合成キラル金属ポルフィリンの反応機構と選択性の計算化学による研究

合成手性金属卟啉的反应机理和选择性的计算化学研究

基本信息

批准号：
14F04334
负责人：
榊茂好
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

生体酵素である、Prostaglandin endoperoxide H synthases (PGHSs)のバイオミメティック触媒である、ポルフィリン錯体("ツインコロネット"型錯体)によって触媒されるジエンの位置選択的および立体選択的酸素化のメカニズムを理論化学計算で調べることを目標とし、さらにPGHSsの反応機構を理解することを試みた。手法としては、two-layer ONIOM　(QM/MM)法及びAFIR法を用いた。特に、溶液中で最も熱力学的に安定な反応前駆体、中間活性種の生成過程、位置選択的水素の引き抜き反応、そして、ジエンの酸化過程について、詳細に調べた。選択的過程については、遷移状態構造の系統的かつ効率的な探索をAFIR法を応用し実行した。また、この錯体は300原子を超える系であり、応用する分子力場の依存性が高いことが考えられる。そのため、我々は、様々な種類の分子力場(AMOEBA09[分極可能],MMM3, MMFF, OPLS-AA, CHARMM22)を適用し、反応経路などに違いを詳細に検討した。その結果、反応経路の概略および位置選択性の決定過程が解明された。また、ノンヘム鉄(III)-スーパーオキソ系においては、中間体を含めた詳細な電子構造の解析とともに、2-ヒドロキシ2-アザマンタン、フェニルヒドラジンを基質とした、水素引き抜きの反応性について調べた。方法は、上述のtwo-layer ONIOM(QM/MM）法を使用した。その結果、反応機構の概略を解明した。

卟啉复合物（“双冠”型复合物）催化二烯的区域选择性和立体选择性氧化机制的理论化学，卟啉复合物是生物酶前列腺素内过氧化物 H 合酶 (PGHS) 的仿生催化剂，我们的目标是通过计算进行研究。我们还试图了解 PGHS 的反应机制。方法采用两层ONIOM(QM/MM)法和AFIR法。特别是，我们详细研究了溶液中热力学最稳定的反应前体、中间活性物质的生成过程、区域选择性夺氢反应和二烯氧化过程。在选择过程中，应用AFIR方法对过渡态结构进行了系统、有效的搜索。此外，该复合体是一个具有 300 多个原子的系统，人们认为它高度依赖于所施加的分子力场。因此，我们应用了各种类型的分子力场（AMOEBA09 [极化]、MMM3、MMFF、OPLS-AA、CHARMM22）并详细检查了反应路径的差异。结果阐明了反应途径的概要和区域选择性的测定过程。此外，在非血红素铁(III)-超氧体系中，我们分析了包括中间体在内的详细电子结构，并研究了以2-羟基-2-氮杂金刚烷和苯肼为底物的夺氢反应活性。所使用的方法是上述的两层ONIOM（QM/MM）方法。结果阐明了反应机理的概要。