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2017 年度 実施状況報告書

磁気共鳴を用いた新しい同位体濃縮の試み

研究課題

研究課題/領域番号 16K14534
研究機関埼玉大学

研究代表者

若狭 雅信  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (40202410)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード同位体濃縮 / 磁気同位体 / 磁気共鳴 / 磁場効果 / ラジカル / スピンダイナミクス
研究実績の概要

特異なナノ反応場を用いた反応ダイナミクスの制御:
SDSなどのミセルはケージ効果が大きく,内部粘性(~20 cP)も高いので,一重項ラジカル対の反応が遅くなるだけでなく,マイクロ波に共鳴しないラジカル対のスピン緩和も起こりやすくなる。そこで本年度は,粘度は低いがケージ効果を有するイオン液体を利用して,ケージの強さ,大きさ,および内部粘性に注目してベンゾフェノンの反応に対する磁場効果とマイクロ波効果を検討した。
4級アンモニウムをカチオン,TFSAをアニオンとするイオン液体は,4級アンモニウムの4つのアルキル基の長さによって,ケージの強さを自在に変えることができる。さらに興味深いことに,磁場効果をプローブにした我々の研究結果から,内部粘性はアルキル基の鎖長を変えてもあまり変化せず2~5 cPを保つことがわかっている。そこで,TMPATFSAを用いて,BPとフェノール(PhOH)の反応に対する磁場効果をまず試みた。
3BP* + PhOH → 3(BPH・・OPh) → Benzopinacol(散逸生成物),ケージ生成物
その結果,生成するベンゾフェノンケチルラジカルの散逸収量は大きな磁場効果を示すことがわかった。次にに,散逸生成物であるBenzopinacolの収量に対する磁場効果を調べたところ,磁場効果は示すが,その大きさはケチルラジカルに比べて小さいことがわかった。これは,散逸したケチルラジカルの反応が遅いためによると考えられる。これらのことより,散逸ラジカルの反応性についても考慮して反応系を選択する必要があることがわかった。さらに,この反応に対するマイクロ波効果についても検討した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ナノ秒パルスNd:YAGレーザー(10mJ/pulse, 10 Hz)用いて,電子スピン共鳴装置(Bruker ELEXSYS 580パルスESR,既存)の共振器中に設置した,石英フローセル中の試料を光照射して反応を行った。Brij35をミセルとして用いた場合,発生するラジカル対(存在比が大きい12Cを含む)に共鳴するパルスマイクロ波を,1 kWのTWT(進行波管)で増幅し,レーザー光と同期させながら照射した後,散逸生成物およびケージ生成物の収率をGPCカラムクロマト(カラムを本研究で購入)で求めた。励起三重項ベンゾフェノンの反応では,マイクロ波によってケージ生成物の収率が21%増加することがわかった。さらに,ケージ生成物の収率はマイクロ波の強度によって8-21%と変化することも分かった。
生成物を分取,濃縮し,炭素のNMRを用いて,生成物中の炭素13/炭素12の同位体比を調べたところ,予備的実験として,共鳴マイクロ波によって同位体比が変化するこがわかった。ただ,ラジカル対の反応が遅いために,スピン緩和が起きており,その変化は予想していたものより小さかった。さらに,イオン液体を用いた反応系についても磁場効果とマイクロ波効果を検討した。

今後の研究の推進方策

特に大きな問題はないので,今後も計画通り研究を遂行する。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] A spin exchange model for singlet fission2018

    • 著者名/発表者名
      Yago Tomoaki、Wakasa Masanobu
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 695 ページ: 240~244

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2018.02.025

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure and dynamics of triplet-exciton pairs generated from singlet fission studied via magnetic field effects2018

    • 著者名/発表者名
      Wakasa Masanobu、Yago Tomoaki、Sonoda Yoriko、Katoh Ryuzi
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 1 ページ: 8

    • DOI

      10.1038/s42004-018-0008-0

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Singlet Fission in Fluorinated Diphenylhexatrienes2017

    • 著者名/発表者名
      Katoh Ryuzi、Hashimoto Masaaki、Takahashi Akinori、Sonoda Yoriko、Yago Tomoaki、Wakasa Masanobu
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 121 ページ: 25666~25671

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.7b06905

    • 査読あり
  • [学会発表] Characterization of Triplet Pairs Generated by Singlet Fission2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yago, Y. Sonoda, K. Ishikawa, R. Katoh, M. Wakasa
    • 学会等名
      5th Awaji International Workshop on “Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications”
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Characterization of Triplet Pairs Generated by Singlet Fission2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yago, Y. Sonoda, K. Ishikawa, R. Katoh, M. Wakasa
    • 学会等名
      9th International Conference on Molecular Electronics and Bioelectronics
    • 国際学会
  • [学会発表] 蛍光強度の磁場効果測定によるシングレットフィッション中間状態である相関三重項対の構造解析2017

    • 著者名/発表者名
      石川慶・矢後友暁・若狭雅信
    • 学会等名
      2017年光化学討論会
  • [学会発表] ルブレンのシングレットフィッションに対する高磁場効果2017

    • 著者名/発表者名
      吉田朋美・矢後友暁・若狭雅信
    • 学会等名
      2017年光化学討論会
  • [学会発表] シングレットフィッションによって生じる三重項対の分子配向:蛍光強度に対する低磁場効果2017

    • 著者名/発表者名
      矢後友暁・園田与理子・加藤隆二・若狭雅信
    • 学会等名
      2017年光化学討論会
  • [学会発表] Characterization of Triplet Pairs Generated by Singlet Fission2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yago, Y. Sonoda, K. Ishikawa, R. Katoh, M. Wakasa
    • 学会等名
      15th international symposium on spin and magnetic field effects in chemistry and related phenomena (SCM 2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] シングレットフィッションによって生じる相関三重項対での磁場効果の角度依存性2017

    • 著者名/発表者名
      石川慶・矢後友暁・若狭雅信
    • 学会等名
      第56回電子スピンサイエンス学会年会
  • [学会発表] カチオンの異なるイオン液体中の光誘起電子移動反応に対する磁場効果2017

    • 著者名/発表者名
      土田暉・矢後友暁・若狭雅信
    • 学会等名
      第56回電子スピンサイエンス学会年会
  • [学会発表] 磁気同位体濃縮に向けたパルスマイクロ波照射条件の検討2017

    • 著者名/発表者名
      水野智久・矢後友暁・若狭雅信
    • 学会等名
      第56回電子スピンサイエンス学会年会
  • [学会発表] ルブレンおよびテトラセンのシングレットフィッションに対する磁場効果2017

    • 著者名/発表者名
      吉田朋美・矢後友暁・若狭雅信
    • 学会等名
      第56回電子スピンサイエンス学会年会
  • [学会発表] 光誘起電子移動反応およびシングレットフィッションにおけるスピン選択則2017

    • 著者名/発表者名
      矢後友暁・若狭雅信
    • 学会等名
      第56回電子スピンサイエンス学会年会

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公開日: 2018-12-17  

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