第1回講義 化学Ｉ 電子科学研究所 玉置信之
本講義の概略 キーワード 分子構造、化学結合、物質、吸収スペクトル、電子状態 授業の内容 キーワード 分子構造、化学結合、物質、吸収スペクトル、電子状態 授業の内容 化学は生命現象や物質を理解するための学問である。我々の身の回りにある物質を原子や分子の視点からみるための基礎を概説する。 到達目標 物質の基本となる原子・分子について，元素・原子の電子構造・化学結合の観点から基礎的な理解を深める。 １．原子の構造：原子構造と周期律について量子力学の立場から説明できる。 ２．化学結合：混成軌道の概念にもとづいてσ結合とπ結合、分子の形を説明できる。 ３．軌道エネルギーと吸収スペクトル：物質の色と軌道エネルギーの関係を説明できる。 教科書 物質科学の基礎 / 多賀光彦、中村博、吉田登：三共出版、1993 化学結合の量子論入門 / 小笠原正明、田地川浩人 : 三共出版, 1994 量子化学/ 真船文隆： 化学同人、2007 連絡事項、授業で用いるパワーポイントファイル宿題や試験の解答例等を表示するwebサイト http://tamaoki.es.hokudai.ac.jp/chem/ (講義の前に必ず確認すること）
評価の方法 成績評価の基準と方法 出席（４０％、宿題点も含む、遅刻は満点の半分） 授業に対する積極性（１０％） 最終試験（５０％） 出席（４０％、宿題点も含む、遅刻は満点の半分） 授業に対する積極性（１０％） 最終試験（５０％） 秀・優・良・可および不可の比率は、大学の基準に沿う
分子の形を知ること、予測すること 例：タミフル ノイラミニダーゼ という酵素がシアル酸を基質とする反応を阻害することによりインフルエンザウイルスが感染細胞からきちんとしたエンベロープを形成して出てくるのを阻害する。 平面図 立体図 シアル酸
ノイラミニダーゼと基質の複合体の構造 ノイラミニダーゼ ＋シアル酸 ノイラミニダーゼ ＋タミフル 耐性ノイラミニダーゼ ＋タミフル インフルエンザウィルスを作らせないようにするには、与える分子の形が重要である。
人工分子AzoTPによる運動タンパクの駆動と光制御 ATP AzoTP Kinesin-microtubule system: Myosin-actin system: Joint work with Dr.Uyeda group at AIST AzoTP AzoDP + Pi AzoTP AzoDP + Pi
X線結晶構造解析で分子構造を見る 原子 ・異なる原子面から反射されるX線の間では、強め合う（位相が合う）場合と弱め合う場合がある。 ・nλ=2d‘sinθ を満足する時、X線は強め合う。→X線の波長λと強め合う時の角度θがわかれば原子間距離がわかる。→すべての原子間距離から分子中の原子の位置がわかる。
コレステロールの構造 結晶中で規則正しく配列したコレステロール分子 コレステロールの平面構造 X線結晶構造解析によって求められた 1コレステロール分子の拡大図
原子間力顕微鏡で分子を見る 有機半導体ペンタセンの構造 2009年8月28日 Science誌, IBMの研究者ら
分子構造を予測する ・量子化学計算 ・分子軌道法 ・分子力場計算 デモンストレーション
化合物の構造と色 ベンゼン ナフタレン アントラセン テトラセン ペンタセン 分子構造による「色」の違い、「電子的性質」の違い、「反応性」の違いをどのように説明できるのか。
合成分子の形 Professors James M. Tour and Richard Smalley of Rice University S.H. Chanteau and J. M. Tour, J. Org. Chem., 2003, 68, 8750.
分子カーの走り J. Tourら 2005年
分子人形のメンバー
分子人形の実際の形 分子力場計算結果
原子の構造から始める
原子の構造はどうなっているのか。 ＋ ＋ － － ＋ － ＋ － － ＋
ラザフォードの実験 薄い金属箔 2＋ 電子に対する陽子の質量 ＝１８４０倍 実際の値
原子に関する情報 ２ 光検出器 スリット 20KV 放電管 放電 水素 J.J.Barmer(バルマー）1885年 水素分子は放電によって 出てくる光の波長を知ることができる 水素 J.J.Barmer(バルマー）1885年 水素分子は放電によって 水素原子へとばらばらになる 410.17nm 434.05nm 486.13nm 656.28nm 410 434 486 686 青 赤 n3 → n2への 1568527(73) 1.097373×10-7m-1 R =1.10×107m-1 リュードベリ定数