2002 年度実績報告書

常温常圧から超臨界に及ぶ溶媒和のエネルギー表示に基づく理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号	13640509
研究機関	京都大学
研究代表者	松林伸幸京都大学, 化学研究所, 助手 (20281107)
キーワード	エネルギー表示 / 溶媒和自由エネルギー / 化学ポテンシャル / 溶液理論 / 計算機シミュレーション / 超臨界水 / 分布関数 / 溶質-溶媒相互作用
研究概要	溶液内過程を記述する最も重要な量は、その過程に対応する自由エネルギー(変化)である。よって、溶媒効果を取り扱う上で最も本質的な量が溶媒和自由エネルギーである。溶媒和自由エネルギーの定量的評価・算出という課題を、様々な種類の溶質について、超臨界状態を含む広い温度・密度範囲で解決していくために、溶質-溶媒相互作用エネルギーを独立変数とする分布関数で、溶質の溶媒和自由エネルギーを表す方法を開発することが、本研究の目的である。この方法をエネルギー表示の方法と呼ぶ。本年度は、前年度に構築した方法論を柔軟な溶質系に対して拡張した。この拡張は、配座の柔軟性を伴う溶質系に対して溶媒和自由エネルギーの解析法を確立することが、蛋白質のようなナノスケールの分子の溶液内での振る舞いを取り扱うために必須であることに対応している。テスト系として、伸縮及びねじれの内部自由度を持つ溶質を取り上げ、常温常圧から超臨界までを含む水の中での溶媒和自由エネルギーが精度良く計算できることを示した。次いで、蛋白質やミセルの構造形成に重要な役割を果たす疎水性溶質の凝集を溶媒和自由エネルギーの立場から解析した。凝集体の構造を固定せずに、揺らがせたままで、自由エネルギーの議論ができることがエネルギー表示の方法の利点である。本年度は、水中での10個までのメタン分子の凝集を取り扱い、水媒質の誘起する疎水性相互作用と疎水性溶質間の直接的引力が、同等の強さで凝集に寄与することを明らかにした。さらに、アルカンがコンパクトな構造を取る過程を解析し、一つの分子の構造変化と、多数の分子の凝集との間には、並進の自由度が減少する度合いの差異によって、実際の平衡定数の振る舞いには大きな違いが出ることを見出した。

研究成果

(7件)

すべてその他

すべて文献書誌 (7件)

[文献書誌] M.Kubo, R.M.Levy, P.J.Rossky, N.Matubayasi, M.Nakahara: "Chloride Ion Hydration and Diffusion in Supercritical Water Using Polarizable Water Model"Journal of Physical Chemistry B. 106. 3979-3986 (2002)
[文献書誌] N.Matubayasi, M.Nakahara: "Theory of solutions in the energy representation. II. Functional for the chemical potential"Journal of Chemical Physics. 117. 3605-3616 (2002)
[文献書誌] T.Kimura, N.Matubayasi, H.Sato, F.Hirata, M.Nakahara: "Enthalpy and entropy decomposition of free-energy changes for side-chain conformations of aspartic acid and asparagine in acidic., neutral, and basic aqueous solutions"Journal of Physical Chemistry B. 106. 12336-12343 (2002)
[文献書誌] Y.Nagai, C.Wakai, N.Matubayasi, M.Nakahara: "Noncatalytic Cannizzaro-type Reaction of Acetaldehyde in Supercritical Water"Chemistry Letters. 2003. 310-311 (2003)
[文献書誌] 松林伸幸, 若井千尋, 中原勝: "超臨界流体のすべて 2章超臨界流体のミクロ物性、2節 NMRによる超臨界流体の構造解析"荒井康彦監修、テクノシステム. 23-26 (2002)
[文献書誌] 若井千尋, 松林伸幸, 中原勝: "新しい高圧科学 4.2章液体・溶液物性への応用"毛利信男、講談社サイエンティフィク. 147-201 (2003)
[文献書誌] 松林伸幸: "化学便覧基礎編"丸善(印刷中). (2003)

2002 年度 実績報告書

常温常圧から超臨界に及ぶ溶媒和のエネルギー表示に基づく理論的研究

研究代表者

松林 伸幸 京都大学, 化学研究所, 助手 (20281107)

研究成果

[文献書誌] M.Kubo, R.M.Levy, P.J.Rossky, N.Matubayasi, M.Nakahara: "Chloride Ion Hydration and Diffusion in Supercritical Water Using Polarizable Water Model"Journal of Physical Chemistry B. 106. 3979-3986 (2002)

[文献書誌] N.Matubayasi, M.Nakahara: "Theory of solutions in the energy representation. II. Functional for the chemical potential"Journal of Chemical Physics. 117. 3605-3616 (2002)

[文献書誌] T.Kimura, N.Matubayasi, H.Sato, F.Hirata, M.Nakahara: "Enthalpy and entropy decomposition of free-energy changes for side-chain conformations of aspartic acid and asparagine in acidic., neutral, and basic aqueous solutions"Journal of Physical Chemistry B. 106. 12336-12343 (2002)

[文献書誌] Y.Nagai, C.Wakai, N.Matubayasi, M.Nakahara: "Noncatalytic Cannizzaro-type Reaction of Acetaldehyde in Supercritical Water"Chemistry Letters. 2003. 310-311 (2003)

[文献書誌] 松林 伸幸, 若井 千尋, 中原 勝: "超臨界流体のすべて 2章 超臨界流体のミクロ物性、2節 NMRによる超臨界流体の構造解析"荒井 康彦監修、テクノシステム. 23-26 (2002)

[文献書誌] 若井 千尋, 松林 伸幸, 中原 勝: "新しい高圧科学 4.2章 液体・溶液物性への応用"毛利 信男、講談社サイエンティフィク. 147-201 (2003)

[文献書誌] 松林 伸幸: "化学便覧 基礎編"丸善(印刷中). (2003)

2002 年度実績報告書

松林伸幸京都大学, 化学研究所, 助手 (20281107)

[文献書誌] 松林伸幸, 若井千尋, 中原勝: "超臨界流体のすべて 2章超臨界流体のミクロ物性、2節 NMRによる超臨界流体の構造解析"荒井康彦監修、テクノシステム. 23-26 (2002)

[文献書誌] 若井千尋, 松林伸幸, 中原勝: "新しい高圧科学 4.2章液体・溶液物性への応用"毛利信男、講談社サイエンティフィク. 147-201 (2003)

[文献書誌] 松林伸幸: "化学便覧基礎編"丸善(印刷中). (2003)