| 研究課題/領域番号 |
21K14585
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
平田 圭祐 東京工業大学, 理学院, 助教 (80845777)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | プロトン移動 / 冷却イオントラップ赤外分光法 / 赤外分光 / グロータス機構 / ビークル機構 |
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| 研究実績の概要 |
プロトン移動は化学反応における最も基本的な素過程であり、有機合成のみならず生命現象においても鍵となる役割を果たしている。これまで、水中のプロトン移動反応として、グロータス機構とビークル機構が提唱されてきた。グロータス機構はプロトンが隣の水分子に次々に乗り移ることでプロトンが移動する機構であり、ビークル機構はプロトンがヒドロニウムイオン（H3O+）の形で移動する機構である。グロータス機構を仮定するとプロトンの拡散係数等が合理的に説明できることから、グロータス機構が広く受け入れられてきたが、実験による実証研究は未だに進んでいない。本研究では、水和によりプロトン移動が誘起される分子群に着目して、プロトン移動の微視的な反応機構を赤外分光法を用いて明らかにすることを目指している。
1) プロトン付加分子の気相中でのプロトン付加位置の決定
複数のプロトン付加位置を有するニコチン、p-アミノ安息香酸の気相中でのプロトン付加位置を冷却イオントラップ赤外分光法と呼ばれる先端分光技術を用いて明らかにした。その結果、水分子の個数に応じてプロトン付加位置が変化することが明らかになった。この成果はThe Journal of Americal Chemical Society誌、Physical Chemistry Chemical Physics誌に掲載され、表紙に選出されるなど高く評価されている。
2) プロトン移動反応の機構解明
1)で水和によるプロトン移動反応が起きることが明らかとなり、その反応機構を調べるために重水を用いた同位体標識法を赤外分光法と組み合わせた。その結果、p-アミノ安息香酸の水和クラスターにおいては、水和する分子の個数に応じて反応機構（グロータス機構とビークル機構）が変化することが強く示唆された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当該年度は、同位体標識と赤外分光法を組み合わせてプロトン移動反応のメカニズムを解明することを目指した。この当初の目論見通りに研究を進めることができた。さらに、水和の程度によってプロトン移動のメカニズムが変化する、という新たな物理化学現象を捉えることができ、当初の想定以上の学術的成果を得ることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
温度を制御した条件で、プロトン移動を引き起こす実験系を構築し、プロトン移動の反応障壁を実験的に決定する。プロトン移動反応のメカニズムによって反応障壁がどう変わるか明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
装置改良を進める予定であったが、改良無しでも十分なイオン量が得られることが判明したため。今後より精密な実験を進めるためには赤外レーザーの高強度化が必要であり、そのための光学結晶等の経費を次年度に計上した。
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