論研究における研究を行なった。通常、可逆反応は化学平衡に到達する。化学平衡では化学反応の帰結は自由エネルギーによって決まる。自由エネルギーは状態関数のため、化学平衡の基では化学反応の帰結は経路に依存しないことになる。しかしながら、可逆反応の連結された化学反応ネットワークにおいても同様だろうか？Curtin-Hammett原理とは、1つの可逆反応の両端に不可逆反応を接続した3つの素反応からなるシンプルな系で、化学反応の帰結が、可逆反応の平行のみならず、接続された不可逆反応の速度定数によって決まることを示している。このモデル系から出発し、Curtin-Hammett系の両端の不可逆反応を可逆反応にし、数値シミュレーションを行なったところ、全ての素反応が可逆であるにも関わらず、Curtin-Hammett的振る舞いをみせ、一過的に準安定な速度論状態を作ることを見出した。さらに、可逆な素反応を連結し、5つの可逆反応からなる系では、一過的に準安定な速度論状態の寿命が劇的に延びることがわかり、より複雑な反応ネットワークでは、全ての素反応が可逆反応であったとしても、化学平衡状態からかけ離れた速度論状態を維持できると考えられる。続いて自己集合系に発展させ、自己集合性錯体の実験結果から求めた化学反応ネットワークにおいて反応解析を実施したところ、ある可逆な素反応は、その速度定数からは、十分に可逆であると期待されるにも関わらず、反応ネットワークの中では、不可逆に振る舞い、その原因が、当該の素反応に接続された別の反応との相互作用によることが示された。
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