多様な環境下における疎水効果の理論的研究

• 研究課題/領域番号: 26287099
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 甲賀 研一郎 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 教授 (10315020)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円); 2017年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2016年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2015年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2014年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
• キーワード: 疎水効果 / 疎水性相互作用 / 気液界面 / 浸透第二ビリアル係数 / 水溶性高分子 / 共貧溶媒 / 溶媒和自由エネルギー / 平均場近似 / 液体 / 溶液 / 統計力学 / 臨界現象 / 共貧溶媒性 / コイル-グロビュール転移

研究成果の概要

多様な環境下における疎水性溶質の溶媒和自由エネルギーおよび疎水性相互作用に関する理論研究を行った．小さな疎水性分子については溶媒和自由エネルギーμおよび疎水性相互作用に対して平均場近似が極めて有効であることがわかった．それにより，温度・圧力・塩に対する溶解度および疎水性相互作用の依存性を説明することができた．さらに，メタン水溶液の温度・圧力・塩濃度変化について，μと疎水性相互作用の強さとの間に線形相関が存在することを見出した．平均場近似を不均一系に拡張し，気液界面における疎水性分子のμの温度および局所密度依存性が統一的に理解できることを示した．モデル疎水性高分子の高温収縮機構を明らかにした．

研究成果

• [国際共同研究] Cornell University/Purdue University(USA)
• [国際共同研究] KUL(Belgium)
• [国際共同研究] Cornell University(米国)
• [国際共同研究] KU Leuven(Belgium)
• [国際共同研究] Cornell University(米国)
• [国際共同研究] KU Leuven(Belgium)
• [雑誌論文] Hydrophobicity Varying with Temperature, Pressure, and Salt Concentration (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Koga, N. Yamamoto
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 122 号: 13 ページ: 3655-3665
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b12193
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of co-non-solvency on hydrophobic molecules driven by excluded volume effect (2017)
  • 著者名/発表者名: Mochizuki Kenji、Sumi Tomonari、Koga Kenichiro
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 19 号: 35 ページ: 23915-23918
  • DOI: 10.1039/c7cp04152g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficiency at maximum power for an isothermal chemical engine with particle exchange at varying chemical potential (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Koning, K. Koga, J. O. Indekeu
  • 雑誌名: The European Physical Journal Special Topics 巻: 226 号: 3 ページ: 427-431
  • DOI: 10.1140/epjst/e2016-60200-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of reference-modified density functional theory: Temperature and pressure dependences of solvation free energy (2017)
  • 著者名/発表者名: Sumi Tomonari、Maruyama Yutaka、Mitsutake Ayori、Mochizuki Kenji、Koga Kenichiro
  • 雑誌名: Journal of Computational Chemistry 巻: 39 号: 4 ページ: 202-217
  • DOI: 10.1002/jcc.25101
  • NAID: 120006733913
  • 査読あり
• [雑誌論文] Driving forces for the pressure-induced aggregation of poly(N-isopropylacrylamide) in water (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Mochizuki, T. Sumi, K. Koga
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 18 号: 6 ページ: 4697-4703
  • DOI: 10.1039/c5cp07674a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Liquid-liquid phase separation of N-isopropylpropionamide aqueous solutions above the lower critical solution temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Mochizuki, T. Sumi, and K. Koga
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 1 ページ: 24657-24657
  • DOI: 10.1038/srep24657
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Density functional models of the interfacial tensions near the critical endpoints and tricritical point of three-phase equilibria (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Koga and B. Widom
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter 巻: 28 号: 24 ページ: 244016-244016
  • DOI: 10.1088/0953-8984/28/24/244016
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cononsolvency behavior of hydrophobes in water + methanol mixtures (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Mochizuki and K. Koga
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 18 号: 24 ページ: 16188-16195
  • DOI: 10.1039/c6cp01496h
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A reference-modified density functional theory: An application to solvation free-energy calculations for a Lennard-Jones solution (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Sumi, Y. Maruyama, A. Mitsutake, K. Koga
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 144 号: 22 ページ: 224104-224104
  • DOI: 10.1063/1.4953191
  • NAID: 120006733911
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hydrophobic Polymer Chain in Water That Undergoes a Coil-to-Globule Transition Near Room Temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: I. Hatano, K. Mochizuki, T. Sumi, K. Koga
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 120 号: 47 ページ: 12127-12134
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.6b08347
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mean-Field Approximation to the Hydrophobic Hydration in the Liquid－Vapor Interface of Water (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Abe, T. Sumi, and K. Koga
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 120 号: 8 ページ: 2012-2019
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.5b10169
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Solid-liquid critical behavior of water in nanopores (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Mochizuki, K. Koga
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 112 号: 27 ページ: 8221-8226
