【有機光化学】 [化学科 3群 A選択 科目(配当年次: 第3学年 ) ]
 
単  位:2単位 単位認定者: 石田斉
授業期間: 後期  15コマ 科目分担者:
授業形態: 講義  週1コマ
 
教育目標

照明器具、スマホやテレビ・PCなどの画面、太陽電池など、光化学は我々の生活に大きな関わりをもっている。また光合成や生物発光など光を利用する生命現象も多い。本講義では、光吸収や発光、光電子移動などの物理現象を量子化学に基づいて理解するとともに、光化学の応用分野について学ぶ。

教育内容

光とはなにか、光と物質との相互作用などの基礎理論から、光励起に関係する諸過程とその速度論的理解を深める。また光化学を応用した分野として発光材料、太陽電池、光触媒、バイオイメージングなどについて学習する。

教育方法

各項目について、板書を中心に解説する。教科書で不足している箇所は、プリントを配布する。第15回目の講義は全体の復習とともに総合演習を行う予定である。

 
講義内容(シラバス)
項  目 担当者 授業内容

1回

光化学の概要

石田

色素の化学、発光現象、光エネルギー変換、光触媒など、本講義で取り上げる光化学分野について概説する。

2回

光とは何か

石田

電磁波としての光について理解を深める。また、光が発生する原理について光源・レーザーなどを例に解説する。

3回

原子スペクトル

石田

花火やオーロラの美しい色は、原子発光によるものである。原子スペクトルから、特に電子スピンについて基礎的な量子力学を用いて理解を深める。

4回

分子と光の相互作用

石田

光が分子と相互作用することによって起こる光励起や光吸収について、遷移確率と選択律について学ぶ。

5回

光励起に関連する諸過程

石田

分子が光励起状態になったあとの様々な過程は、ジャブロンスキー図にまとめられる。これらの過程について解説する。

6回

発光過程と消光過程

石田

蛍光発光とリン光発光の違いや、これらの発光の消光過程としてエネルギー移動と光電子移動について解説する。

7回

色素の化学と光反応

石田

様々な色素分子の吸収について、分子構造と吸収スペクトルの関連、その帰属や溶媒効果など環境応答について学ぶ。さらに、光励起状態から進行する様々な光反応について紹介する。

8回

分光測定

石田

電子スペクトルを中心に、吸収・発光スペクトル、発光寿命、量子収率の測定について、装置の原理から解説する。

9回

光レドックス触媒

石田

金属錯体を増感剤とする触媒反応として、光レドックス反応を中心にその原理と例を紹介する。

10回

光触媒と人工光合成

石田

化石燃料に代わるエネルギー源として注目される光エネルギー変換について、光触媒と人工光合成の研究について紹介する。

11回

太陽電池

石田

実用化されているシリコン太陽電池だけでなく、色素増感太陽電池などの原理について解説する。

12回

有機エレクトロルミネセンス(EL)

石田

発光材料として注目されている有機エレクトロルミネセンス(EL)について、その原理を解説する。

13回

光合成における光化学

石田

光合成は生命活動の基礎となる重要な光化学反応である。ここでは、その光反応初期過程から始まる光合成反応の全体像を解説する。

14回

生物発光とバイオイメージング

石田

クラゲの発光タンパク質GFPの発見は、細胞内でタンパク質の挙動を分子レベルで解析する技術の開発へとつながった。ここでは、生物発光の原理とバイオイメージングへの応用例について解説する。

15回

総合演習

石田

演習問題を通して、学んできた内容を整理し理解を深める。

 
到達目標

これまでも量子化学を学んできたが、光の吸収や発光といった身近な現象が量子化学の知識で説明できることを経験し、量子化学への理解をより深める。スマホ画面や太陽電池など、光化学が身の回りの様々な分野で応用されていることに対しても理解を深める。

評価基準

光化学に関連する基礎的な知識や応用分野への理解を問う試験(本試験)を行い、その成績を基に評価する。但し、出席状況、受講態度などが悪い場合は減点することがある。

準備学習
(予習・復習)

教科書の該当部分を予習して講義に臨むことが望ましい。特に講義後に、学習した項目のキーワードを整理し、復習することが重要である。

その他

講義内容によっては関数電卓が必要な場合がある。

 
  (書  名) (著者名) (出版社名) (定価)
教科書 光化学 基礎から応用まで 長村利彦/川井秀記 講談社サイエンティフィック 3,200(税別)
参考書 光化学〈1〉 (基礎化学コース) 井上 晴夫 他 丸善 3,200(税別)