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講義概要/Course Information

2024/04/29 現在

科目基礎情報/General Information

授業科目名 /Course title (Japanese)	光化学
英文授業科目名 /Course title (English)	Fundamentals of Photochemistry
科目番号 /Code
開講年度 /Academic year	2021年度	開講年次 /Year offered	全学年
開講学期 /Semester(s) offered	前学期	開講コース・課程 /Faculty offering the course	博士前期課程
授業の方法 /Teaching method	講義	単位数 /Credits	2
科目区分 /Category	大学院専門教育科目 - 専門科目Ⅰ
開講類・専攻 /Cluster/Department	基盤理工学専攻
担当教員名 /Lecturer(s)	平野　誉
居室 /Office	東6-828
公開E-mail /e-mail	平野　誉 <thirano@uec.ac.jp>
授業関連Webページ /Course website	特になし
更新日 /Last update	2021/03/09 11:09:29	更新状況 /Update status	公開中 /now open to public

講義情報/Course Description

主題および 達成目標（2,000文字以内） /Themes and goals（up to 2,000 letters）	【主題】「光」は先端科学技術に不可欠であり、光通信やレーザー発信、ディスプレイ技術からエネルギー問題に関わる太陽電池、生命科学・医学分野における生命活動の可視化技術に至るまで、「光の科学技術」が関わっている。 　光の科学技術を支える、「光学」や「レーザー物理」等に関する物理学の講義は学部時代から学ぶ機会が多い。同様に、化学を基礎とする「光化学」も重要な学問である。本講義では「光化学」の基礎と応用を解説する。化学の視点で、「分子が光を吸収し、励起分子がどのような振る舞いをするのか？」を理解することで、光に応答して機能を発現する物質の仕組みや太陽電池の仕組みなどが理解できる。「分子と光の相互作用」と「励起分子の振る舞い」を中心に、最新の機能性物質化学の話題も取り入れつつ「光化学」について講義する。 [Topics] “Light” holds the key to develop science and technology for human life support. For instance, optical communication, laser technology, display technology, solar energy, and biological imaging technique are based on the science and technology with light. As the basis of the light science and technology, it is important for you to learn optics and laser physics. In addition, “photochemistry” is an important chemical basis. In this class, fundamentals of photochemistry will be taught. From the viewpoint of chemistry, you will learn interactions of a molecule and photon and behaviors of molecules in the excited state. 【達成目標】分子と光子の相互作用、分子の励起状態の基本的性質と反応性、光合成や太陽電池につながるエネルギー移動と光誘起電子移動反応を中心に、光化学の基礎理論と応用性の理解をめざす。 [Goals] The aim of this lecture is to understand basic theories and applications of photochemistry including absorption and emission of photon by molecules, properties and reactivity of excited molecules, etc.
前もって履修 しておくべき科目（1,000文字以内） /Prerequisites（up to 1,000 letters）	基礎物理化学、物理化学第一、物理化学第二
前もって履修しておくこ とが望ましい科目（1,000文字以内） /Recommended prerequisites and preparation（up to 1,000 letters）	無機化学、有機化学第一、有機化学第二
教科書等（1,000文字以内） /Course textbooks and materials（up to 1,000 letters）	教科書は特に指定しない｡資料は授業ごとに配布して用いる。 Lecture handouts will be provided. 参考書： ・比較的最近の日本の教科書：「光化学：基礎から応用まで」　長村利彦、川井秀記 著(講談社)；「光化学Ⅰ（Ⅱはない）」　井上晴夫他 著（丸善） ・タイトルは金属錯体に限定されているが良い教科書：「金属錯体の光化学」　佐々木陽一、石谷　治編著（三共出版） ・世界的教科書："Modern Molecular Photochemistry", N. J. Turro, University Science Book, 1991 (最新版：. "Modern Molecular Photochemistry of Organic Molecules", N. J. Turro, J. C. Sciano, V. Ramamurthy, University Science Book, 2010) ・光化学データ集として有名："Handbook of Photochemistry 3rd Ed.", M. Montali et al., Taylor & Francis, New York, 2006.
授業内容と その進め方（2,000文字以内） /Course outline and weekly schedule（up to 2,000 letters）	【授業内容】以下の項目について講義する。 第1回：光化学の基礎：光化学とは何か、電磁波と光の関係 Fundamentals of photochemistry: interactions of a molecule and photon. 第2回：有機分子の分子軌道：電子配置と電子状態、電子状態と振動構造 Molecular orbitals of organic molecules: electronic configurations and electronic states; vibrational states. 第3回：励起分子の振る舞い：Jablonski図、一重項と三重項、内部転換と項間交差 Behaviors of excited molecules: Jablonski diagram; singlet and triplet states; internal conversion and intersystem crossing. 第4回：励起分子を作る：光吸収過程（ランベルトーベールの法則、遷移確率） Electronic excitation: photon absorption; Lambert-Beer’s law; transition probability. 