  • DOI: 10.1073/pnas.1422829112
  • NAID: 120005668951
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Solid-liquid critical behavior of a cylindrically confined Lennard-Jones fluid (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Mochizuki, K. Koga
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 17 号: 28 ページ: 18437-18442
  • DOI: 10.1039/c5cp02568k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Deriving Second Osmotic Virial Coefficients from Equations of State and from Experiment (2015)
  • 著者名/発表者名: K Koga, V Holten, B Widom
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 119 号: 42 ページ: 13391-13397
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.5b07685
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrostatic field-exposed water in nanotube at constant axial pressure (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuchi He, Gang Sun, Kenichiro Koga, and Limei Xu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep06596
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Temperature dependence of local solubility of hydrophobic molecules in the liquid-vapor interface of water (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiharu Abe , Tomonari Sumi , and Kenichiro Koga
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 141 号: 18
  • DOI: 10.1063/1.4896236
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local solubility of nonpolar molecules in the liquid-vapor interfaces of water and simple liquids (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiharu Abe and Kenichiro Koga
  • 雑誌名: Journal of Molecular Liquids 巻: 未定 ページ: 7-17
  • DOI: 10.1016/j.molliq.2014.02.014
  • 査読あり
• [学会発表] 多様な環境下における疎水効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: 日本化学会第97回春季年会
  • 発表場所: 慶応大学日吉キャンパス
  • 年月日: 2017-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] 疎水性高分子鎖のコイル－グロビュール転移における水の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎, 波多野至，望月建爾，墨智成
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2017-03-18
• [学会発表] 疎水性相互作用における平均場近似の妥当性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] 疎水性相互作用の温度，圧力，塩濃度依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: 第３１回分子シミュレーション討論会
• [学会発表] Coil-Globule Transformation of a Simple Polymer Chain in Water (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Koga, I. Hatano, K. Mochizuki, and T. Sumi
  • 学会等名: The 4th International Conference on Molecular Simulation
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2016-10-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The solubility of nonpolar solutes at the liquid-vapor interface of water: A simple mean-field description (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Koga
  • 学会等名: Telluride Science Research Center Workshop: Hydrophobicity: From Theory, Simulation, to Experiment
  • 発表場所: Telluride, Colorado, USA
  • 年月日: 2016-07-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 臨界終点および三重臨界点近傍における界面の密度汎関数モデル (2016)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎, B. Widom
  • 学会等名: 日本物理学会第７１回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] Solid-Liquid Critical Behavior of Water in Hydrophobic Nanotubes (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Koga
  • 学会等名: PACIFICHEM 2015
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii
  • 年月日: 2015-12-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] DFT models of interfaces near critical endpoints and tricritical points: some preliminary results (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Koga
  • 学会等名: Density Functional Days in Tübingen
  • 発表場所: Tubingen, Germany
  • 年月日: 2015-09-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 気液界面における疎水性分子の局所溶解度 (2015)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: 第66回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 鹿児島大学
  • 年月日: 2015-09-10
  • 招待講演
• [学会発表] 均一および不均一溶液における疎水効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: スーパーコンピュータワークショップ
  • 発表場所: 分子科学研究所
  • 年月日: 2015-09-07
  • 招待講演
• [学会発表] 疎水性相互作用に対する温度，圧力，塩濃度効果の定量化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 甲賀研一郎
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] The osmotic second virial coefficient of hydrophobes in aqueous solutions (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Koga
  • 学会等名: EMLG/JMLG conference
  • 発表場所: Roma, Italy
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-12
  • 招待講演
• [学会発表] Local solubility of nonpolar solutes in the liquid-vapor interface of water (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Koga
  • 学会等名: Telluride Workshop: Hydrophobicity: From Theory and Simulation, to Experiment
  • 発表場所: Telluride, Colorado, USA
  • 年月日: 2014-06-24 – 2014-06-28
  • 招待講演
• [学会発表] The hydrophobic effect in bulk and interfacial water (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Koga
  • 学会等名: International Conference on Water Sciences
  • 発表場所: Peking University
  • 年月日: 2014-04-14 – 2014-04-17
  • 招待講演
• [備考] 岡山大学理論物理化学研究室NEWS
  • URL: http://phys.chem.okayama-u.ac.jp/
• [備考] http://phys.chem.okayama-u.ac.jp/
• [備考] 岡山大学理学部化学科 理論物理化学研究室
  • URL: http://phys.chem.okayama-u.ac.jp/
• [備考] 岡山大学理学部化学科理論物理化学研究室
  • URL: http://phys.chem.okayama-u.ac.jp/japanese/members/member-1.html