溶液内の複雑な擬縮退電子状態のための相対論効果を含む多配置多状態理論の開発と応用

多构型多态理论的发展和应用，包括溶液中复杂赝简并电子态的相对论效应

基本信息

批准号：
21K04980
负责人：
中野晴之
金额：
$ 2.5万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、溶液内の擬縮退した複雑な電子状態の記述法としての相対論効果を含む多配置理論と、溶液内や生体内の環境の効果を有効に取り込み、自由エネルギー面を構築する溶液理論・シミュレーションの手法をあわせ開発し、従来の手法では十分に明らかにすることのできない問題に適用することを目的としている。本年度は、参照相互作用点モデルに基づく四成分相対論的電子構造理論RISM-SCF/DHFの開発、MDと3D-RISM理論に基づくRBD-ACE2結合過程の解析、ジフェニルホスホリル-フェニルエチニル-アントラセン誘導体の発光特性に対する置換基および溶媒効果の解析、等の成果を出版するとともに、方法論の開発として、(1)RISM-SCF/DHF法の化学反応への適用性の検証、また、これまでに開発した手法を基に、(2)異なるサイズのcucurbituril (CB) へのリガンド結合における水の役割の解析、等を行った。(1)では、RISM-SCF法を、化学反応、具体的には水溶液中のヨウ素原子を含むメンシュトキン反応に応用し、手法の適用性を検証した。反応座標に沿ったヘルムホルツ・エネルギー・プロファイルを作成し、エネルギー成分分析に基づいて反応の特徴を議論した結果、化学反応に対しても十分な適用性があることが明らかとなった。(2)では、MDシミュレーションと3D-RISM理論を使用して、ホストとリガンドの結合における水の役割を3種類のホストと6種類のリガンドに対して調査した。小さな配位子では、リガンドが溶媒水を完全に置換し、高い結合親和性を持つが、大きな配位子の場合、リガンドとCBの結合構造と、比較的高い疎水性と低い双極子モーメントといった優れた特性が同様に重要であり、最大の結合親和性向上が保証されないことが明らかとなった。

在这项研究中，我们使用包括相对论效应在内的多重配置理论作为描述溶液中赝简并和复杂电子态的方法，以及通过有效地将环境影响纳入溶液和生物体中来构建自由能表面的溶液。目的是开发理论和模拟方法的结合，并将其应用于传统方法无法充分阐明的问题。今年，我们将开发基于参考相互作用点模型的四组分相对论电子结构理论RISM-SCF/DHF、基于MD和3D-RISM理论的RBD-ACE2结合过程分析以及二苯基磷酰基-苯乙炔基-蒽发光衍生物。特征除了发表取代基和溶剂对性能影响的分析以及方法学开发等结果外，（1）验证RISM-SCF/DHF方法对化学反应的适用性，以及迄今为止开发的方法基于（ 2) 不同大小的葫芦脲我们分析了水在配体与 (CB) 结合中的作用。在(1)中，我们将RISM-SCF方法应用于化学反应，特别是涉及水溶液中碘原子的Menshutkin反应，并验证了该方法的适用性。通过沿反应坐标创建亥姆霍兹能量分布并基于能量成分分析讨论反应特征，结果表明该方法对化学反应具有足够的适用性。 (2)利用MD模拟和3D-RISM理论研究了水在三种类型主体和六种配体的主体-配体结合中的作用。对于小配体，配体完全取代了溶剂水，具有较高的结合亲和力，而对于大配体，配体与CB的键合结构、相对较高的疏水性和较低的偶极矩等，已经表明，优异的性能同样具有优异的性能。重要的是，不能保证最大结合亲和力增强。