クラスターレベルで見た超分子構造の発生とその結合様式

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04403002
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 西 信之 九州大学, 理学部, 教授 (60013538)
• 研究分担者: 大橋 和彦 九州大学, 理学部, 助手 (80213825)
• キーワード: クラスター / エタノール / 水 / 超分子 / X線回折 / 質量分布 / 赤外分光

研究概要

水に中にエタノールを加えると数個から数十個のエタノール分子と水分子が組合わさった特有の超分子構造が出現することが証明された。モル比で2%のエタノールを水に加えると、X線回折実験から得られた構造関が、1000気圧の圧力下の水のそれと極めて類似のパターンを示し、その動径分布関数にこのような系に特有な変化が見られた。液滴の質量分析から、水和シェルの中にはエタノール分子が5〜8個が集積し、シェルの水分子層の厚さも1分子厚程度と皮の役割しか果していないことが解り、この大きなシェルの存在が、おそらくそれらの運動によって、水分子の構造を破壊し、ガラス状の水構造へと変化させているのではないかと考えられた。そこで、エタノールが濃い領域で質量分析法とX線回折法によって定量的な解析を進めた。両方の測定が共に、エタノールのモル分率で0.2から1.0の間で共通の構造が存在することを示し、質量スペクトルから得られた、各エタノールポリマー水和体、(C_2H_5OH)_m(H_2O)_n、の平均水和数(N^a)は、エタノール会合数をm、水のモル分立をX_Wで表わした場合、Na={(m/4.2)-1}^2(X_W+0.85)の式で表現された。即ち、この水和クラスターの水分子数はエタノール会合数の二乗に比例して、また水の濃度に比例して増加し、これらのパラメータにまったく依存しない部分も存在する。このクラスターが最も多い領域で測定されたX線動径分布関数には、7Åの所に特有のピークが現われ、これが水の量が少なくなるにつれて弱くなることが見い出された。詳細な解析から、エチル基が並んだ疎水層が7Å離れて平行に配置し、その間にサンドイッチ状に水分子の層が2枚の疎水面を繋ぐように入り込んでいるクラスターモデルを想定するとこれらの観測事実がうまく説明できることが判った。

研究成果

• [文献書誌] 西,信之: "Hyodrogen bonding cluster formation and hyderophlbic solute association in aqueous solution of ethanol" Journal Physical Chemistry.99. 462-468 (1995)
• [文献書誌] 高橋,悟: "Hydrate cluster formation of diol compounds in aqueous solution" Bulletin of Chemical Society of Japan. 68. 539-564 (1995)
• [文献書誌] 大橋,和彦: "Photodissociation mechanism of benzene cluster ions on the excitation with hv=0.5-3.0eV" Laser Chemistry. 15(印刷中). (1995)
• [文献書誌] 松本,政樹: "Structure of clusters in ethanol-water binary solutions studied by mass spectrometry abd X-ray diffraction" Bulletin of Chemical Society of Japan. 68(印刷中). (1995)
• [文献書誌] 井口,佳哉: "Photodissociation spectrum of naphthalene dimer cation" Journal of Phusical Chemistry. 99(印刷中). (1995)
• [文献書誌] 中井,泰広: "Photoinduced evaporation of benzene cluster ions" Chemical Physica Letters. 233. 36-40 (1995)
• [文献書誌] 茅,幸二: "クラスター:新物質・ナノ工学のキ-テクノロジー" 産業図書, 202 (1994)