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星間塵表面反応による有機分子の重水素濃集:炭素鎖伸長による濃集度の変化

公募研究

研究領域宇宙における分子進化:星間雲から原始惑星系へ
研究課題/領域番号 26108501
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関北海道大学

研究代表者

大場 康弘  北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (00507535)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2015年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2014年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード重水素濃集 / 化学進化 / 星間塵表面反応 / 星間分子雲
研究実績の概要

本年度は炭素数が2のアミノ酸,グリシン(NH2CH2COOH)と重水素原子との反応によるH-D交換に関する研究をおこなった。グリシンはメチルアミン(CH3NH2)にカルボキシル基(COOH)が結合した構造を持ち,H-D置換速度に対する炭素鎖伸長の影響を評価するうえで,ふさわしい分子である。先行研究では,赤外分光法(IR)および核磁気共鳴分光法(NMR)により反応生成物の分析をおこない,グリシンの炭素に結合する水素が重水素に置換されることまでがわかっていた。しかし,両分析法では定量的に反応の程度を明らかにすることができず,D原子との反応がどれほど有効か,よくわかっていなかった。
本研究では,IR,NMRにかわり,質量分解能70000を超える,高分解能質量分析計(HRMS)を用いて,グリシンとD原子の反応によるH-D置換反応を定量的に解析した。HRMSで反応生成物を分析すると,得られるマススペクトル上でNH2CH2COOH(d0-Gly)とその重水素一置換体,二置換体であるNH2CHDCOOH(d1-Gly),NH2CD2COOH(d2-Gly)を分離することができ,ピークエリアの比較により,各置換体の相対存在度を求めることができた。D原子に対してグリシン量が少ないほどd1-Gly,d2-Gly存在量が高くなり,本実験条件下ではd1-Gly,d2-Gly生成量はd0-Glyに対して最大でそれぞれ24%,6.3%であった。D原子存在量が実験よりもはるかにすくない星間分子雲環境では,それらの相対存在量はd0-Glyをはるかに超えることが示唆された。本結果は,これまでに星間分子雲でd0-Glyが検出されていない理由の一つとして,新たにそのほとんどが重水素置換されているという可能性を提案した。
またメチルアミンとは異なり,グリシンのアミノ基がH-D交換したという明確な証拠は得られなかった。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 10件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Chiral glycine formation on cold interstellar grains by quantum tunneling hydrogen-deuterium substitution reactions2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, Y. Osamura, A.Kouchi,
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 634 ページ: 53-59

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2015.05.070

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reaction kinetics and isotope effect of water formation by the surface reaction of solid H2O2 with H atoms at low temperatures2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, K. Osaka, N. Watanabe, T. Chigai, A. Kouchi
    • 雑誌名

      Faraday Discussion

      巻: 168 ページ: 185-204

    • DOI

      10.1039/c3fd00112a

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Photochemistry in the molecular cloud and protoplanetary disk: Evolution of ice and organic residues through warming and UV-irradiation2016

    • 著者名/発表者名
      L. Piani, S. Tachibana, T. Hama, I. Sugawara, Y. Oba, H. Tanaka, Y. Kimura, A. Miyake, J. Matsuno, A. Tsuchiyama, H. Yurimoto, A. Kouchi
    • 学会等名
      47th Lunar and Planetary Science Conference
    • 発表場所
      The Woodlands, TX, USA
    • 年月日
      2016-03-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Formation of chiral glycine by surface reactions of normal glycine with deuterium atoms at 10 K2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, A. Kouchi
    • 学会等名
      Astrophysical Ices in the Lab (AILab), Workshop
    • 発表場所
      IEM-CSIC, Madrid, Spain
    • 年月日
      2016-03-07
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Photochemistry in the molecular cloud: Evolution of ice and organic residues through warming and UV-irradiation2016

    • 著者名/発表者名
      L. Piani, S. Tachibana, T. Hama, I. Sugawara, Y. Oba, H. Tanaka, Y. Kimura, A. Miyake, J. Matsuno, A. Tsuchiyama, H. Yurimoto, A. Kouchi
    • 学会等名
      Solar-System symposium in Sapporo 2016
    • 発表場所
      Rusutsu Resort, Hokkaido, (虻田郡 留寿都村)
    • 年月日
      2016-02-17
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 極低温表面反応によるエタノールの重水素濃集2015

    • 著者名/発表者名
      大場 康弘,尾坂 和哉,渡部 直樹,千貝 健
    • 学会等名
      新学術領域研究「宇宙分子進化」第三回研究集会
    • 発表場所
      北海道大学低温科学研究所(北海道 札幌市)
    • 年月日
      2015-10-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Formation and deuterium fractionation of water by low-temperature surface reactions in molecular clouds2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba
    • 学会等名
      Center for Astrochemical Studies Seminar
    • 発表場所
      Max-Planck-Institut fur extraterrestrial Physik, Germany
    • 年月日
      2015-10-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Deuteration of interstellar glycine on low-temperature surfaces: A possible route to the formation of chiral molecules in dense molecular clouds2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, A. Kouchi
    • 学会等名
      From clouds to protoplanetary disk: the astrochemical link
    • 発表場所
      Hans Harnack Haus, Berlin, Germany
    • 年月日
      2015-10-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子トンネル反応による極低温表面でのキラルグリシン生成2015

