気相クラスターにおける半結合（２中心３電子結合）の分光研究

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01931
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 藤井 朱鳥 東北大学, 理学研究科, 教授 (50218963)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 半結合 / クラスター / 赤外分光 / 非調和振動 / フェルミ共鳴

研究実績の概要

本年度は昨年度観測に成功したS-pi半結合に対するミクロ溶媒和の効果を検証するため、[benzene-(H2S)n-(H2O)m]+3成分クラスターカチオンの赤外分光観測に挑んだ。水の付加により当該クラスターカチオンが生成することを質量分析で確認出来たが、赤外分光に移行する時点で新型コロナウィルス感染拡大により共同研究を行っていた学生の登校が制限され、赤外スペクトルの観測には至らなかった。平行して行っていた量子化学計算は進めることが出来たので、結果検証のために赤外分光の実行を今後予定している。
また、これとは別に、水分子が形成する半結合の観測にも挑戦した。(H2O-Ar)+クラスターカチオンは水にアルゴンが水素結合する形が安定であることが報告されていたが、(H2O-Kr)+では、水素結合よりも両者の非共有電子対の重なりによる半結合を形成した構造が安定となることを赤外分光、量子化学計算の双方から見いだした。この系については赤外スペクトルのより定量的な解釈のため、非調和振動計算を現在進めている。また、(CH3OH-Kr)+系においても構造決定のために赤外分光観測を現在進めている。
関係する研究として、プロトン付加クラスターの非調和計算が大きく進展し、一般的な調和振動子計算では解釈できなかったクラスターの水素結合X-H振動の分裂や付随バンドの再現が可能となった。とくにプロトン付加クラスターの赤外分光と組み合わせることにより、プロトン付加サイトの水素結合X-H伸縮振動のフェルミ共鳴の様相を初めて明らかにすることに成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 原子輿分子科學研究所(その他の国・地域 台湾)
  • 国名: その他の国・地域 台湾
  • 外国機関名: 原子輿分子科學研究所
• [雑誌論文] Strong Fermi Resonance Associated with Proton Motions Revealed by Vibrational Spectra of Asymmetric Proton-Bound Dimers (2021)
  • 著者名/発表者名: Qian-Rui Huang, Ryunosuke Shishido, Chih-Kai Lin, Chen-Wei Tsai, Jake A. Tan, Asuka Fujii, Jer-Lai Kuo
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 60 ページ: 1936-1941
  • DOI: 10.1002/anie.202012665
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Understanding Fermi resonances in the complex vibrational spectra of the methyl groups in methylamines (2021)
  • 著者名/発表者名: Qian-Rui Huang, Tomoya Endo, Saurabh Mishra, Bingbing Zhang, Li-Wei Chen, Asuka Fujii, Ling Jiang, G. Naresh Patwari, Yoshiyuki Matsuda, Jer-Lai Kuo
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 23 ページ: 3739-3747
  • DOI: 10.1039/d0cp05745b
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Anharmonic Coupling Revealed by the Vibrational Spectra of Solvated Protonated Methanol: Fermi Resonance, Combination Bands, and Isotope Effect (2021)
  • 著者名/発表者名: Chih-Kai Lin, Qian-Rui Huang, Ying-Cheng Li, Ha-Quyen Nguyen, Jer-Lai Kuo, Asuka Fujii
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry A 巻: 125 ページ: 1910-1918
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.1c00068
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Migrations and Catalytic Action of Water Molecules in the Ionized Formamide－(H2O)2 Cluster (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Matsuda, Yutaro Hirano, Shinichi Mizutani, Daichi Sakai, Asuka Fujii, Satoshi Maeda, Koichi Ohno
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry A 巻: 124 ページ: 2802-2807
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.0c00637
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of mixing between short-chain and branched-chain alcohols in protonated clusters (2020)
  • 著者名/発表者名: Po-Jen Hsu, Takahiro Shinkai, Pei-Han Tai, Asuka Fujii, Jer-Lai Kuo
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 22 ページ: 13223-13239
  • DOI: 10.1039/d0cp01116a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Infrared spectroscopic observation of the McLafferty rearrangement in ionized 2-pentanone (2020)
  • 著者名/発表者名: Ryo Yasumoto, Yoshiyuki Matsuda, Asuka Fujii
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 22 ページ: 19230-19237
  • DOI: 10.1039/d0cp02602f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vibrational spectroscopy of protonated amine-water clusters: tuning Fermi resonance and lighting up dark states (2020)
  • 著者名/発表者名: Chih-Kai Lin, Ryunosuke Shishido, Qian-Rui Huang, Asuka Fujii, Jer-Lai Kuo
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 22 ページ: 22035-22046
  • DOI: 10.1039/d0cp03229h
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Vibrational Coupling in Solvated H3O+: Interplay between Fermi Resonance and Combination Band (2020)
  • 著者名/発表者名: Qian-Rui Huang, Ying-Cheng Li, Tomoki Nishigori, Marusu Katada, Asuka Fujii, Jer-Lai Kuo
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 11 ページ: 10067-10072
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c03059
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] プロトン付加アルコールクラスターの水素結合に対するフッ素置換効果の赤外分光研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 新海孝洋、藤井朱鳥、Po-Jen Hsu、Jer-Lai Kuo
  • 学会等名: 分子科学会オンライン討論会
• [学会発表] アルカン２量体正イオンにおける水素分子脱離前駆体の赤外分光研究：分子間H-H準共有結合の形成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 安本 凌、松田欣之、藤井朱鳥
  • 学会等名: 分子科学会オンライン討論会
• [備考] 東北大学 大学院理学研究科化学専攻 量子化学研究室
  • URL: http://web.tohoku.ac.jp/qclab/