構造に関してアプリオリな量子化学計算モデル

结构先验量子化学计算模型

基本信息

批准号：
18J14387
负责人：
吉田悠一郎
金额：
$ 0.96万
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：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度開発した距離幾何学に基づく分子構造の探索アルゴリズムは，クラスター分子の構造探索では一定の有用性があることが確かめられた．しかし，有機分子や錯体分子では，その高い自由度がかえって効率的な探索を難しくする傾向にあった．そこで本年度は，錯体分子の化学反応のエネルギー面について，化学反応の少数自由度間の関係性に注目し，その階層構造の理解を目指した．種々のエネルギー面の広域的探索法と量子化学計算を駆使し，ピンサー型ルテニウム錯体における水素発生反応のエネルギー面を探索した．その結果，化学反応のエネルギー面は分子構造のゆらぎに関係する小領域 "superbasin" と，結合の形成および開裂を伴う小領域間の遷移で特徴付けられることを実証した．従来，化学反応は素過程をひと繋ぎにした「エネルギーダイアグラム」の形で理解されることが通例であったが，本研究成果は，従来の考え方の背後にある，新たな物理化学的視点をもたらすものである．この成果は論文投稿中である．また，昨年度末から，環状ペプチドによるイオンの包接現象のエネルギー面の広域探索を通して，分子内および分子内自由度の変化および溶媒の有無によるエネルギー地形の特徴を調べる研究も実施した．この研究は国際共同研究であり，短期の留学を通じてエネルギー地形理論，広域的探索アルゴリズムに対する理解を深めることが出来た．この成果は投稿準備中である．本年度は分子構造と電子状態の関係性についても研究を実施した．原子間の相互作用を基に電子状態を記述する量子化学計算モデルを開発した．もっとも簡単な有機分子であるCHやメタンなどに適用したが，結合領域における電子状態の特徴に定性的問題があり，さらなる改良が必要である．

已经证实去年开发的基于距离几何的分子结构搜索算法在簇分子的结构搜索中具有一定的实用性。然而，有机分子和复杂分子的高自由度往往使有效搜索变得更加困难。因此，今年我们重点关注复杂分子化学反应的能量方面，重点关注化学反应中少量自由度之间的关系，旨在了解其层次结构。我们充分利用各种全能搜索方法和量子化学计算，探索了钳型钌配合物中析氢反应的能量方面。结果，我们证明了化学反应的能量表面的特征是一个称为“超级盆地”的子区域，该子区域与分子结构的波动以及涉及键形成和断裂的子区域之间的转变有关。传统上，化学反应通常以连接基本过程的“能量图”的形式来理解，但这项研究的结果揭示了传统思维方式背后的新物理化学视角。。该结果目前正在提交出版。此外，从去年年底开始，我们通过对能源方面的大范围探索，开展了研究取决于分子内和分子内自由度以及溶剂的存在或不存在的能源景观的特征。离子与环肽的包合现象。这项研究是一项国际合作研究，通过短期的出国学习加深了我对能源地形理论和广域搜索算法的理解。该结果目前正在准备发布。今年我们还进行了分子结构与电子态关系的研究。我们开发了一种量子化学计算模型，可以根据原子之间的相互作用描述电子态。虽然它已应用于最简单的有机分子，如CH和甲烷，但键合区域电子态的特性存在定性问题，需要进一步改进。