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分子動力学計算による分子配置を基にした高分子溶液のO K吸収端内殻励起計算

溶液中のポリイソプロピルアクリルアミド(PNIPAM)のO K吸収端の内殻励起スペクトルを得るために、分子動力学計算で得られた40-mer PNIPAMの分子配置から、終端に水素原子を付加した5-mer PNIPAMと共に、溶媒である水分子とメタノール分子を第二配位圏まで抽出した。9700個の抽出した高分子構造の内殻励起スペクトルの重ね合わせから、メタノール水溶液中のPNIPAMの内殻励起スペクトルを得た。得られた計算結果はO K吸収端XAS測定の結果を良く再現していて、PNIPAMのC=O π*ピークのエネルギーシフトから、高分子鎖の構造変化、C=O基へのメタノール分子から水分子への水素結合の交換、C=O基への水分子の配位数の増加を詳細に評価できることが分かった。

  1. M. Nagasaka et al., J. Chem. Phys. 162, 054901 (2025).

O K吸収端XAS測定によるメタノール水溶液中のポリイソプロピルアクリルアミドの共貧性溶媒効果の研究

ポリイソプロピルアクリルアミド(PNIPAM)は、純水と純メタノールには溶けるが、メタノール水溶液には溶けなくなる、共貧性溶媒効果を示すことが知られている。O K吸収端XAS測定に分子動力学計算と内殻励起計算による理論計算を組み合わせることにより、この共貧性溶媒効果のメカニズムを調べた。その結果、共貧性溶媒効果の発現は、PNIPAMにメタノールの塊が疎水性相互作用することで、PNIPAMの疎水性水和が壊されて、PNIPAMが凝集することが原因であることが分かった。

  1. M. Nagasaka et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 26, 13634 (2024).