振動励起による化学反応制御 / Vibrational Control of Chemical Reactions

多くの化学反応が「分子を構成する原子の組み替え」であることを考えると、反応をコントロールするための鍵は「結合の切断」です。分子の結合を切るためには、その結合が関与する振動モードに活性化障壁以上のエネルギーを与える必要があります。

Given that many molecular reactions are recombination of constituent atoms, the key to controlling the reaction is bond breaking. Deposition of sufficient vibrational energy into a specific bond can lead to bond cleavage.

一般に、こうした反応を引き起こすために、物質を高温にするという方法がとられます。しかし、加熱によって与えた熱エネルギーは、反応に関与しないものも含む全ての振動モードに等しく分配される（エネルギー等分配則）ため、エネルギーが無駄になるだけでなく、場合によっては副反応も促進されてしまうという欠点があります（図１）。

In general, such reactions are driven by thermal activation. However, heating the molecules results in excitation of all vibrational modes (law of equipartition of energy), which not only wastes energy but also can accelerate side reactions (Fig. 1).

分子が持つ振動モードはそれぞれに固有の振動数を持っているため、赤外超短パルスレーザーの周波数を適切に選ぶことで、反応に関わる特定の振動モードだけにエネルギーを与えることができます（図２）。これにより、分子に与えるエネルギーを最小限にとどめつつ、目的とする反応だけを引き起こすことが可能となります。このようなアプローチは「分子手術」と呼ばれ、分子レベルで化学反応を自在にコントロールする究極的な手法の一つとして期待されています。

Infrared ultrashort laser pulses can directly excite a specific molecular vibration enabling us bond-selective control of chemical reactions (Fig. 2). This approach is called “molecular surgery,” and is expected to be one of the ultimate methods for controlling chemical reactions at the molecular level.