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2019 年度 実施状況報告書

イオン液体-分子性液体混合溶媒のUCST型及びLCST型相分離の分子論的解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K05038
研究機関佐賀大学

研究代表者

高椋 利幸  佐賀大学, 理工学部, 教授 (70291838)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードイミダゾリウム系イオン液体 / シクロエーテル / ホルムアミド / ホスホニウム系イオン液体 / 水素結合 / 双極子-双極子相互作用 / 3D-Ising / 平均場
研究実績の概要

赤外分光、1H, 13C NMR及び小角中性子散乱(SANS)法で解明したイミダゾリウム系イオン液体1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide(C4mimTFSA)とシクロエーテル類、tetrahydrofuran(THF), 1,4-dioxane, 1,3-dioxaneとの混合状態については、イミダゾリウム環とシクロエーテルとの水素結合とTFSA陰イオンに対するシクロエーテルの双極子-双極子相互作用が主に影響していることを結論した。この結論を分子動力学(MD)シミュレーションによって計算化学的に実証した。これらの研究成果を、Physical Chemistry Chemical Physicsに掲載した。
オクチル基を有するイオン液体C8mimTFSAと1,4-dioxaneとの混合溶液は温度低下に伴う相分離を起こす(UCST型相分離)。SANS法で決定した臨界指数νは、UCSTモル分率では3D-Ising機構で、その前後のモル分率では平均場機構で相分離が起こることを示した。すなわち、3D-Isingから平均場へ相分離機構のクロスオーバーが起こることがわかった。このクロスオーバーは、イオン液体-分子性液体混合溶液の相分離では世界で初めての発見である。
新たにC8mimTFSA-ホルムアミド混合溶液がUCST型相分離を起こすことを発見した。この相分離には、ホルムアミド分子間の強い水素結合が主に寄与していることを考察した。
さらに、ホスホニウム系イオン液体tetrabutylphosphonium trifluoroacetate(P4444TFA)-水混合溶液は温度上昇にともなう相分離(LCST型相分離)を起こす。現在、この系に対する相図を作成している。

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

UCST型相分離を生じるC4mimTFSA-シクロエーテル混合溶液系については、相分離機構のクロスオーバーを世界で初めて明らかにすることができた。この研究成果を論文として投稿準備中である。
新たに発見したC8mimTFSA-ホルムアミド混合溶液のUCST型相分離については、赤外分光やNMR法でイミダゾリウム環とホルムアミドの水素結合が弱いこと、これに対して、ホルムアミド分子間の水素結合が強いことが相分離の主要因であることを解明できた。すでに、SANS測定も実施しており、現在、SANSプロファイルから臨界指数νを決定している。
LCST型相分離を起こすP4444TFA-水混合溶液については、相図作成を終えつつある。

今後の研究の推進方策

UCST型相分離を起こすC8mimTFSA-ホルムアミド混合溶液については、イミダゾリウム陽イオンのアルキル鎖をオクチル基以外の鎖長に変えて相図を作成する。相図から相分離に対するアルキル鎖長の影響をマクロスコピックに考察するほか、赤外分光、NMR法でミクロスコピックにイミダゾリウム環とホルムアミドの水素結合及びホルムアミド分子間の水素結合を観る。SANS測定から臨界指数νを決定し、相分離の機構を議論する。
LCST型相分離を起こすP4444TFA-水混合溶液については、赤外分光、1H, 13C NMR法及びSANS法で研究を進める。さらに、MD法によって理論的な裏付けを行う。

次年度使用額が生じた理由

物品費が予算額よりも少額の執行であるのは、主に大学内の年次予算で物品購入を賄ったためである。次年度は、イオン液体合成のための試薬費が多額に必要であり、余剰金はこれに使用する予定である。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Lille(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      University of Lille
  • [雑誌論文] Mixing states of imidazolium-based ionic liquid, [C4mim][TFSI], with cycloethers studied by SANS, IR, and NMR experiments and MD simulations2020

    • 著者名/発表者名
      Kawano Masahiro, Sadakane Koichiro, Iwase Hiroki, Matsugami Masaru, Marekha Bogdan A., Idrissi Abdenacer, Takamuku Toshiyuki
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 22 ページ: 5332~5346

