2014 Fiscal Year Annual Research Report
氷衛星内部を想定した低温超高圧環境における有機物の化学進化
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25287147
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
三村 耕一 名古屋大学, 環境学研究科, 准教授 (80262848)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鍵 裕之 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70233666)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 有機物 / 超高圧 / 化学進化 / 氷衛星 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，地球生命探査のターゲットとなり得る氷衛星での有機物進化において低温超高圧反応が果たす役割を検討することである．平成26年度の研究予定は，１．ダイヤモンドアンビル（DAC）を用いて室温高圧下での単純な有機物の物性変化と化学変化をその場観測によって知る．２．ダブルトロイダルアンビル型対向アンビル（DACに比べて多量の試料を使用することが可能）を用いて室温高圧下での単純な有機物の化学変化を試料の直接分析によって知る．の２点であった．
これら単純な有機物は，ベンゼン，ナフタレン，アラニンである．これらの有機物は，炭素質隕石中に主要有機物成分として存在することが報告されている．これら有機物の加圧実験により，ベンゼンとナフタレンは圧力による変化（圧力誘起反応）が起こっている可能性が明らかになった．また，アラニンについては5 GPaまでの加圧では反応しないことが明らかになった．
平成26年度に使用した有機物の中でも，特にベンゼンについてはダブルトロイダルアンビル型対向アンビルを使用して，詳細に圧力に伴う変化を調べることが可能となった．5 GPa，10 GPa，13 GPa，16 GPaで実験を行い，5 GPa，10 GPaでは生成物が検出されなかったのに対して，13 GPa以上ではベンゼンの２量体やナフタレン，ビフェニル，ターフェニルが検出された．このことは，ベンゼンの重合反応が起きていることを示す．さらに，16GPaでは13 GPaよりも有意に生成量が増えることから，これらの物質を生成する反応は圧力によって引き起こされることが示唆された．生成物の化学組成から，この反応は，ベンゼン分子同士がパイ電子の重なりによって環化する反応（ペリサイクリック反応）と考えることが可能である．これらの研究結果をまとめ，国際誌（Journal of Chemical Physics）に発表した．
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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
以下に示す成果は平成２６年度当初の計画内容に関するものであり，予定通り実験が進み，その成果がほぼ得られたと考えている．よって，計画の達成度はおおむね順調であるといえる．
１．ベンゼンについては，圧力に伴う反応生成物を確認し，それらの収率，可能な反応機構を示した論文を作成し，国際史に掲載できた．
２．ナフタレンについては，DAC加圧実験によって，20 GPa付近でX線回折分析とラマンスペクトル分析データに変化が見られることがわかった．この原因としては，ナフタレンの結晶がアモルファス化または他の化学物質に変化したことによると推測される．さらに，マルチアンビルを使用することによって，大容量のナフタレンを23 GPaまで加圧できることを確認した．今後はこのシステムを使用してナフタレンの加圧実験を行い，生成物の有無を確認する．
３．アラニンについては，DACを用いて15 GPaまで加圧したが，X線回折分析とラマンスペクトル分析データに変化は見られなかった．さらに，ダブルトロイダルアンビル型対向アンビルを用いて5 GPaまで加圧し，回収した試料を誘導体化の後，GCMS分析したが，生成物の検出はできなかった．今後は，対向アンビルで15 GPaまで試料を加圧し，化学分析することで生成物の有無を確認する．
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| Strategy for Future Research Activity |
ダブルトロイダルアンビル加圧実験について
出発有機物として，アミノ酸，カルボン酸，アルコールを選定する．実際の実験では，１．静水圧反応の化学基礎データを得るため，これら３つの有機物種類を混合させない系、２．天然に応用させるため，これら有機物を組み合わせて混合させる系を用意する．これらの実験の生成物に最適な分析法を選定し，生成物の定性・定量データを得る．このデータを考察して，圧力誘起反応の反応機構を提案する．目標とする圧力は，15 GPaから20 GPaである．試料によっては，マルチアンビルを使用しての加圧実験も試みる．
ダイヤモンドアンビルセル (DAC) 加圧実験について
DACを用いてアミノ酸，カルボン酸，アルコールを加圧し，“その場観測”をおこなう．ダブルトロイダルアンビル加圧実験と同様に，出発物質を純粋有機物単体の場合と有機物を混合させた場合につてDAC実験を試みる．この観測により，圧力に伴う試料有機物の物性と化学的性質の変化を明らかにする．このデータとダブルトロイダルアンビル加圧実験結果を照らし合わせることで，有機物の圧力誘起反応の全体像をつかむ．
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| Causes of Carryover |
実験消耗品（有機溶媒と試薬）を購入予定であったが，実験が延期となり，平成26年度にはこれら消耗品が不要となったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記の延期された実験を平成27年度に行うため，購入予定だった消耗品を購入する．
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