冷却イオントラップ分光法による分子内プロトン移動反応の微視的機構の解明

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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。