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ピコ秒分光法による芳香族アミン類の励起状態プロトン解離ダイナミクスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 14540465
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物理化学
研究機関群馬大学

研究代表者

飛田 成史  群馬大学, 工学部, 教授 (30164007)

研究分担者 山路 稔  群馬大学, 工学部, 助教授 (20220361)
研究期間 (年度) 2002 – 2003
研究課題ステータス 完了 (2003年度)
配分額 *注記
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2003年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円)
2002年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
キーワードプロトン移動 / アニリン / 酸塩基平衡 / けい光 / 無放射遷移 / 溶媒緩和 / 同位体効果 / 水構造 / 置換基効果 / 水
研究概要

水溶液中におけるアニリン誘導体の励起状態プロトン解離反応について,ピコ秒けい光寿命測定により検討した。アニリニウムイオンの励起一重項状態でのプロトン解離反応は,約60ピコ秒で起こり,アミノ基上あるいは芳香環上に置換基を導入すると,その速度が著しく変化することを初めて見出した。アミノ基上の水素原子をアルキル基に置換すると,プロトン解離速度は顕著に減少する。これは,プロトン受容体となる水クラスターが,プロトン移動に有利な配向を取りずらくなるためと解釈される。一方,芳香環のメタ位にシアノ基のような電子吸引性基を置換するとプロトン解離時間が数ピコ秒に減少し,逆に,メトキシ基のような電子供与性基を置換すると解離速度が著しく増加することを見出した。一方,パラ位に置換基を導入した場合は,置換基の電子的性質にかかわらず,プロトン解離速度はほとんど変化しなかった。この結果は,電気双極子遷移モーメントの方向と置換基の位置の関係に基づいて説明できることを示した。
さらに,一連のアニリン誘導体について,励起状態プロトン移動反応の自由エネルギー変化を見積もり,プロトン解離速度との関係を調べたところよい相関が見られた。すなわち,プロトン解離速度は,反応の自由エネルギー変化によって支配されており,反応前後の溶媒緩和が重要であることが分かった。また,重水中でプロトン解離速度を求めたところ,非常に大きな重水素同位体効果(約3.0-5.0)が見出された。この結果は,溶媒へのプロトン移動反応がトンネル効果によって進行していることを示唆している。
また、アミノ基の運動を構造的に抑制したアニリン誘導体について、プロトン解離速度を実測することにより、アミノ基の構造変化がプロトン解離反応において重要であることを示した。

報告書

(3件)
  • 2003 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (18件)

  • [文献書誌] S.Shiobara, S.Tajima, S.Tobita: "Substituent Effects on Ultrafast Excited-State Proton Transfer of Protonated Aniline Derivatives in Aqueous Solution"Chem.Phys.Lett.. 380. 673-680 (2003)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Miyashita, S.Kuroda, S.Tajima, K.Takehira, S.Tobita, H.Kubota: "Photoluminescence Study of Electron-Hole Recombination Dynamics in the Vacuum-Deposited SiO2/TiO2 Multilayer Film with Photo-Catalytic Activity"Chem.Phys.Lett.. 369. 225-231 (2003)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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  • [文献書誌] S.Uchiyama, K.Takehira, S.Kohtani, K.Imai, R.Nakagaki, S.Tobita, T.Santa: "Fluorescence On-Off Switching Mechanism of Benzofurazans"Org.Biomol.Chem.. 1. 1067-1072 (2003)

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  • [文献書誌] S.Shiobara, R.Kamiyama, S.Tajima, H.Shizuka, S.Tobita: "Excited-State Proton Transfer to Solvent of Protonated Aniline Derivatives in Aqueous Solution : A Remarkable Effect of Ortho Alkyl Group on the Proton-Dissociation Rate"J.Photochem.Photobiol A. 154. 53-60 (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Tajima, S.Shiobara, H.Shizuka, S.Tobita: "Excited-State Proton-Dissociation of N-Alkylated Anilinium Ions in Aqueous Solution Studied by Picosecond Fluorescence Measurements"Phys.Chem.Chem.Phys.. 4. 3376-3382 (2002)

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      2003 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] S.Uchiyama, K.Takehira, S.Kohtani, T.Santa, R.Nakagaki, S.Tobita, K.Imai: "Photophysical Study of 5-Substituted Benzofurazan Compounds as Fluorogenic Probes"Phys.Chem.Chem.Phys.. 4. 4514-4522 (2002)

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  • [文献書誌] S.Shiobara, S.Tajima, S.Tobita: "Substituent Effects on Ultrafast Excited-State Proton Transfer of Protonated Aniline Derivatives in Aqueous Solution"Chem.Phys.Lett.. 380. 673-680 (2003)

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  • [文献書誌] K.Miyashita, S.Kuroda, S.Tajima, K.Takehira, S.Tobita, H.Kubota: "Photoluminescence Study of Electron-Hole Recombination Dynamics in the Vacuum-Deposited SiO_2/TiO_2 Multilayer Film with Photo-Catalytic Activity"Chem.Phys.Lett.. 369. 225-231 (2003)

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  • [文献書誌] S.Uchiyama, K.Takehira, S.Kohtani, K.Imai, R.Nakagaki, S.Tobita, T.Santa: "Fluorescence On-Off Switching Mechanism of Benzofurazans"Org.Biomol.Chem.. 1. 1067-1072 (2003)

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  • [文献書誌] S.Shiobara, S.Tajima, S.Tobita: "Substituent Effects on Ultrafast Excited-State Proton Transfer of Protonated Aniline Derivatives in Aqueous Solution"Chem.Phys.Lett.. 380. 673-680 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Miyashita, S.Kuroda, S.Tajima, K.Takehira, S.Tobita, H.Kubota: "Photoluminescence Study of Electron-Hole Recombination Dynamics in the Vacuum-Deposited SiO2/TiO2 Multilayer Film with Photo-Catalytic Activity"Chem.Phys.Lett.. 369. 225-231 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Uchiyama, K.Takehira, S.Kohtani, K.Imai, R.Nakagaki, S.Tobita, T.Santa: "Fluorescence On-Off Switching Mechanism of Benzofurazans"Org.Biomol.Chem.. 1. 1067-1072 (2003)

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      2003 実績報告書
  • [文献書誌] S.Shiobara, R.Kamiyama, S.Tajima, H.Shizuka, S.Tobita: "Excited-State Proton Transfer to Solvent of Protonated Aniline Derivatives in Aqueous Solution : A Remarkable Effect of Ortho Alkyl Group on the Proton-Dissociation Rate"J. Photochem. Photobiol A. 154. 53-60 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.Tajima, S.Shiobara, H.Shizuka, S.Tobita: "Excited-State Proton-Dissociation of N-Alkylated Anilinium Ions in Aqueous Solution Studied by Picosecond Fluorescence Measurements"Phys. Chem. Chem. Phys.. 4. 3376-3382 (2002)

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      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.Uchiyama, K.Takehira, S.Kohtani, T.Santa, R.Nakagaki, S.Tobita, K.Imai: "Photophysical Study of 5-Substituted Benzofurazan Compounds as Fluorogenic Probes"Phys. Chem. Chem. Phys.. 4. 4514-4522 (2002)

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      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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