化学反応に対する溶媒効果の分子論

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12440170
• 研究機関: 岡崎国立共同研究機構
• 研究代表者: 平田 文男 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 教授 (90218785)
• 研究分担者: KOVALENKO Andriy 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助手 (10332181) ; 佐藤 啓文 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助手 (70290905)
• キーワード: 溶液内化学反応 / 安定性 / 溶媒効果 / 部分モル容積 / 疎水相互作用 / 電子状態 / 反応速度 / 塩効果

研究概要

分子の形の変化や原子の組み替えを含む化学反応を第一義的に規定するのはその電子状態の変化であるが、それが溶液内で起きる場合、溶媒は反応の平衡および速度の両方にしばしば決定的影響をおよぼす。本研究では分子性液体の統計力学理論に基づき溶液内化学反応のにおける溶媒効果の理論を構築することを目的としている。本年度は主として溶媒中の反応化学種の安定性に関わる以下の研究を行い、その成果を6編の学術論文として発表した。
(1)水中のイオンの間に働く相互作用(平均力ポテンシャル)。
溶液中の二つのイオン間には直接の力だけではなく、溶媒によって誘起された相互作用が働く。本研究では最近開発した3次元RISM理論により、水中のナトリウムイオンと塩素イオン間に働く相互作用(平均力ポテンシャル)を計算し、シミュレーションの結果と比較検討を行った。
(2)生体分子の部分モル容積と圧力効果。
RISM理論とKirkwood-Buff理論を結合することにより、生体分子の部分モル容積を計算する新しい理論を提案し、この理論により20種のアミノ酸の水中の部分モル容積を評価し、実験と比較した。
(3)非極性溶質の水和と疎水相互作用。
3次元RISM理論により水中の希ガスと炭化水素の自由エネルギーを評価し、定性的に実験結果を再現することに成功した。これは旧来のRISM理論では再現できなかったものである。
(4)生体分子の安定性に関する塩効果。
水に対するペプチドの溶解度に対する塩効果をRISM理論に基づき評価し、塩析効果の分子論的起源を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] H.Sato,A.Kovalenko,and F.Hirata: "Self-consistent field, ab initio molecular orbital and three-dimensional reference interaction site model study for solvation effect on carbon mono-oxide in aqueous solution"J.Chem.Phys.. 112. 9463-9468 (2000)
• [文献書誌] T.Imai,M.Kinoshita,and F.Hirata: "Salt Effect on Stability and Solvation Structure of Peptide : An Integral Equation Study"Bull.Chem.Soc.Jpn.. 73. 1113-1122 (2000)
• [文献書誌] A.Kovalenko and F.Hirata: "Potential of Mean Force of Sodium Chloride in Ambient Water, I : Three-dimensional Reference Interaction-site Model"J.Chem.Phys.. 112. 10391-10402 (2000)
• [文献書誌] A.Kovalenko and F.Hirata: "Potential of Mean Force of Sodium Chloride in Ambient Water, II : Solvation Structure from the 3D-RISM Approach, and Comparison with simulations"J.Chem.Phys.. 112. 10403-10417 (2000)
• [文献書誌] A.Kovalenko and F.Hirata: "Hydration Free Energy of Hydrophobic Solutes Studied by a RISM with a Repulsive Bridge Correction and a Thermodynamic Perturbation Method"J.Chem.Phys.. 113. 2793-2805 (2000)
• [文献書誌] T.Imai,M.Kinoshita,and F.Hirata: "Theoretical Study for Partial Molar Volume of Amino Acids in Aqueous Solution"J.Chem.Phys.. 112. 9469-9478 (2000)