Theoretical Modeling of Surfactant Aggregation Behavior

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本研究課題の目的はミセル形成を説明する既存の現象論的理論モデルを検証し，現実的な界面活性剤分子モデルを用いた分子動力学シミュレーションにより，ミセル形成自由エネルギーの構成要素を明らかにし，その結果に基づいて第一原理的に界面活性剤分子についてミセル形成自由エネルギーを与え，定量的なテストに耐えうる理論モデルを構築することである．本年度は第一に，界面活性剤を含む水溶液の大規模分子シミュレーションを実行し，界面活性剤分子間の静電相互作用エネルギー及び分散力によるエネルギー，界面活性剤分子と溶媒（水）との間の静電相互作用エネルギー及び分散力によるエネルギーを計算した．これにより，ミセル形成自由エネルギーの構成要素をエネルギー面から明らかにした．第二に，ミセル形成自由エネルギーの構成要素の一部である疎水性相互作用および疎水性部位の溶解度について詳細に調べた．溶液中の疎水性溶質の溶媒和自由エネルギーに対するイオン添加およびpH効果を統合的に理解するための計算を実施し，溶解度に対する塩添加効果の尺度であるセチェノフ係数Ksと疎水性相互作用に対する塩添加効果の尺度である浸透第２ビリアル係数Bのイオン濃度微分係数CIの相関関係を確かめた．この成果は2023年度中にまとめ，投稿する計画である．第三に，疎水性溶質分子間に働く有効相互作用が，溶質分子サイズと共にどのように変化するのかを明らかにする目的の研究を実施した．大規模分子シミュレーションを実行し，水中のメタン型分子間に働く疎水性相互作用および単純液体中のメタン型分子間に働く有効相互作用を，平均力ポテンシャルw(r)および浸透第２ビリアル係数Bとして評価した．溶質分子サイズ依存性の計算を行った．その結果，水溶液中ではBが負の値をとり，その絶対値が溶質分子直径σの６乗に比例して大きくなることを見出した．