温度変調によるエネルギー有利な安定相から不利な準安定相への転換機構の提唱

提出通过温度调制从能量有利的稳定相到能量不利的亚稳态相的转换机制

基本信息

批准号：
21K03379
负责人：
勝野弘康
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

過飽和溶液を温度一定に保つと結晶が析出し，最終的には平衡状態が実現する．昨年までに，溶液に安定相結晶と準安定相結晶を入れてさらに温度を昇降させた場合の結晶成長模型を構築することができたので，本年度は安定相結晶が準安定相結晶へと転換する機構を詳細に検討した．高温時には結晶が溶解するが，結晶量が豊富にあれば，豊富なクラスタが生成されるため，結晶に対して過飽和なクラスタ分布を形成する．このとき，高温であってもクラスタによる結晶の成長が起こり，結果として溶解速度が小さくなる．系内に多量の準安定相結晶と少量の安定相結晶が存在すると，準安定相結晶が溶けにくくなるため，結晶量に差が生まれる．低温にすると，結晶は成長するので，分子やクラスタの過飽和な状態が緩和される．この過程を繰り返すことで安定相から準安定相への転換が進む．この機構による転換では，溶解度差が大きくなると，準安定相が生き残にために必要な初期結晶量差も大きくなる．質量空間上での系の振る舞いを調べピッチフォーク型の分岐に相当することを見出した．またこの結果を用いて，初期結晶量差と溶解度差をパラメータとした相転換相図を作成した．また，最近，温度昇降と結晶粉砕を同時に適用した相転換の実験が報告されている．この実験系はカイラル分子を持つので，本研究で進めている単一分子系の結果をそのまま当てはめてよいか疑問が残る．そこで，実験系に合わせて，カイラル分子，安定ラセミ結晶，準安定カイラル結晶に加えてそれぞれの結晶に対応するクラスタを考えた8成分の反応模型を考案し，報告された実験結果を概ね再現できるに至っている．

如果将过饱和溶液保持在恒温下，晶体就会沉淀出来，最终达到平衡状态。到去年，我们已经能够构建一个晶体生长模型，其中将稳定相晶体和亚稳相晶体放置在溶液中，并进一步升高和降低温度，并详细研究了这种情况发生的机制。在高温下，晶体溶解，但如果晶体的量丰富，则会产生丰富的簇，形成相对于晶体的过饱和簇分布。此时，即使在高温下也会因簇而发生晶体生长，导致溶解速度降低。当体系中存在大量亚稳相晶体和少量稳定相晶体时，亚稳相晶体变得难以溶解，导致晶体数量的差异。当温度降低时，晶体生长，从而缓解分子和团簇的过饱和状态。通过重复该过程，从稳定相过渡到亚稳定相。在通过该机制的转化中，随着溶解度差异增大，亚稳相存活所需的初始晶体的量的差异也增大。我们研究了系统在质量空间中的行为，发现它对应于干草叉型分岔。利用这些结果，我们还使用初始晶体量差和溶解度差作为参数创建了相变图。最近，已经报道了同时应用升温和晶体粉碎的相变实验。由于该实验体系具有手性分子，因此本研究中单分子体系的结果是否可以直接应用值得怀疑。因此，根据实验体系，我们设计了一个八组分反应模型，考虑了手性分子、稳定外消旋晶体、亚稳态手性晶体以及每种晶体对应的簇，并且能够粗略地重现所报道的实验结果。这一点。