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．

去年基于距离几何形状开发的分子结构搜索算法已被证实在探索簇分子结构方面具有一定的有用性。但是，在有机分子和复杂分子中，它们的高度自由度倾向于使有效的搜索更加困难。因此，今年，我们专注于复杂分子中化学反应的几个化学反应自由度之间的关系，并旨在了解层次结构。我们使用广谱搜索方法进行各种能量表面和量子化学计算，我们在钳子型ruthenium络合物中搜索了氢生成反应的能量表面。结果，我们证明了化学反应的能量表面的特征在于小区域“超级山脉”，该区域与分子结构的波动以及键形成和切割的小区域之间的跃迁有关。过去，通常以“能量图”的形式理解化学反应，该反应将基本过程联系在一起，但是这项研究结果带来了一种新的物理化学观点，这是传统思维背后的。目前正在提交此结果。此外，从去年年底开始，我们进行了一项研究，研究了基于分子内和分子内自由度的变化以及通过对循环肽的离子包容现象的广泛搜索，基于分子内和分子内自由度的变化以及溶剂的存在或不存在。这项研究是一项国际合作研究，通过在国外的短期学习，我能够加深对能量地形理论和广泛搜索算法的理解。目前，这项成就正在准备提交。今年，我们还对分子结构与电子状态之间的关系进行了研究。我们开发了一个量子化学计算模型，该模型根据原子之间的相互作用来描述电子状态。尽管它应用于最简单的有机分子，例如CH和甲烷，但在粘合区中电子状态的特征存在定性问题，但仍需要进一步的改进。