生体分子解析学 2017/3/13 2017/3/13 機器分析 分光学 Ｘ線結晶構造解析 質量分析 熱分析 その他機器分析.

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1 生体分子解析学 2017/3/13 2017/3/13 機器分析 分光学 Ｘ線結晶構造解析 質量分析 熱分析 その他機器分析

2 演習 宿題 人生が充実している人と、そうでない人は、何が一番ことなるので しょうか？
2017/3/13 演習 人生が充実している人と、そうでない人は、何が一番ことなるので しょうか？ 宿題 (予習) Ｘ線を用いた薬剤化合物の解析にはどのような方法がある か答えなさい。またその方法で何が解るかについても説明しなさい。

3 Ｘ線分析法 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 原子によるＸ線吸収を観測する分光法 蛍光Ｘ線分光法
2017/3/13 Ｘ線分析法 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 原子によるＸ線吸収を観測する分光法 蛍光Ｘ線分光法 原子が発する蛍光Ｘ線 (低エネルギー(= 長 波長)) を観測 する分光法 Ｘ線結晶構造解析 Ｘ線回折を利用して、分子の　　三次元　　構造 (化学構 造ではない) を決定する手法 粉末Ｘ線回折法 結晶　　多形　　　を検出する手法。Ｘ線回折を利用して 結晶格子の違い (結晶相) を評価する手法。

4 Ｘ線回折とは Ｘ線回折はちょうど良い角度のときだけ起こる 出典：イメージから学ぶ構造解析法（第２版）定金豊 著、京都廣川書店
2017/3/13 Ｘ線回折とは Ｘ線回折はちょうど良い角度のときだけ起こる 出典：イメージから学ぶ構造解析法（第２版）定金豊 著、京都廣川書店

5 2017/3/13 Ｘ線回折とは 波の回折（波の干渉）：強め合う場合 θ θ

6 Ｘ線回折とは 2d sinθ = nλ nλ d = 2sinθ d = f(θ) 波の回折（波の干渉）：強め合う場合 θ θ
2017/3/13 Ｘ線回折とは 波の回折（波の干渉）：強め合う場合 2d sinθ = nλ 2sinθ nλ d = θ θ 面間隔d(分解能) は角度θの関数 θ d d = f(θ) d 面間隔 d = 分解能

7 演習 Ｘ線が結晶の格子面に対して下図のように角度θで入射し、角 度θで散乱（反射）している（前提条件）。
2017/3/13 演習 Ｘ線が結晶の格子面に対して下図のように角度θで入射し、角 度θで散乱（反射）している（前提条件）。 この時、角度 a, b が a = θ, b = 2θとなることを証明しなさい。 θ θ d a 面間隔 d b d

8 演習 Ｘ線が結晶の格子面に対して下図のように角度θで入射し、角 度θで散乱（反射）している（前提条件）。
2017/3/13 演習 Ｘ線が結晶の格子面に対して下図のように角度θで入射し、角 度θで散乱（反射）している（前提条件）。 この時、角度 a, b が a = θ, b = 2θとなることを証明しなさい。 正解者 32 部分正解者 17 誤答 26 計 75 中学校の数学（図形）の問題

9 演習 角度 a, b が a = θ, b = 2θとなることを証明しなさい。 θとaに挟まれた角をcと すると
2017/3/13 演習 角度 a, b が a = θ, b = 2θとなることを証明しなさい。 θとaに挟まれた角をcと すると a + c = 90° eq.1 θ θ θ + c = 90° eq.2 c d a eq.1とeq.2の差をとると a + c = 90° d −) θ + c = 90° b d a − θ = 0° 即ち、 a = θ

10 演習 角度 a, b が a = θ, b = 2θとなることを証明しなさい。 角度 d, e, f, g, h を図の ように定義する。
2017/3/13 演習 角度 a, b が a = θ, b = 2θとなることを証明しなさい。 角度 d, e, f, g, h を図の ように定義する。 ∠d (= ∠k) = ∠f = ∠h d e k θ θ a よって ∠h = θ d ∠g = ∠e = θ d b g f θ θ θ h d ∠b = ∠g + ∠h = θ + θ = 2θ