    • DOI

      10.1039/c9cp05258e

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Possible Proton Conduction Mechanism in Pseudo-Protic Ionic Liquids: A Concept of Specific Proton Conduction2019

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Hikari,Umecky Tatsuya,Arai Nana,Nazet Andreas,Takamuku Toshiyuki,Harris Kenneth R.,Kameda Yasuo,Buchner Richard,Umebayashi Yasuhiro
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 123 ページ: 6244~6252

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.9b03185

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Distance Angle Descriptors of the Interionic and Ion-Solvent Interactions in Imidazolium-Based Ionic Liquid Mixtures with Aprotic Solvents: A Molecular Dynamics Simulation Study2019

    • 著者名/発表者名
      Koverga Volodymyr A.,Smortsova Yevheniia,Miannay Fransois Alexandre,Kalugin Oleg N.,Takamuku Toshiyuki,Jedlovszky Pal,Marekha Bogdan,Cordeiro M. Natalia D. S.,Idrissi Abdenacer
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 123 ページ: 6065~6075

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.9b03838

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Conformational change of L-phenylalanine in fluorinated alcohol-water mixed solvents studied by IR, NMR, and MD simulations2019

    • 著者名/発表者名
      To Takahiro,Mizusaki Hiroaki,Murai Asami,Matsugami Masaru,Takamuku Toshiyuki
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Liquids

      巻: 290 ページ: 111192~111192

    • DOI

      10.1016/j.molliq.2019.111192

    • 査読あり
  • [学会発表] イミダゾリウム系イオン液体中におけるNi(II)イオンと分子性液体との錯形成に対するアルキル鎖長の効果2019

    • 著者名/発表者名
      高椋利幸,櫻井裕之,小川 輝,田代篤也,川頭祐太郎,貞包浩一朗,岩瀬裕希,小堤和彦
    • 学会等名
      第42回溶液化学シンポジウム
  • [学会発表] 1-メチル-3-オクチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート-分子液体混合系の低振動数スペクトル:メタノール,アセトニトリル,ジメチルスルホキシドの比較2019

    • 著者名/発表者名
      安藤雅俊,田代篤也,高椋利幸,城田秀明
    • 学会等名
      第42回溶液化学シンポジウム
  • [学会発表] テトラプロピルアンモニウムブロマイド-HFIP-水混合溶液中のエマルション形成2019

    • 著者名/発表者名
      松﨑慎ノ介,山本実咲,河野雅大,貞包浩一朗,岩瀬裕希,高椋利幸
    • 学会等名
      第42回溶液化学シンポジウム
  • [学会発表] イミダゾリウム系イオン液体とシクロエーテルの混合状態と相分離2019

    • 著者名/発表者名
      河野雅大,貞包浩一朗,松上 優,岩瀬裕希,高椋利幸
    • 学会等名
      第42回溶液化学シンポジウム
  • [学会発表] イミダゾリウム系イオン液体C8mimBF4と種々のアミド分子との微視的相互作用2019

    • 著者名/発表者名
      田代篤也,安藤雅俊,貞包浩一朗,岩瀬裕希,城田秀明,高椋利幸
    • 学会等名
      第42回溶液化学シンポジウム
  • [学会発表] イミダゾリウム系イオン液体C2mimTFSA中におけるNi(Ⅱ)イオンと環状分子,シクロエーテル,およびピリジンとの錯形成平衡2019

    • 著者名/発表者名
      池田剛大,川頭祐太郎,貞包浩一朗,岩瀬祐希,小堤和彦,高椋利幸
    • 学会等名
      第42回溶液化学シンポジウム
  • [学会発表] イオン液体C12mimTFSAとBenzeneおよびChloroformとの混合溶液中における色素Coumarin 153の溶媒和構造の観測2019

    • 著者名/発表者名
      西山大貴,高椋利幸
    • 学会等名
      第42回溶液化学シンポジウム
  • [学会発表] エチレンカーボネートを用いた溶媒和イオン液体のNMR測定2019

    • 著者名/発表者名
      益田弥都,草野竜征,高椋利幸,梅木辰也
    • 学会等名
      第42回溶液化学シンポジウム
  • [学会発表] ジカルボン酸を用いた共融系液体の形成に及ぼすアルギニン化学種効果2019

