X-ray absorption spectra of aqueous cellobiose; Experiment and theory

水和セロビオースのX線吸収スペクトル; 実験と理論

赤沢 第輔 ; 佐々木 岳彦*; 長坂 将成*; 志賀 基之   

Akazawa, Daisuke; Sasaki, Takehiko*; Nagasaka, Masanari*; Shiga, Motoyuki

セルロースの水和構造は、分子レベルでのバイオマスセルロースの加水分解メカニズムの理解のために非常に重要である。本論文では、セルロースの2糖の単量体であるセロビオースの水溶液について、そのX線吸収分光法(XAS)スペクトルの測定と理論計算を組み合わせた研究について報告する。測定に関する項目では高解像度の炭素K端のXASスペクトルの測定について報告する。理論計算の項目では、第一原理分子動力学計算と励起状態計算を用いてXASのシミュレーションを求める手法と結果ついて論ずる。セロビオースのXASには289.3eV, 290.7eV, 293.6eVの3つのピークがあり、それぞれアルコール基,ヘミアセタール基,アルコール及びヘミアセタール基の両方に対応することがわかった。さらに、25Cから60Cまでの温度変化に対してスペクトルの高さが規則的に変化し、それがセロビオースと水分子の水素結合の数の変化を表していることがわかった。このスペクトルの変化は様々な環境におけるセルロースの水和構造を知るための情報として有用であると考えられる。

The hydration structure of cellulose is very important for understanding the hydrolysis of cellulose at the molecular level. In this paper, we report a joint experimental and theoretical study on the X-ray absorption spectroscopy (XAS) of aqueous cellobiose, a disaccharide unit of cellulose. In the experimental part, high resolution measurements of the carbon K-edge XAS spectra were performed. It was found that the peak heights in the spectrum change considerably over the temperature range of 25 C to 60 C, which is a reflection of the number of hydrogen bonds between cellobiose and water. We suggest that this spectral change could be useful information for identifying the hydration of cellulose in various environments.