|
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。初年度は、エネルギー表示における密度汎関数理論を確立し、化学ポテンシャルに対する近似的な汎関数を構築した。汎関数は、純溶媒における1次および2次のエネルギー分布関数および溶液における1次のエネルギー分布関数でもって表わされている。これらの分布関数を計算機シミュレーションから得ることで、化学ポテンシャルの近似的な見積もりを行った。典型的な無極性・極性・イオン性の溶質について、常温常圧から超臨界までの広い温度・圧力領域での化学ポテンシャルの近似計算および対応する厳密な計算を行った結果、単一の汎関数で良い近似値が得られることが明らかになった。第二年度は、初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、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。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、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。
|
