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比較的大きな系におけるプロトン移動反応の量子・半古典ダイナミクス

相对较大系统中质子转移反应的量子和半经典动力学

基本信息

批准号：
16750006
负责人：
牛山浩
金额：
$ 2.37万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

プロトン移動反応は、酸化還元反応や生体内反応など、最も基本的かつ重要な反応の一つであるばかりでなく、近年では、水素吸蔵などに関連して工学的応用面からも注目されている。こうしたプロトン移動反応に伴い、電子の分布はどのように変化するのであろうか。アト秒レーザー技術の進歩は、こうした電子の運動を直接観測できる可能性を秘めている。我々は、こうした電子の早い運動が化学反応に及ぼす影響を調べるため、電子の運動を量子力学で記述し、核の運動を古典力学で記述する"量子-古典混合法"を開発した。本年度は、我々の開発した方法を水分子とオキソニウムイオンの衝突反応におけるプロトン(水素原子)移動反応に適応した。この反応は、水溶液中におけるプロトンリレー反応の1要素となっており、生体内における電荷輸送の観点からも注目されている。この系におけるMOの性質やCSFの形、及び、その係数の時間変化から、以下のことを明らかにした。(1)基底状態では、プロトンの移動と同時に、プロトンの移動とは逆向きに0.6個の電子が水分子からオキソニウムイオンへとゆっくりと移動する。この基底状態のプロトン移動に伴う電子の移動は、水分子の持つsp3混成軌道とオキソニウムイオンのsp2混成軌道間で、σ-σ相互作用を通して断熱的に起こることを明らかにした。(2)第一電子励起状態での電子移動では、基底状態のダイナミクスとは異なり、プロトンは常に約1.0個の電子を伴って水素原子として移動する。この励起状態の水素原子移動に伴う電子の移動は、基底状態の場合とは逆に水素原子移動と同じ向きに起こっていることが分かった。この電子移動は、水分子とオキソニウムイオンの酸素のπ軌道間でのトンネル現象を利用して、水素原子移動に伴い瞬間的かつ非断熱的に起こることを明らかにした。

In recent years, water absorption has been closely related to the application of engineering. The distribution of electrons in the electron field is different. The progress of technology is to measure the movement of electrons directly. The "quantum-classical hybrid method" for describing the motion of electrons in quantum mechanics and describing the motion of nuclei in classical mechanics was developed. This year, we have developed a new method for solving the problem of water molecules, such as water atoms, mobile reactions, etc. In aqueous solution, the charge transport in the reaction medium is the most important factor. This is the property of MO, CSF shape, and coefficient of time. (1)The substrate state is the same as that of the water molecule, and the electrons of the water molecule are in the opposite direction. The movement of the substrate state is accompanied by the movement of electrons, the retention of sp3 hybrid orbitals, the σ-σ interaction, the opening and closing of heat, and the opening and closing of heat. (2)The first electron excited state electron movement is different from the base state electron movement is usually about 1.0 electrons. The excitation state of the water atom movement is accompanied by the movement of the electron, and the base state of the water atom movement is reversed. The electron movement of water molecules is accompanied by the instantaneous movement of water atoms.