| 研究課題/領域番号 |
20H00374
|
|---|
| 研究機関 | 広島大学 |
|---|
研究代表者 |
井口 佳哉 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (30311187)
|
|---|
| 研究分担者 |
村松 悟 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 助教 (40837796)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
|
| キーワード | 反応中間体 / エレクトロスプレー / 光化学反応 / 気相分光 / イオントラップ / 質量分析 / 紫外分光 |
|---|
| 研究実績の概要 |
合成有機化学などにおいて，多くの化学反応は溶液中で行われる。本研究の目的は，この溶液中で起こる化学反応の反応中間体を真空装置内に導入し，その質量スペクトルを観測するとともに極低温気相分光を実施することである。これにより，反応中間体の分子量，電子状態，幾何構造を決定し，これらの情報をもとに化学反応機構を分子レベルで明らかにすることを目的とする。2020年度は，溶液に光を照射することで開始される光化学反応の反応中間体の検出をめざした。この実験を実現するために，溶液に光を照射しながら真空装置への導入が可能な，光化学反応のためのエレクトロスプレーイオン源を設計，製作した。このイオン源では，反応溶液に光を照射しながら，溶液中で生じたイオンを真空装置へと連続的に導入することが可能である。このイオン源を用いて，アセトニトリル中ジシアノベンゼンとアリルシランの間で起こる光アリル化反応の中間体の検出を試みたところ，カチオン種の化学反応中間体の検出に成功した。次にこのカチオン種について極低温気相紫外分光を行ない，その紫外スペクトルを観測した。この紫外スペクトルを,量子化学計算の結果を併用することで解析し，化学反応中間体の電子状態と幾何構造の決定に成功した。この情報をもとに，光アリル化反応の反応機構について考察を行なった。
|
| 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
2020年度は，溶液中での光化学反応で生成する反応中間体の質量スペクトルの観測と，その極低温気相分光実験を行うことを目標として研究活動を行なった。この研究ではまず最初に，エレクトロスプレーイオン（ESI）源の送液管の途中に光化学反応を起こすための石英管を挿入した，光化学反応中間体のためのイオン源を設計，製作した。このイオン源では，反応溶液に光を照射しながら，溶液中で生じたイオンを真空装置へと連続的に導入することが可能である。このイオン源を用いて，アセトニトリル中ジシアノベンゼンとアリルシランの間で起こる光化学反応（光アリル化反応）の中間体の検出を試みたところ，カチオン種の化学反応中間体の検出に成功した。次にこのカチオン種を，真空中に導入した極低温イオントラップで捕捉することにより極低温冷却し，その極低温気相紫外分光を行なって，紫外スペクトルを観測した。この紫外スペクトルを，量子化学計算の結果を併用して解析することで，化学反応中間体の電子状態と幾何構造の決定に成功した。この情報をもとに，光アリル化反応の反応機構について分子論的な見地から考察を行なっているところである。この様に，今年度初頭の目標であった光化学反応の中間体の気相分光に成功していることから，研究は概ね順調に推移しているといえる。
|
| 今後の研究の推進方策 |
2020年度は，光照射により誘起される光化学反応の中間体の検出を行なったが，2021年度は，溶液を混合することで開始される化学反応の中間体の極低温気相分光をめざす。化学反応の途中で生じる反応中間体は一般に寿命が短く，その検出は困難である。また極低温気相分光を行うためには，長時間にわたり定常的にかつ安定に反応中間体を生成させる必要がある。この実験的な要請を達成するために，溶液を混合した後に短時間で真空装置へと導入する新規イオン源の開発をめざす。最初に，HPLCなどで使用されているティー型の配管継手を利用してイオン源を製作する予定である。このイオン源を用い，溶液混合で開始する酸化反応の検出をめざす。
|