第5回：蛍光と分光測定（吸収、蛍光発光、蛍光励起、りん光） Fluorescence and spectroscopy: emission and excitation: phosphorescence. 第6回：励起分子の性質：寿命、量子収率、励起分子の性質（構造、酸性度など） Properties of excited molecules: lifetime; quantum yield; structures and acidities. 第7回：励起分子の反応：有機分子の励起状態と反応（シス－トランス異性化、ノリッシュ反応） Reactivity of excited molecules: cis-trans isomerism; Norrish reactions. 第8回：二分子過程：分子間反応（増感と消光）、拡散律速、励起錯体形成、エネルギー移動機構 Bimolecular processes: sensitization and quenching; diffusion control; excited complexes; energy transfer. 第9回：光誘起電子移動の基礎：酸化還元電位と電子移動反応のエネルギー論 Electron transfer chemistry (1): redox potentials and energy relationship. 第10回：電子移動化学の基礎：マーカス理論 Electron transfer chemistry (2): Marcus theory. 第11回：光誘起電子移動の利用：合成反応例とスイッチ分子の構築 Applications of electron transfer theory. 第12回：光合成：明反応（光誘起電子移動と電子伝達）と暗反応（炭酸固定） Photochemistry of photosynthesis: light and dark reactions. 第13回：光合成のモデル化：光合成細菌、人工光合成 Photosynthesis and its artificial systems. 第14回：光化学の利用：ウッドワード－ホフマン則、光触媒 Applications of photochemistry: Woodward-Hoffmann rules; photocatalyst. 第15回：光化学実験：実験系、Stern-Volmerプロット、蛍光寿命測定 Photochemical experiments: experimental setups; Stern-Volmer plot; lifetime measurement. 【進め方】配布資料を活用しながら「光化学」の基礎を講義する。授業内での質問、議論を通じて理解を深める。 Explanations will be provided with lecture handouts.
実務経験を活かした 授業内容 (実務経験内容も含む) /Course content utilizing practical experience	講師は有機光化学の専門家である。最先端研究を進めるために、励起分子の反応、物理的性質の解析、理論化学による評価を日常的に行っている。これらの実務経験を活かして、光化学を理解するための考え方や重要ポイントを、化学の視点から初学者の視点に立ってわかりやすく説明する。 My major is organic photochemistry. For proceeding my research projects, we think about reactivity and physical properties of excited molecules day and night. Based on my experiences, I would like to give lectures
授業時間外の学習 （予習・復習等）（1,000文字以内） /Preparation and review outside class（up to 1,000 letters）	授業内容の項目を見て興味のある事項を調査して予習する。聞きなれない事柄が多い場合は、授業の復習に重点を置いて勉強して欲しい。講義ノートを見返し、関連する参考書で復習することを薦める。 Prepare intriguing questions related to the lecture contents. Review the contents of this lecture course.
成績評価方法 および評価基準 （最低達成基準を含む） （1,000文字以内） /Evaluation and grading （up to 1,000 letters）	【評価方法】期末試験と授業中の小テストで総合的に評価する。 成績評価（100点）＝[小テスト 40点；期末試験 60点] Grades of this class will be determined based on short examinations in the classes (40%) and the semester final examination (60%). 【評価基準】最低達成基準として下記の項目を70％以上理解し、説明できること。 励起分子の振る舞い；励起分子の性質；光化学の速度論；光化学反応；エネルギー移動；電子移動反応；分光測定法；光化学実験法；光機能材料；光合成 Understanding over 70% of the following contents: behaviors and properties of excited molecules, reaction kinetics, photochemical reactions, energy transfer, electron transfer, photochemical experiments, photo-functional materials, photosynthesis.
オフィスアワー： 授業相談（1,000文字以内） /Office hours（up to 1,000 letters）	東6号館828号室、金曜3時限。この時間に都合が付かない場合も、質問等には適宜相談に応じるので、気軽に訪ねて相談してください。
学生へのメッセージ（1,000文字以内） /Message for students（up to 1,000 letters）	人間は「光化学」なくしては生きられない｡植物の光合成によって光から化学エネルギーが作られるし、視覚も光反応を利用している。さらに、光通信、レーザーディスク、太陽電池などなど、先端光科学にも関与している。皆さんの夢をかなえるための基礎学問として「光化学」をしっかり身に付けて欲しい｡
その他 /Others	光化学は身の回りで普通に関わっている。「光と分子の相互作用」の視点で考えることの重要性を理解して欲しい。
キーワード /Keywords	光化学、電磁波、励起状態、ヤブロンスキー図、一重項と三重項、内部転換と項間交差、光吸収と蛍光、寿命、量子収率、光反応、消光と増感、エネルギー移動、電子移動、マーカス理論、光合成、太陽電池 Photochemistry; Electromagnetic wave; Excited state; Jablonski diagram; Singlet and triplet states; Internal conversion and intersystem crossing; Photon absorption and emission; Quantum yield; Photochemical reaction; Sensitization and quenching; Energy transfer; Electron transfer; Marcus theory; Photosynthesis; Solar cell.