    • 著者名/発表者名
      大場 康弘,渡部 直樹,香内 晃
    • 学会等名
      原子衝突学会第40回年会
    • 発表場所
      首都大学東京 南大沢キャンパス 国際交流会館(東京都 八王子市)
    • 年月日
      2015-09-28
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Formation of Deuterated “chiral” Glycine by Low-Temperature2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, A. Kouchi
    • 学会等名
      Goldschmidt 2015
    • 発表場所
      Prague Congress Center, Prague, Czech Republic
    • 年月日
      2015-08-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 擬似星間塵氷への紫外線照射によるアミノ酸重水素置換体生成2015

    • 著者名/発表者名
      大場 康弘,高野 淑識,渡部 直樹,香内 晃
    • 学会等名
      第33回 日本有機地球化学シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学低温科学研究所(北海道 札幌市)
    • 年月日
      2015-08-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 隕石母天体における超臨界水と星間有機物との反応による石油生成2015

    • 著者名/発表者名
      中野 英之,松原 康浩,大場 康弘,鈴木 徳行,齋藤 裕之,朝比奈 健太,羽馬 哲也,高野 淑識,木村 勇気,吉沢 友和,香内 晃
    • 学会等名
      第33回 日本有機地球化学シンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学低温科学研究所(北海道 札幌市)
    • 年月日
      2015-08-06
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Mechanism for the prebiotic emergence of ‘”chirality”: Chiral glycine formation on interstellar grains2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, and A. Kouchi
    • 学会等名
      Astrobiology Science Conference 2015
    • 発表場所
      Hilton Chicago, Illinois, USA
    • 年月日
      2015-06-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Role of tunneling in the formation and deuterium enrichment of molecules on dust grains2015

    • 著者名/発表者名
      N. Watanabe, Y. Oba, T. Hama, H. Hidaka and A. Kouchi
    • 学会等名
      Astrobiology Science Conference 2015
    • 発表場所
      Hilton Chicago, Illinois, USA
    • 年月日
      2015-06-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Hydrogen-deuterium substitution of glycine via quantum-tunneling surface reactions at low temperatures2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, and A. Kouchi
    • 学会等名
      31st Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • 発表場所
      Hokkaido University(北海道 札幌市)
    • 年月日
      2015-06-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Glycine Becomes Chiral by Grain-Surface Reactions at Low Temperatures2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, and A. Kouchi
    • 学会等名
      COST Action Our Astrochemical History CM1401
    • 発表場所
      J. Heyrovsky Institute of Physical Chemistry, Prague, The Czech Republic
    • 年月日
      2015-05-25
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Water formation by reaction of solid hydrogen peroxide with hydrogen atoms at low temperatures via quantum tunneling2015

    • 著者名/発表者名
      K. Osaka, Y. Oba, A. Kouchi, N. Watanabe
    • 学会等名
      Second Workshop on Experimental Laboratory Astrophysics
    • 発表場所
      Poipu, Kauai, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-02-23 – 2015-02-26
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 星間分子雲におけるアミノ酸の重水素濃集2014

    • 著者名/発表者名
      大場 康弘,力石 嘉人,高野 淑識,渡部 直樹,香内 晃
    • 学会等名
      第32回日本有機地球化学シンポジウム
    • 発表場所
      ニューウェルシティ湯河原(静岡県熱海市)
    • 年月日
      2014-11-05 – 2014-11-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Substitution reactions of solid ethanol with atomic deuterium via quantum tunneling at low temperatures2014

    • 著者名/発表者名
      K. Osaka, Y. Oba, A. Kouchi, N. Watanabe
    • 学会等名
      Workshop on Interstellar Matter 2014
    • 発表場所
      Hokkaido University, Sapporo
    • 年月日
      2014-10-16 – 2014-10-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 星間塵表面反応で生成する水の水素同位体組成2014

    • 著者名/発表者名
      大場 康弘,渡部 直樹, 香内 晃
    • 学会等名
      日本地球化学会第61回年会
    • 発表場所
      富山大学(富山県富山市)
    • 年月日
      2014-09-16 – 2014-09-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 星間塵表面反応による有機分子の重水素濃集―炭素鎖伸長による濃集度の変化―2014

    • 著者名/発表者名
      大場 康弘
    • 学会等名
      新学術領域研究「宇宙分子進化」第二回全体集会
    • 発表場所
      東京大学本郷キャンパス(東京都文京区)
    • 年月日
      2014-06-23 – 2014-06-24
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Water formation in space: quantum-tunneling surface reaction H2O2 + H at low temperatures2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, N. Watanabe, A. Kouchi
    • 学会等名
      第30回化学反応討論会
    • 発表場所
      イーグレ姫路(兵庫県姫路市)
    • 年月日
      2014-06-04 – 2014-06-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 星間分子雲における化学進化:星間塵表面反応の重要性2014

    • 著者名/発表者名
      大場 康弘
    • 学会等名
      大阪大学宇宙地球科学セミナー
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス(大阪府豊中市)
    • 年月日
      2014-05-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Importance of deuterium fractionation of ethanol by grain surface reactions: experiment of H-D tunneling substitution2014

    • 著者名/発表者名
      尾坂 和哉,大場 康弘,香内 晃,渡部 直樹
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2014年大会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2014-04-28 – 2014-05-02
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Reaction kinetics and isotope effect of water formation by the surface reaction of solid H2O2 with H atoms at low temperatures2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Oba, K. Osaka, N. Watanabe, T. Chigai, A. Kouchi
    • 学会等名
      Faraday Discussion 168
    • 発表場所
      Leiden, Netherland
    • 年月日
      2014-04-07 – 2014-04-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考] 所属研究室ホームページ

    • URL

      http://www.lowtem.hokudai.ac.jp/astro/oba/index.html

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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