    • 著者名/発表者名
      河村 建,高椋利幸,梅木辰也
    • 学会等名
      第42回溶液化学シンポジウム
  • [学会発表] ギ酸ナトリウム水溶液の水和構造やダイナミクスに及ぼす炭酸水素ナトリウムの影響2019

    • 著者名/発表者名
      石井香里,高椋利幸,梅木辰也
    • 学会等名
      第42回溶液化学シンポジウム
  • [学会発表] アミノ酸およびジペプチド水溶液へのフッ化アルコール添加にともなう溶媒和構造の変化2019

    • 著者名/発表者名
      藤 貴弘,水﨑弘章,村井麻美,松上 優,高椋利幸
    • 学会等名
      第42回溶液化学シンポジウム
  • [学会発表] イオン液体-分子性液体の混合状態と相分離2019

    • 著者名/発表者名
      河野雅大,貞包浩一朗,松上 優,岩瀬裕希,高椋利幸
    • 学会等名
      日本分析化学会第68年会
  • [学会発表] アルギニン化学種とジカルボン酸からなる共融系液体の創製と生成機構2019

    • 著者名/発表者名
      河村 建,高椋利幸,梅木辰也
    • 学会等名
      日本分析化学会第68年会
  • [学会発表] Solvation Power of Hexafluoroisopropanol for Amino Acid Molecules2019

    • 著者名/発表者名
      T. Takamuku, T. To, H. Mizusaki, A. Murai, M. Matsugami
    • 学会等名
      EMLG/JMLG Annual Meeting 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Low-Frequency Spectra of 1-Methyl-3-Octylimidazolium Tetrafluoroborate Mixtures with Methanol, Acetonitrile, and Dimethyl Sulfoxide2019

    • 著者名/発表者名
      M. Ando, A. Tashiro, T. Takamuku, H. Shirota
    • 学会等名
      EMLG/JMLG Annual Meeting 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] エチレンカーボネートを用いた溶媒和イオン液体のNMR研究2019

    • 著者名/発表者名
      益田弥都,草野竜征,高椋利幸,梅木辰也
    • 学会等名
      第56回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] テトラプロピルアンモニウムブロマイド添加によるHFIP-水混合溶液の相平衡2019

    • 著者名/発表者名
      松﨑慎ノ介,山本実咲,河野雅大,貞包浩一朗,岩瀬裕希,高椋利幸
    • 学会等名
      第56回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] イオン液体C12mimTFSAとクロロホルムおよびベンゼンとの混合溶液中における色素Coumarin 153の溶媒和状態2019

    • 著者名/発表者名
      西山大貴,高椋利幸
    • 学会等名
      第56回化学関連支部合同九州大会
  • [学会発表] HFIP-水混合溶液中のアミノ酸L-ロイシンおよびL-フェニルアラニンの溶媒和構造変化の観測2019

    • 著者名/発表者名
      藤 貴弘,水﨑弘章,松上 優,高椋利幸
    • 学会等名
      日本分析化学会第79回分析化学討論会
  • [学会発表] イミダゾリウム系イオン液体中におけるアルコール分子とNi(II)イオンとの錯形成平衡2019

    • 著者名/発表者名
      高椋利幸,小川 輝,川頭 祐太郎,櫻井 裕之,貞包 浩一朗,岩瀬 裕希,小堤 和彦
    • 学会等名
      日本分析化学会第79回分析化学討論会
  • [学会発表] ホウ酸と低分子アルコール,カルボン酸の錯生成反応と錯体構造2019

    • 著者名/発表者名
      真瀬田幹生,宮崎義信,高椋利幸
    • 学会等名
      日本分析化学会第79回分析化学討論会
  • [学会発表] アルギニン及びその塩とリンゴ酸からなる共融液体の創製と生成機構解明2019

    • 著者名/発表者名
      河村 建,高椋利幸,梅木辰也
    • 学会等名
      日本分析化学会第79回分析化学討論会
  • [備考] 高椋・梅木研究室

    • URL

      http://solution.chem.saga-u.ac.jp/

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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