赤外シュタルク分光法を用いた巨大分子の構造-機能相関の解明

使用红外斯塔克光谱阐明大分子的结构-功能关系

• 批准号: 15685005
• 负责人: 中林 孝和
• 金额: $ 15.31万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15685005/
• 关键词: 赤外吸収スペクトル; 外部電場効果; シュタルク効果; ペプチド基; 高分子; 非調和性; 配向変化; 誘電率; FT-IR; シュタルクシフト; 電場効果; タンパク質; アミドバンド; 双極子モーメント; シュタルクスペクトル; 電荷移動錯体

外部電場の印加に伴う赤外吸収スペクトルの変化を検出する赤外電場吸収スペクトル測定システムを製作し,タンパク質をはじめとする凝縮系の巨大分子に応用することを目的としている。本年度は,昨年度測定したα-ヘリックスを示すポリペプチドであるポリ-γ-ベンジル-L-グルタメート(PBLG)の高分子薄膜の赤外電場吸収スペクトルの理論解析を行なった。またPMMAなど他の高分子薄膜の赤外電場吸収スペクトルの測定も同様に行い,さらに赤外電場吸収用の溶液セルを製作し,溶液系への応用も行った。PBLGの赤外電場吸収スペクトルにおいて,各振動バンドは,ゼロ次微分,一次微分,二次微分の線形結合の形を示し,Liptayらによる理論式を用いて再現することができた。振動励起に伴う双極子モーメントの変化(Δμ)は,二次微分の項から求めることができる。N-H伸縮(アミドA)振動,アミドI振動,側鎖のC=0伸縮振動バンドのΔμ値は,それぞれ0.11,0.05,0.06Dであった。他の振動バンドのΔμ値は0から0.03Dの範囲であり,アミドA振動のΔμ値が非常に大きいことがわかる。振動の非調和性の理論から,アミドA振動の大きなΔμ値は,アミドA振動の非調和性に由来することがわかった。一次微分の項から振動励起に伴う分子分極率の変化(Δα)を求めることができ,側鎖のC=0伸縮振動バンドが最も大きく約2.0Å^3であった。このC=0伸縮振動バンドの大きなΔα値は,PMMA薄膜においても同様に観測された。ゼロ次微分の項は外部電場による高分子の配向変化を表しており,PBLGについては,側鎖の振動バンドが骨格の振動バンドよりも大きな値を持つことがわかった。この結果は,電場によって骨格よりも側鎖が大きく配向しているを示している。この電場による配向変化が高分子の配向分極となることから,側鎖の配向変化が,PBLGの誘電率の値に大きく寄与していることがわかる。赤外電場吸収スペクトルの測定は,高分子の誘電率を分子レベルで調べる有効な手法であることがわかる。

我们开发了一种红外电场吸收光谱测量系统，可检测由于施加外部电场而引起的红外吸收光谱的变化，并旨在将其应用于蛋白质等凝聚态高分子。今年，我们对去年测量的具有α螺旋的多肽聚-γ-苄基-L-谷氨酸（PBLG）聚合物薄膜的红外电场吸收光谱进行了理论分析。此外，我们同样测量了PMMA等其他聚合物薄膜的红外电场吸收光谱，并制作了用于红外电场吸收的溶液池并将其应用于溶液体系。在PBLG的红外电场吸收光谱中，每个振动带呈现零阶、一阶和二阶导数线性组合的形式，可以使用Liptay等人的理论公式来重现。由振动激励引起的偶极矩 (Δμ) 的变化可以从二阶微分项确定。 N-H伸缩(酰胺A)振动、酰胺I振动、侧链C=0伸缩振动带的Δμ值分别为0.11、0.05、0.06D。可以看出，其他振动带的Δμ值范围为0～0.03D，酰胺A振动的Δμ值很大。从振动非谐性理论发现，酰胺A振动较大的Δμ值来自于酰胺A振动的非谐性。由一阶微分项可以确定振动激发引起的分子极化率（Δα）的变化，侧链的C=0伸缩振动带最大，约为2.0 Å^3。在PMMA薄膜中也观察到了C=0伸缩振动带的大Δα值。零阶导数项表示由于外部电场导致聚合物取向的变化，发现对于PBLG，侧链振动带具有比骨架振动带更大的值。该结果表明侧链比主链更受电场定向。由于该电场引起的取向变化成为聚合物的取向极化，因此可以看出侧链的取向变化对PBLG的介电常数值有很大贡献。可见，红外电场吸收光谱的测量是在分子水平上研究聚合物介电常数的有效方法。

项目成果

Md.Wahadoszamen: "Electric field effects on photoisomerization process of diphenylpolyenes doped in a polymer film as revealed by a field-induced change in fluorescence spectrum"Chemical Physics Letters. 387・1-3. 124-129 (2004)

Md.Wahadoszamen：“电场对聚合物薄膜中掺杂的二苯基多烯的光异构化过程的影响，通过场诱导的荧光光谱变化来揭示”，《化学物理快报》387・1-129（2004）。

A relation between external electric field effect on photoluminescence and generation efficiency of electroluminescence : methylene-linked compounds of pyrene doped in a polymer film

外电场对光致发光的影响与电致发光产生效率的关系：聚合物薄膜中掺杂芘的亚甲基连接化合物

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proc.EL Con.
• 作者: N.Ohta;T.Nakabayashi;T.Iimori;T.Yoshizawa;T.Morikawa
• 通讯作者: T.Morikawa

Direct Measurements of the Electric-Field-Induced Change in Fluorescence Decay Profile of Pyrene Doped in a Polymer Film

直接测量聚合物薄膜中掺杂芘的电场引起的荧光衰减曲线变化

• 发表时间: 2004
• 期刊: Chem. Phys. Lett. 395
• 作者: T.Nakabayashi;T.Morikawa;N.Ohta
• 通讯作者: N.Ohta

Time-resolved measurements of the external electric field effects on fluorescence in electron donor and acceptor pairs of N-ethylcarbazole and dimethyl terephthalate doped in a polymer film

时间分辨测量外部电场对聚合物薄膜中掺杂的 N-乙基咔唑和对苯二甲酸二甲酯电子供体和受体对荧光的影响

• 发表时间: 2005
• 期刊: Chem. Phys. 319
• 作者: T.Iimori;T.Yoshizawa;T.Nakabayashi;N.Ohta
• 通讯作者: N.Ohta

External electric field effects on emission of a mixture of tetraphenylporphyrin and fullerene doped in a polymer film

外电场对聚合物薄膜中掺杂的四苯基卟啉和富勒烯混合物发射的影响

• 发表时间: 2006
• 期刊: J.Chin.Chem.Soc. 53(1)
• 作者: M.Wahadoszamen;T.Nakabayashi;N.Ohta
• 通讯作者: N.Ohta