Development and Applications of Theoretical Molecular Design and Analytical Methods for Science of Pi-Figuration

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: pi-System Figuration: Control of Electron and Structural Dynamism for Innovative Functions
• Project/Area Number: 26102015
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: SUGIMOTO MANABU 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (80284735)
• Project Period (FY): 2014-07-10 – 2019-03-31
• Keywords: 理論計算化学 / ケモインフォマティクス / 電子状態インフォマティクス / π造形科学

Outline of Final Research Achievements

We developed various computational methods and performed their applications in order to reveal structure-function relationships of pi-electron molecules and their aggregates. In the methodology development, we proposed numerical methods to evaluate softness and hardness of molecules, to visualize three-dimensional interaction patterns in host-guest chemistry, and to predict structure-function relationships using computational data using electronic-structure calculations ("Electronic-Structure Informatics"). In applications of electronic-structure calculations, we carried out collaborative researches with experimentalists on curved pi-electron systems, a new synthetic method of macrocyclic compounds, phosphorescence from pi-conjugated polymers, and so on.

Free Research Field

理論計算化学、ケモインフォマティクス、電子状態インフォマティクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

π電子系分子に関わる様々な実験研究を支援する計算科学研究を実施した。これによって、曲面π電子系、大環状化合物、高分子材料などの各分野での学術面の進展に貢献した。手法の開発については、計算科学手法を「分子の数値表現を得るための手法」と捉えることで、実験的にも定量化が困難な物性値の算出や新たな可視化手法を開発した。加えて、分子の電子状態的特徴の数値データを活用することによって、実験値を予測し、重要因子を解明する統計手法や、それに基づく機能分子探索手法を新たに開発することができた。これらの手法は物質開発の効率化に貢献できるため、今後様々な研究分野での活用が期待される。