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QM/MM法と実験を併用した超臨界水中での反応に対する水の役割の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18760571
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 化工物性・移動操作・単位操作
研究機関八戸工業高等専門学校

研究代表者

本間 哲雄  八戸工業高等専門学校, 物質工学科, 助教 (10369910)

研究期間 (年度) 2006 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2007年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2006年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
キーワード超臨界水 / 分子シミュレーション / 溶液構造 / 水素結合 / 化学反応 / QM / MM法 / 量子化学 / 反応機構 / 化学工学 / 超臨界流体 / 基礎物性
研究概要

超臨界水中での化学反応における理論的背景知識の提供を目的として、水・反応化学種(OHマイナス、OHラジカル、オキソニウムイオン、水、アンモニアなど)の役割を、実験と量子化学計算およびハイブリッド量子力学/分子力場(QM/MM)法から解析・検討した。まず、反応化学種の水和構造を量子化学計算とQM/MM法で検討を行い、ラジカル的な反応化学種が臨界密度以下で安定であったものが、臨界密度以上ではイオン的な反応化学種が安定と変化することを見出した。このことから、臨海密度を境として優勢な反応(起こりえる反応)がラジカル反応からイオン反応へ変化する可能性を示唆した。続いて、高温高圧水中でのアンモニアとアクリル酸からのβ-アラニンの合成を行い、アラニン収率がイオン積の増大と関連しており、反応がイオン反応(求核付加反応)で進行したことを明らかにした。最後に糖類の変換反応のモデル反応として、グリセルアルデヒドの変換反応(脱水反応、レトロアルドール反応)と水和構造の関係を量子化学計算とQM/MM法から追跡し、水分子が反応に参加して触媒的な役割を果たすことと、水密度増大に伴ってレトロアルドール反応から脱水反応へ変化することを計算化学的に裏付けた。また、反応の遷移構造において、反応にかかわる環状構造周囲に水和構造が形成されることが反応を促進する鍵であり、これ以外の部分における水和構造は反応に対して大きな寄与を与えないことも明らかにした。

報告書

(2件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2007 2006

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] The role of local structure on formic acid decomposition in supercritical water: a hybrid quantum mechanics/Monte Carlo study2007

    • 著者名/発表者名
      Tetsuo Honma
    • 雑誌名

      Fluid Phase Equilibria 257

      ページ: 238-247

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 密度汎関数法を用いたグリセルアルデヒド変換反応の解析2007

    • 著者名/発表者名
      本間 哲雄
    • 雑誌名

      八戸工業高等専門学校紀要 42

      ページ: 99-104

    • NAID

      110007126361

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [雑誌論文] The role of local structure on formic acid decomposition in supercritical water : a hybrid quantum mechanics / Monte Carlo Study2007

    • 著者名/発表者名
      Tetsuo Honma, Hiroshi Inomata
    • 雑誌名

      Fluid Phase Equilibria (印刷中)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] 量子化学計算による超臨界水中でのグリセルアルデヒド変換反応の解析2006

    • 著者名/発表者名
      袴田雅俊, 本間哲雄, 田嶋聖彦, 服部秀雄, 猪股宏
    • 雑誌名

      化学工学会 第38回秋季大会 講演予稿集

    • NAID

      130004664518

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Density functional theory study of glyceraldehyde hydrolysis in supercritical water2006

    • 著者名/発表者名
      T.Honma, M.Hakamada, Y.Sato, T.Nonaka, K.Tajima, H.Hattori, H.Inomata
    • 雑誌名

      AIChE 2006 Annual Meeting

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [学会発表] QM/MM法を用いた超臨界水中でのグリセルアルデヒドの変換反応2007

    • 著者名/発表者名
      袴田雅俊
    • 学会等名
      化学工学会第39回秋季大会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2007-09-13
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2006-04-01   更新日: 2016-04-21  

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