2017 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular theories for self-assembly and order formation
| Project Area | Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions |
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| Project/Area Number |
25102002
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
佐藤 啓文 京都大学, 工学研究科, 教授 (70290905)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 武志 京都大学, 理学研究科, 助教 (30397583)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 自己集合 / マスター方程式 / 反応ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）ナノキューブについて、山本が中心となって自己集合過程の全原子分子動力学シミュレーションを行った。この系では、芳香族環をユニットとするギア型分子６つ集合して立方体構造を形成する。実際の実験では、水とアルコールの混合溶液系でのみ自己集合が見られ、溶媒が構造形成の鍵を握っていることは明らかだが、その詳細は分かっていなかった。計算の結果、アルコールはギア型分子が互いに直角に組み合わさるよう調整してナノキューブの部分構造を作り出し、スタックして集積することを防いでいることがわかった。さらにREST法を用いることで、バラバラのギア型分子からのナノキューブ形成を計算することにも成功している。
（２）平岡グループで開発されたQASAPは自己集合過程の実験的追跡を可能とした。これを受けて、今年度はGillespieアルゴリズムを用いてPt二核錯体の配位子交換反応について時間変化を解析し、結果を微分方程式に基づく従来型の速度論に基づく解析と比較した。Gillespieアルゴリズムでは有限数個の分子を扱うが、十分な数の分子を考慮した場合は、従来型の微分方程式と全く同じ結果を与えることがわかった。さらに過程が複雑になるPd2L4やPd6L4など自己集合系についても同様の解析を行った。
（３）八面体型カプセル錯体は約800原子からなる系であり、自己集合過程を原子レベルで追跡するのは容易ではない。そこで井内らが開発した量子化学的モデルハミルトニアンを用いて、高精度で構造探索を行える方法を開発した。計算結果から、配位子には２つの光学異性体があり、最終生成物はこれらが交互に組みあわさった構造をしていることが確かめられた。さらに自己集合過程の律速である最終段階では、これらに由来する二つの異なる前駆体が存在することを見出した。一連の結果は前年度までに行ってきたマスター方程式に基づく解析の結果とも矛盾しない。
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| Research Progress Status |
平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度が最終年度であるため、記入しない。
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