11 宿題 以下の文章から読み取れることを書き出しなさい。 例）A氏が軽井沢でゴルフをする時はいつも、40人近い長野
2017/3/13 宿題 以下の文章から読み取れることを書き出しなさい。 例）A氏が軽井沢でゴルフをする時はいつも、40人近い長野 県警の警察官が警護に当たるのが常だった。 16歳の少年が郷里の新潟県から出稼ぎに上京したのは1934年 （昭和９年）のことだった。 余裕があれば以下の課題もやってみて下さい。 「定性(分析)」とはどのような分析かを説明しなさい（この 言葉の辞書の編集者になった気持ちで）。

12 宿題 以下の文章から読み取れることを書き出しなさい。 16歳の少年が郷里の新潟県から出稼ぎに上京したのは1934年
2017/3/13 宿題 以下の文章から読み取れることを書き出しなさい。 16歳の少年が郷里の新潟県から出稼ぎに上京したのは1934年 （昭和９年）のことだった。 16歳で働く＞少年の学歴は中学以下 16歳で働く＞この時代はこの年齢で腹をくくって働かなけれ ばならない時代 16歳で出稼ぎに出なければならない＞家は裕福ではないかも 1934年は第二次世界大戦の少し前＞日本の世界の中の立ち位 置は発展途上国＞国全体がまだ貧しい時期 新潟県は雪国＞冬は雪で閉ざされる＞生活も大変＞冬場の労 働が限られる＞やはり貧しさにつながる

13 2017/3/13 Ｘ線回折とは 回折X線 入射X線と回折 X線のなす角度 2θ 回折X線 θ d 面間隔 θ 入射X線

14 Ｘ線分析法 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 原子によるＸ線吸収を観測する分光法 蛍光Ｘ線分光法
2017/3/13 Ｘ線分析法 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 原子によるＸ線吸収を観測する分光法 蛍光Ｘ線分光法 原子が発する蛍光Ｘ線 (低エネルギー(= 長波長)) を観測 する分光法 Ｘ線結晶構造解析 Ｘ線回折を利用して、分子の三次元構造 (化学構造では ない) を決定する手法 粉末Ｘ線回折法 結晶多形を検出する手法。Ｘ線回折を利用して結晶格子 の違い (結晶相) を評価する手法。

15 Ｘ線結晶構造解析 回折点 格子状に並んでいる (厳密には逆空間中) 格子点 (h, k, l) で 各回折点を指定できる
2017/3/13 Ｘ線結晶構造解析 回折点 格子状に並んでいる (厳密には逆空間中) 格子点 (h, k, l) で 各回折点を指定できる 各回折点は固有の強度を有している X線回折データ 格子点 (h, k, l) の 回折(X線)強度 逆フーリエ変換（コンピュータによる計算） 電子密度 電子密度への原子の割当 = 三次元構造の決定

16 Ｘ線の散乱 y = f(x) Ｘ線回折 散乱Ｘ線の干渉 yはxの関数の意 Σ(散乱X線) 散乱X線を 足し合わせ るの意
2017/3/13 Ｘ線の散乱 y = f(x) Ｘ線回折 散乱Ｘ線の干渉 yはxの関数の意 Σ(散乱X線) 散乱X線を 足し合わせ るの意 Ｘ線を散乱させる本体： 電子 散乱Ｘ線 e− 入射Ｘ線 回折Ｘ線 入射Ｘ線 散乱Ｘ線 散乱Ｘ線 = f(電子密度) e− 回折Ｘ線 = Σ(散乱X線) 散乱Ｘ線 e− 入射Ｘ線 回折Ｘ線 = f1(電子密度) 電子密度 = f2 (回折Ｘ線) 即ち、

