【研究領域課題番号】19K05183 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

金属クラスター / 活性化エネルギー / 解離反応 / 赤外解離分光法 / 気相昇温脱離法 / 量子化学計算 / 大気汚染物質 / 環境浄化触媒 / 質量分析法 / 赤外分光 / 赤外分光法 / クラスター / 質量分析

【研究成果の概要】

本研究では、気相分散した金属クラスター上での分子（一酸化窒素など）の解離反応の活性化エネルギーを測定するための装置の開発をおこなった。活性化エネルギーを求めるためには金属クラスターを加熱する必要がある。また、分子が解離したかを調べるためには、加熱したクラスターを冷却してプローブとなるアルゴン原子を付加する必要がある。これを実現するための装置を設計して既存の装置に組み込んだ。この装置を用いて金属クラスターに分子とアルゴンが付着した会合体の質量スペクトルを測定することができた。

【研究の社会的意義】

金属クラスターは触媒活性を持つことなどから注目されている。金属クラスター本来の活性を調べるためには気相分散させる必要があり従来の化学分析手法の適用には限界がある。そのためにクラスター上での分子の解離反応の活性化エネルギーの測定はおこなわれていなかった。本研究で開発した装置を用いることで、金属クラスター上での分子の解離反応の活性化エネルギーの測定が可能となる。活性化エネルギーがわかることで、組成を変えることなどによるクラスターの反応性の制御に対して指針が得られることが期待される。それにより、大気汚染物質である一酸化窒素などを効率よく分解できるクラスターなどが開発されることが期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)

【研究領域課題番号】19K23624 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イオン選択性 / バリノマイシン / 赤外分光法 / 冷却イオントラップ分光法 / 気相分光法 / 水和効果 / 赤外分光 / エレクトロスプレーイオン化 / 質量分析

【研究成果の概要】

本研究では、バリノマイシンのカリウムイオン選択性の起源を明らかにするために、バリノマイシンー金属錯体とその水和クラスターの構造を気相赤外分光法により調べた。その結果、親和性が高いカリウムとの錯体では対称性の高いコンフォメーションが水和されても維持されるのに対して、親和性の低いナトリウムでは水分子が一つ付加しただけで対称性が崩れ構造が歪むことがわかった。このことから、バリノマイシンのみならず、他のイオン選択性を示す他の分子においても水和効果が重要な因子であることを強く示唆している。

【研究の社会的意義】

本研究では，水和効果が分子のイオン選択性に大きな影響を及ぼしていることが示された。これは気相環境下で分子の組成・水分子の個数を精密に規定したことにより初めて示されたものであり、気相赤外分光法の威力を物語っている。精密な分光測定に裏打ちされたイオン選択性の構造論を展開した本研究は、イオン選択性を示す多様な分子の原理を解明するだけでなく、イオン選択性分子の創出にも寄与するものと考えられ、イオン分離や創薬にも展開されることが期待される。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2019-08-30 - 2022-03-31

【配分額】2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)

【研究領域課題番号】18H01938 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イオンチャネル / ペプチド / 質量分析 / レーザー分光法 / 赤外分光法 / 冷却イオン分光法 / レーザー分光 / 赤外分光 / 赤外分光方 / イオンチャンネル

【研究成果の概要】

イオンチャネルのイオン選択性に対する水和効果を分子レベルで解明するために，イオン選択部位である選択フィルターの部分ペプチドの種々の金属イオン錯体の水和クラスターを真空中に生成し，極低温下で赤外スペクトルを測定することで，それらの構造が水和によってどの様に変化するかを調べた。これまで，単純にイオンが選択フィルターに結合するのと水和されているのでどちらが安定かという視点でイオン選択性と水和の関係が述べられてきたが，本研究の結果，水和がイオン選択にもっと直接的に関わっているいくつかの例が明らかになった。

【研究の社会的意義】

本研究では，水和効果がイオンチャネルのイオン選択性に直接的かつ本質的な役割を果たしている可能性があることが示された。金属イオンの高い電荷密度は生体にとってタンパク質の高次構造を破壊する有害なものであり，水和は遮蔽効果により電荷を中和するのに役立っている。イオン選択過程においても，水和のその様な役割は不可欠であるが，それをうまく調整して利用することでイオン選択が達成できているらしい。本研究の結果は，イオンチャネルに関わる基礎的な生物学・化学だけでなく，超分子や創薬などの人工分子の設計にも資する知的基盤を提供するものと期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究分野】触媒・資源化学プロセス

【研究領域課題番号】16H04564 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

赤外分光 / 吸着 / 固体表面 / 触媒機能 / 赤外分光法 / 吸着振動 / 触媒機能解析 / 表面・界面物性 / 触媒・化学プロセス

【研究成果の概要】

赤外分光器と測定法を開発することで、分子の吸着振動をin-situで観測した。金属イオン交換型ゼオライトのカチオン振動をアルカリ金属について検討し、振動波数が311 cm-1 (Li+) から87 cm-1 (Cs+) へと順に、イオンの質量と半径に依存してシフトしていることを明確にした。分子カチオンではピリジン誘導体において、質量よりもピリジン環の電子密度が振動数（吸着力）に大きく影響を与えることがわかった。
さらに、同じカチオン種でもゼオライトの構造により約50 cm-1（0.6 kJ/mol）のエネルギー差が存在し、これが「閉じ込め空間場の効果」に対応するものであることが示唆された。

【研究の社会的意義】

これまでは、シンクロトロンや特殊な検出器などが用いられていたため、報告例の少ない分子の吸着に由来する振動（400 cm-1以下）を、装置と測定法を開発することでその場観測ができるようにした。ゼオライトはその空間構造やサイズによって吸着分子の「閉じ込め効果」が存在することが示唆されていたが、これを様々なゼオライトを用いて同一種の吸着振動によって直接観測し比較することで、その効果の違い（約50 cm-1, 0.6 kJ/mol）が分子間力に匹敵するエネルギーであることが示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)