イオン液体の基礎物理化学的研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12440159
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 濱口 宏夫 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (00092297)
• 研究分担者: 佐藤 伸 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (60313201)
• キーワード: イオン液体 / 溶媒 / 構造 / 光異性化反応 / trans-スチルベン

研究概要

イオン液体試料の合成からスタートし、続いてそのスペクトル測定、構造解析、そしてイオン液体中での光化学反応機構の解明という手順で研究を進めた。まず最も典型的なイオン液体である1-butyl-3-methylimi dazolium hexafluorophosphate(以下[bmim]PF_6と略す)を文献に従って合成した。数回合成を試み、いずれの場合も元素分析的には純品と思われる試料を得たが、ロットにより着色の度合いが異なり、微量の不純物が含まれることが示唆された。紫外吸収スペクトルを測定したところ、着色した試料では重合物と思われる明瞭なピークが観測された。紫外吸収ピークが最も小さい試料を選び、振動スペクトルの測定を行った。赤外吸収スペクトルの測定は、通常のFT-IR装置で行ったが、ラマンスペクトル測定には、(強い蛍光を回避するため)近赤外光を用いるという工夫が必要があった。赤外・ラマンスペクトルに観測されたPF伸縮振動バンドの解析から、[bmim]PF_6中に存在するPF_6^<2->イオンは、正八面体構造から歪んでいることがわかった。次に、やはり紫外吸収ピークが最も小さい[bmim]PF_6中にtrans-スチルベンを溶かし、その蛍光寿命を測定した。trans-スチルベンの蛍光寿命は、最低励起一重項状態における異性化反応の速度を反映しており、溶媒の極性や粘度に依存して顕著な変化を示すことが知られている。観測された[bmim]PF_6中にtrans-スチルベンの蛍光寿命は138ピコ秒であった。この値は、Kramers式などの従来の理論で説明することは不可能であり、イオン液体が従来知られていた有機溶媒とは大きく異なるユニークな特性を持っていることを示唆している。現在、trans-スチルベンより短い蛍光寿命を持つ分子の測定を行うために、光カーゲート法を用いた時間分解蛍光分光装置を製作している。また、活性炭処理を行うことによりこの紫外吸収ピークが除去されることがわかったので、より純粋なイオン液体の調製の見通しができた。

研究成果

• [文献書誌] Yuika Saito and Hiro-o Hamaguchi: "Dynamic Symmetry Lowering of the Sulfate Ion in Aqueous Solution Probed by Polarization-resolved CARS Spectroscopy"Chemical Physics Letters. (in press).
• [文献書誌] Shoji Kaminaka,Hiroya Yamazaki,Toshiaki Ito,Eiichi Kohda and Hiro-o Hamaguchi: "Near Infrared Raman Spectroscopy of Human LungTissues : Possibility of Molecular-level Cancer Diagnosis"Journal of Raman Spectroscopy. (in press).
• [文献書誌] Shingo Ikeda,Shigeru Murata,Kunihiko Ishii,and Hiro-o Hamaguchi: "Mechanistic Studies of Pyrene-sensitized Photodecomposition of N-Phenylglycine : Acceleration of the Photodecomposition by the Addition of an Electron Acceptor"Bull.Chem.Society Japan. 73・12. 2783-2792 (2000)
• [文献書誌] Tadashi Mizushima,Shingo Ikeda,Shigeru Murata,Kunihiko Ishii,and Hiro-o Hamaguchi: "Photoreaction of Methyl (p-Nitrophenyl) diazoacetate in the Presence of an Electron-Donating Amine : Evidence for Intermediacy of the Carbene Radical Anion"Chemistry Letters. 1282-1283 (2000)
• [文献書誌] Yuika Saito,Taka-aki Ishibashi,and Hiro-o Hamaguchi: "Polarization-resolved Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS) Spectroscopy : A New Probe of Molecular Symmentry through Accurate Determination of Raman Depolarization Ratio"Journal of Raman Spectroscopy. 31. 725-730 (2000)
• [文献書誌] Tomoyuki Hayashi,Hiro-o Hamaguchi: "Solvent induced dynamic polarization, vibrational dephasing, and infrared band shape of the C=O stretch mode of acetone in acetonitrile : A new theoretical approach"Chemical Physics Letters. 326. 115-122 (2000)