17 Ｘ線結晶構造解析 回折点 格子状に並んでいる (厳密には逆空間中) 格子点 (h, k, l) で 各回折点を指定できる
2017/3/13 Ｘ線結晶構造解析 回折点 格子状に並んでいる (厳密には逆空間中) 格子点 (h, k, l) で 各回折点を指定できる 各回折点は固有の強度を有している X線回折データ 格子点 (h, k, l) の 回折(X線)強度 逆フーリエ変換（コンピュータによる計算） 電子密度 電子密度への原子の割当 一次データ = 三次元構造の決定 (二次データ)

18 Ｘ線分析法 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 原子によるＸ線吸収を観測する分光法 蛍光Ｘ線分光法
2017/3/13 Ｘ線分析法 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 原子によるＸ線吸収を観測する分光法 蛍光Ｘ線分光法 原子が発する蛍光Ｘ線 (低エネルギー(= 長波長)) を観測 する分光法 Ｘ線結晶構造解析 Ｘ線回折を利用して、分子の三次元構造 (化学構造では ない) を決定する手法 粉末Ｘ線回折法 結晶多形を検出する手法。Ｘ線回折を利用して結晶格子 の違い (結晶相) を評価する手法。

19 結晶多形 (結晶相) とは 同一分子が結晶内で、異なる配置で並んだ結晶を作る現象 結晶A 結晶B 結晶相の異なる結晶では、結晶（即ち薬物）の
2017/3/13 結晶多形 (結晶相) とは 同一分子が結晶内で、異なる配置で並んだ結晶を作る現象 結晶A 結晶B 結晶相の異なる結晶では、結晶（即ち薬物）の 溶解速度が異なる！！！ バイオアベーラビリティ (腸管吸収速度等) に違いがでる！！！ 薬の化合物の重要な規格の一つ

20 粉末Ｘ線回折 2θ nλ d = 2sinθ 粉末微結晶 (多数) 360° あらゆる方向に回折 回折点が にならぶ 円周上
2017/3/13 粉末Ｘ線回折 2θ 粉末微結晶 (多数) 出典: Wikipedia 360° あらゆる方向に回折 回折点が　　　　　　にならぶ 円周上 元を正せば、単結晶の回折点 θ d 面間隔 2sinθ nλ d = 面間隔 d の情報 結晶格子の情報 結晶多形の確認

21 結晶多形とは nλ d = 2sinθ 同一分子が結晶内で、異なる配置で並んだ結晶を作る現象 結晶A 結晶B 結晶格子が変化 d d
2017/3/13 結晶多形とは 同一分子が結晶内で、異なる配置で並んだ結晶を作る現象 結晶A 結晶B 結晶格子が変化 d d 単位格子 単位格子 2sinθ nλ d = 面間隔 d が変化 角度θが変化 粉末X線の回折パターンの変化

22 粉末Ｘ線回折 2θ 粉末微結晶 (多数) 360° あらゆる方向に回折 回折点が にならぶ 円周上
2017/3/13 粉末Ｘ線回折 2θ 粉末微結晶 (多数) 出典: Wikipedia 360° あらゆる方向に回折 回折点が　　　　　　にならぶ 円周上 回折像の赤線に沿って回折X線強度をプロットすると 回折X線 強度 2θ （回折角）

23 粉末Ｘ線回折 2θ tan(2θ) = H／L H よって、2θ = tan-1(H／L) L θ = {tan-1(H／L)}／2
2017/3/13 粉末Ｘ線回折 tan(2θ) = H／L 2θ H よって、2θ = tan-1(H／L) L θ = {tan-1(H／L)}／2 粉末微結晶 (多数) 360° あらゆる方向に回折 回折点が　　　　　　にならぶ 円周上 回折像の赤線に沿って回折X線強度をプロットすると 回折X線 強度 2θ （回折角）

