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2020 年度 実績報告書

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 / ホスホニウム系イオン液体 / 分子性液体 / 水素結合 / 静電的相互作用 / 3D-Ising / 平均場 / クロスオーバー
研究実績の概要

イミダゾリウム系イオン液体1-Hexyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide(C6mimTFSA)と分子性液体であるFormamideとの混合溶液は上部臨界溶液温度(UCST)型相分離を起こす。小角中性子散乱(SANS)測定により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がわかった。すなわち、3D-Isingから平均場へ相分離機構がクロスオーバーする。このクロスオーバーは、前年度にSANS実験を行った1-Methyl-3-octylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide(C8mimTFSA)-1,4-dioxane混合溶液系でも見られた。
3D-Ising機構では水素結合のような近距離の相互作用が相分離に寄与し、平均場機構では電場のような遠距離の相互作用が影響していると考えられる。これらのことを、イオン液体-分子性液体混合溶液の相分離で確認するために、赤外分光や1H, 13C NMRによりイオン液体と分子性液体のミクロスコピックな相互作用を観測した。さらに、分子動力学(MD)法によって、相互作用をシミュレーションした。その結果、イオン液体-分子性混合溶液の相分離は、温度低下にともなう水素結合強化により発達した分子性液体クラスターが、陽イオンと陰イオンの静電的相互作用によるイオン液体クラスターを排除したときに起こると考えられた。UCSTモル分率では、前者が大きく寄与することによって3D-Ising機構で相分離し、UCST以外のモル分率では、後者により平均場機構で相分離が起こると考察した。しかし、なぜUCST組成で分子性液体間の水素結合強化の寄与が大きくなるかはわからない。下部臨界溶液温度(LCST)型相分離を起こすホスホニウム系イオン液体Tetrabutylphosphonium trifluoroacetate(P4444TFA)-水混合溶液と電荷を持たない分子性液体同士の混合溶液であるアセトニトリル-水系に対するSANS測定を実施し、クロスオーバーの原因を分子レベルで解明している。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件) 図書 (1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] Aggregation of the Dipeptide Leu-Gly in Alcohol-Water Binary Solvents Elucidated from the Solvation Structure for Each Moiety2021

    • 著者名/発表者名
      To Takahiro, Sakamoto Yusuke, Sadakane Koichiro, Matsugami Masaru, Takamuku Toshiyuki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 125 ページ: 240~252

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c08809

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Voronoi Polyhedra as a Tool for the Characterization of Inhomogeneous Distribution in 1-Butyl-3-methylimidazolium Cation-Based Ionic Liquids2020

    • 著者名/発表者名
      Koverga Volodymyr, Maity Nishith, Miannay Francois Alexandre, Kalugin Oleg N., Juhasz Akos, Swiatek Adam, Polok Kamil, Takamuku Toshiyuki, Jedlovszky Pal, Idrissi Abdenacer
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 124 ページ: 10419~10434

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c07398

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Low-Frequency Spectra of 1-Methyl-3-octylimidazolium Tetrafluoroborate Mixtures with Methanol, Acetonitrile, and Dimethyl Sulfoxide: A Combined Study of Femtosecond Raman-Induced Kerr Effect Spectroscopy and Molecular Dynamics Simulations2020

    • 著者名/発表者名
      Ando Masatoshi, Kawano Masahiro, Tashiro Atsuya, Takamuku Toshiyuki, Shirota Hideaki
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 124 ページ: 7857~7871

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c04870

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solvation Structures of Tetraethylammonium Bromide and Tetrafluoroborate in Aqueous Binary Solvents with Ethanol, Trifluoroethanol, and Acetonitrile2020

    • 著者名/発表者名
      Takamuku Toshiyuki, Yamamoto Misaki, To Takahiro, Matsugami Masaru
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 124 ページ: 5009~5020

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.0c02586

    • 査読あり
  • [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
  • [学会発表] イミダゾリウム系イオン液体と種々のシクロエーテルの微視的相互作用2020

    • 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
      溶液化学研究会若手の会オンラインシンポジウム
  • [学会発表] アルコール-水混合溶液中におけるLysozymeおよびβ-Lactoglobulinの構造変化の観測2020

    • 著者名/発表者名
      佐々木隆,原口知也,貞包浩一朗,岩瀬裕希,高椋利幸
    • 学会等名
      溶液化学研究会若手の会オンラインシンポジウム
  • [学会発表] Complex Formation of Ni2+ with Acetonitrile, Methanol, and Dimethyl Sulfoxide in Imidazolium-based Ionic Liquids2020

    • 著者名/発表者名
      T. Takamuku
    • 学会等名
      錯体化学会第70回討論会,Sympojium S3 New Era of Bioinorganic Chemistry Developed by the Quantum Beam and High Performance Computational Science
    • 招待講演
  • [学会発表] ホウ酸と低分子アルコールおよびヒドロキシ酸との錯生成反応と錯体構造2020

    • 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69年会
  • [図書] 化学便覧 基礎編 改訂6版2021

    • 著者名/発表者名
      公益社団法人 日本化学会
    • 総ページ数
      1534
    • 出版者
      丸善出版
    • ISBN
      4621305212
  • [備考] 高椋・梅木研究室

    • URL

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

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公開日: 2021-12-27  

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