溶存状態下における生体関連分子の微視的構造解析

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12640534
• 研究機関: 山形大学
• 研究代表者: 亀田 恭男 山形大学, 理学部, 教授 (60202024)
• 研究分担者: 臼杵 毅 山形大学, 理学部, 助教授 (70250909) ; 植村 治 山形大学, 理学部, 教授 (30007166)
• キーワード: 中性子回折 / X線回折 / 同位体置換法 / 分子間水素結合 / 水和構造 / アンモニウムイオン / 尿素分子 / グリシン分子

研究概要

溶存状態下におけるアンモニウムイオンおよび尿素分子の水和構造を部分分布関数レベルで明らかにする目的で、^<14>N/^<15>NおよびH/D同位体置換法中性子回折実験を8mol%^*N^*H_4Clおよび15mol%(^*N^*H_2)_2C=0水溶液に対して実施した。8mol%^*N^*H_4Cl水溶液については既にデータ解析を完了した。水溶液中においてNH_4^+は約4個の最近接水分子と水素結合を形成しており、最近接N・・・OおよびN・・・H距離は各々2.87(1)Åおよび3.44(2)Åである事が明らかになった。15mol%(^*N^*H_2)_2C=0水溶液の回折データについては現在解析中である。酸性水溶液中におけるグリシン分子内のアミノ基およびメチレン基周囲の水和構造を調べる目的で、^<14>N/^<15>NおよびH/D同位体置換を施した2mol%グリシン重水溶液(pD=1.1)に対して中性子回折実験を行なった。酸性水溶液中において、グリシン分子のアミノ基は3個の水分子と水素結合を形成しており、その構造は中性水溶液中で報告されている水和構造と類似している事が明らかになった。メチル基周囲には1個のH原子当たり0.7個の水分子が隣接しているという結果が得られた。X線回折および中性子回折データを組み合わせた解析により、8mol%酢酸ナトリウムおよび7mol%塩化カリウム水溶液中におけるCH_3COO^-およびK^+の水和構造に関する新しい知見を得た。これ等の成果は国際会議において発表され、論文掲載決定となっている。高精度のX線回折データを取得するために、既存のθ-θ型X線ゴニオメータに取りつけ可能なイメージングプレートホルダーの設計および試作を行ない、取得した回折データの解析プログラムの開発、および標準物質として選定した純水のデータ処理については現在進行中である。

研究成果

• [文献書誌] Y.Kameda,K.Sugawara,K.Abe,T.Usuki and O.Uemura: "Hydration Structure of Ammonium Ion in Concentrated Aqueous Ammonium Chloride Solutions"Activity Report on Neutron Scattering Research (ISSP, Univ.Tokyo). 7. 195-196 (2000)
• [文献書誌] Y.Kameda,K.Sugawara,T.Usuki and O.Uemura: "Structure of Concentrated Aqueous NH_4Cl Solutions Studied by Neutron Diffraction with ^<14>N/^<15>N and H/D Isotopic Substitution Technique"Journal of the Physical Society of Japan. 70(in press). (2001)
• [文献書誌] K.Sugawara,Y.Kameda,T.Usuki and O.Uemura: "Hydration Structure of Glycine Molecule in Aqueous Acidic Solutions"Journal of the Physical Society of Japan. 70(in press). (2001)
• [文献書誌] H.Naganuma,Y.Kameda,T.Usuki and O.Uemura: "Neutron and X-ray Diffraction studies on the structure of Concentrated Aqueous Sodium Acetate Solutions"Journal of the Physical Society of Japan. 70(in press). (2001)
• [文献書誌] K.Mochiduki,K.Sugawara,Y.Kameda,T.Usuki and O.Uemura: "Hydration Structure of the Potassium Ion Determined by Combined Analysis of Neutron and X-ray Diffraction Data"Journal of the Physical Society of Japan. 70(in press). (2001)
• [文献書誌] M.Imano,Y.Kameda,T.Usuki and O.Uemura: "Hydrogen-bonded Structure in Highly Concentrated Aqueous LiBr Solutions"Journal of the Physical Society of Japan. 70(in press). (2001)