24 2017/3/13 粉末Ｘ線回折

25 2017/3/13 粉末Ｘ線回折 結晶Aの回折ピークを1/2に

26 粉末Ｘ線回折 nλ d = 2sinθ 結晶Aと結晶Bは回折角が 同じところにピークがある。 回折強度もほとんどそろっ ている。
2017/3/13 粉末Ｘ線回折 結晶Aと結晶Bは回折角が 同じところにピークがある。 回折強度もほとんどそろっ ている。 結晶Aと結晶Bは結晶格子 (結晶相) が同一。 2sinθ nλ d =

27 粉末Ｘ線回折 nλ d = 2sinθ 結晶Aと結晶Cは回折角が 異なるところにピーク。 結晶Aと結晶Cは結晶格子 (結晶相) が異なる。
2017/3/13 粉末Ｘ線回折 結晶Aと結晶Cは回折角が 異なるところにピーク。 結晶Aと結晶Cは結晶格子 (結晶相) が異なる。 このような現象：結晶多形 2sinθ nλ d =

28 粉末Ｘ線回折 散漫な散乱 (ハローパターン) 粉末中の化合物が結晶格子 を形成していない (非晶質)。 ＝結晶でない
2017/3/13 粉末Ｘ線回折 散漫な散乱 (ハローパターン) 粉末中の化合物が結晶格子 を形成していない (非晶質)。 ＝結晶でない 粉末中で化合物がデタラメな 向きにむいて凝集している。

29 Ｘ線分析法 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 原子によるＸ線吸収を観測する分光法 蛍光Ｘ線分光法
2017/3/13 Ｘ線分析法 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 原子によるＸ線吸収を観測する分光法 蛍光Ｘ線分光法 原子が発する蛍光Ｘ線 (低エネルギー(= 長波長)) を観測 する分光法 Ｘ線結晶構造解析 Ｘ線回折を利用して、分子の三次元構造 (化学構造では ない) を決定する手法 粉末Ｘ線回折法 結晶多形を検出する手法。Ｘ線回折を利用して結晶格子 の違い (結晶相) を評価する手法。

30 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 原子によるＸ線吸収（分光法） E = hν = h(c/λ) 短波長 長波長 高エネルギー側
2017/3/13 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 原子によるＸ線吸収（分光法） E = hν = h(c/λ) 短波長 長波長 高エネルギー側 低エネルギー側

31 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 図1 図2 左右反転 ＆拡大 （注意参照） 短波長 長波長 低エネルギー側 高エネルギー側
2017/3/13 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 図1 図2 左右反転 ＆拡大 （注意参照） 短波長 長波長 低エネルギー側 高エネルギー側 高エネル ギー側 低エネル ギー側 注意：高エネルギー側が図1と図2では逆

32 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) XANES 原子の価数 配位の対称性 EXAFS 中心原子に対する 配位元素の情報
2017/3/13 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 図1 XANES 原子の価数 配位の対称性 EXAFS 中心原子に対する 配位元素の情報 中心原子に対する 配位原子数 低エネルギー側 高エネルギー側 中心原子と配位原子 の原子間距離

33 配位とは 配位結合：ルイス酸とルイス塩基の共有結合性の結合 空軌道 Co2+ ルイス酸 (註) の空軌道に ルイス塩基が孤立電子対を提供し
2017/3/13 配位とは 配位結合：ルイス酸とルイス塩基の共有結合性の結合 空軌道 Co2+ ルイス酸 (註) の空軌道に ルイス塩基が孤立電子対を提供し 形成される共有結合性の結合 H2O ローンペア (孤立電子対) 註：ルイス酸：主に金属イオン 共有結合：両原子が不対電子を出し合って形成する結合 H H H H

