化学反応における振動・回転量子状態選択性に関する理論的研究

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本研究では、化学反応における生成物の振動および回転量子数分布を支配している因子を、分子軌道法および擬古典トラジェクトリー法により明らかにすることを目的としている。さらに、これまでに実験が行われていない反応について、振動回転状態分布を理論的に予測し、実験計画の指針となるモデルを構築することが本研究の目標である。本年度の研究対象として、遷移状態分光として最近注目をあびているイオン-分子反応(プロトン移動反応)を研究した。A^-+H-B(v,J)→[AHB]^-→A-H(v′,J′)+B^- 反応I具体的な反応系としては、2つの気相プロトン移動反応O^-+HF→OHW(v,J)+F^-F^-+HCl→HF(v,J)+Cl^-を特に詳細に研究した。この研究により、反応Iのタイプのプロトン移動反応のダイナミックスは、2つの反応チャンネル(中間体およびダイレクトチャンネル)の重ね合わせにより説明できることを明らかにした。この原因として、衝突直前の配向角(衝突角)が、その反応生成物の振動回転状態を支配していることを明らかにした。また、ごく最近、類似反応O^-+HCl→OH(v,J)+Cl^-F^-+HF→HF(v,J)+F^-について同様な研究を行い、このモデルの妥当性を確認した。これまで、反応のkinematicsがダイナミックスを支配していると考えられてきたが、本研究により、この効果の他に、衝突角のファクターがダイナミックスへ大きく影響することが明らかになった。