Elucidating the growth mechanism of aromatic hydrocarbons at high temperatures

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高温環境における炭化水素分子の成長メカニズムを解明するために、分子成長に寄与する化学反応機構の研究を実施した。令和４年度は、高繰り返し衝撃波管を用いた紫外過渡吸収分光法により、フェニルラジカルとオルトベンザインの反応挙動を解析した。フェニルラジカルの前駆体としてヨードベンゼンおよびニトロソベンゼンを用い、衝撃波加熱によりこれら前駆体を分解させることでフェニルラジカルを生成し、フェニルラジカルの熱分解によりオルトベンザインを生成させた。波長200-300nmにおいて取得した過渡吸収スペクトルには複数成分の寄与が含まれていたが、波長250nm付近に特徴的な過渡吸収挙動が観測された。過渡挙動および吸収波長から、これをオルトベンザインによるものと同定し、その吸収量の時間変化からオルトベンザインの熱分解速度定数を求めた。速度定数の導出には、詳細反応モデルを用いて副反応の寄与を含む解析を行った。オルトベンザインが関与する反応は芳香族の分子成長に寄与することが提案されており、本研究でその吸収を同定したことは、今後の反応研究の基礎となるものである。理論化学的手法による反応解析については、共鳴安定化ラジカルの反応による芳香族の成長過程に注目し、量子化学計算と速度論解析を行った。主にプロパルギルラジカル、インデニルラジカル、フルベナレニルラジカル、およびシクロペンタジエニルラジカルが関与する反応を計算し、３環の化合物が生成する新たな反応経路を見出した。