34 水中の金属イオン 配位子 (リガンド) 空軌道 Co2+ H2O Co2+ H2O ローンペア (孤立電子対) 六配位正八面体構造
2017/3/13 水中の金属イオン 配位子 (リガンド) 空軌道 Co2+ Co2+ H2O H2O ローンペア (孤立電子対) 六配位正八面体構造 アクア錯体：水分子が配位結合した金属-水分子複合体 錯体：金属イオンが形成する配位結合性の複合体 配位子：ローンペアを持つ分子（H2O, NH3, ピリジン等）

35 Ｘ線分析法 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 原子によるＸ線吸収を観測する分光法 蛍光Ｘ線分光法
2017/3/13 Ｘ線分析法 Ｘ線吸収分光法 (XANES, EXAFS) 原子によるＸ線吸収を観測する分光法 蛍光Ｘ線分光法 原子が発する蛍光Ｘ線 (低エネルギー(= 長波長)) を観測 する分光法 Ｘ線結晶構造解析 Ｘ線回折を利用して、分子の三次元構造 (化学構造では ない) を決定する手法 粉末Ｘ線回折法 結晶多形を検出する手法。Ｘ線回折を利用して結晶格子 の違い (結晶相) を評価する手法。

36 蛍光Ｘ線分光法 一次X線 エネルギー M殻 L殻 蛍光X線 エネルギー K殻 E = hν = h(c/λ)
2017/3/13 蛍光Ｘ線分光法 エネルギー 準位 一次X線 エネルギー M殻 L殻 蛍光X線 エネルギー K殻 E = hν = h(c/λ) K, L, M殻のエネルギー準位が元素固有 元素の同定

37 宿題 「定性(分析)」とはどのような分析かを説明しなさい（この 言葉の辞書の編集者になった気持ちで）。
2017/3/13 宿題 「定性(分析)」とはどのような分析かを説明しなさい（この 言葉の辞書の編集者になった気持ちで）。 定性(分析)：おまかに性質を決定すること。 定性分析においては、「命題 」に対して、真 (yes) か偽 (no) かを決定すること。 例）水溶液中に特定の金属がいるか (yes) いない (no) かを調 べることは、典型的な定性分析。 蛍光X線分光法の説明の中で「資料物質の定性」と書いてあ るのをそのまま写された方が多かった。「資料物質の定性」 が何を指すのか曖昧。

38 演習 宿題 (12/22締切分） 粉末X線回折において回折パターンから結晶相が判別できる 理由を、論理飛躍なく説明しなさい。
2017/3/13 演習 粉末X線回折において回折パターンから結晶相が判別できる 理由を、論理飛躍なく説明しなさい。 宿題 (12/22締切分） 絶対配置R体の化合物の比旋光度が30°であった。この化合物の 濃度2 g/mLの溶液を光路長20 cmのセルに入れた時の旋光度を 求めなさい。 (予習) 成功している人と、そうでない人は、何が一番異なるので しょうか？

39 2017/3/13 冬休みの宿題 １ ２

40 冬休みの宿題 下のグラフは、x軸正の向きに進む周期2.0秒の正弦波 (sin波) の、時刻0秒での変位y (m) の様子を表している。
2017/3/13 冬休みの宿題 下のグラフは、x軸正の向きに進む周期2.0秒の正弦波 (sin波) の、時刻0秒での変位y (m) の様子を表している。 (a) この波の高さはいくらか。 (b) この波の振動数 (周波数) はいくらか。 (c) この波の進行速度はいくらか。 (c) 任意の時刻 t(s) の、位置 x(m) での変位 y(m) を表す式を 求めよ。

41 冬休みの宿題 宿題 粉末X線回折において回折パターンから結晶相が判別できる 理由を、論理飛躍なく説明しなさい。
2017/3/13 冬休みの宿題 粉末X線回折において回折パターンから結晶相が判別できる 理由を、論理飛躍なく説明しなさい。 宿題 絶対配置R体の化合物の比旋光度が30°であった。この化合物の 濃度2 g/mLの溶液を光路長20 cmのセルに入れた時の旋光度を 求めなさい。 (予習) 成功している人と、そうでない人は、何が一番異なるので しょうか？