異なる構造の水における光誘起プロトン移動：古典的な問題の解決に向けたEPRアプローチ

科学分野:

• 物理化学
• 化学反応速度論
• 生物物理化学

背景:

• プロトン移動（PT）は、化学的および生物学的プロセスにとって基本的である。
• 200年以上前に提案された水中でのPTのグロットゥスモデルは、活発な研究対象であり続けている。
• 水構造がPTにどのように影響するかを理解することは極めて重要である。

研究 の 目的:

• 水溶液中のプロトン移動（PT）メカニズムを調査する。
• カオトロピック剤によって変化した水構造がPT速度に与える影響を決定する。
• PT速度論を研究するための新しい手法を開発し、利用する。

主な方法:

• 電子常磁性共鳴（EPR）分光法を利用した。
• pH感受性の安定なニトロキシルラジカルを使用した。
• 2-ニトロベンズアルデヒドの光分解により、サブナノ秒のタイムスケールでプロトンを生成した。
• 尿素、塩化グアニジニウム（Gdn·HCl）、および塩化カリウム（KCl）を含む水溶液中のPT速度を研究した。

主要な成果:

• カオトロピック化合物はPT速度に著しく影響を与える。
• 6 M Gdn·HClでは、純水と比較してPT速度が40倍遅くなった。
• 水構造の変化に対する手法の感度を実証した。

結論:

• 水構造は、プロトン移動速度論の調節において重要な役割を果たしている。
• 開発されたEPR法は、様々な環境でのPTのモニタリングに有効である。
• この技術は、氷やタンパク質のような複雑な系でのPT研究の可能性を秘めている。