Construction of basic theory for deuterium science and creation of new concept

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Deuterium Science
• Project/Area Number: 20H05739
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Ishimoto Takayoshi 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (50543435)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 兼松 佑典 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (10765936) ; 宇田川 太郎 岐阜大学, 工学部, 助教 (70509356)
• Project Period (FY): 2020-10-02 – 2023-03-31
• Keywords: 重水素 / 理論化学 / 量子効果

Outline of Final Research Achievements

To understand the mechanism of stability and reactivity of deuterated compounds, it is necessary to understand the electronic structure changes of deuterated compounds induced by the quantum effect of deuteron. In this study, we developed the new quantum theory, which is non-Born-Oppenheimer type approach, for the deuterated compounds to solve the real behavior of deuterated compounds about their properties and reactivities. Especially, we succeeded the calculations of excited states and some spectroscopic properties to describe the difference of hydrogen and deuterium. In addition, we analyzed the electronic structure, kinetic isotope effect, stability and reactivity in enzyme for deuterated compounds, and found the role of deuterium effect for those.

Free Research Field

計算科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

2017年の重水素化医薬品の登場に伴い、重水素化物質の研究開発が激化している。しかしながら、重水素化に伴う、化学結合の強化や速度論的同位体効果、種々の物性変化がどのような機構で引き起こされるのか、その詳細は十分に明らかにされていない。本研究ではこれらの課題解決に向けて、従来の量子化学計算手法とは異なるnon-BO型の計算手法を開発した。開発手法のより重水素化物質の本質を捉えることが可能となったことで、今後の重水素化物質の研究開発にも多いに応用でき、研究の効率化や新材料の開拓などに貢献できることが期待である。