2017 Fiscal Year Research-status Report
pH依存活性錯合体の計算化学-ミクロ定pH法の開発から遷移状態制御へ-
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16KT0053
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
長岡 正隆 名古屋大学, 情報学研究科, 教授 (50201679)
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2016-07-19 – 2019-03-31
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| Keywords | pH依存活性錯合体 / ミクロ定pH-MS法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、凝集環境下における水素イオン指数（pH）変化を有効的に取り込んだシミュレーション手法（ミクロ定pH-MS法）を開発し、溶質分子の安定構造や活性錯体などの構造情報に加えて、それらの運動状態や化学的特性におけるpHに依存した特異的な変化を微視的視点から明らかにすることである。２年次は、ミクロ定pH-MS法に量子化学計算を導入する改良を行った。
グルタミン酸分子を複数含む水溶液系における拡散係数および振動パワースペクトルについて解析を行い、グルタミン酸分子の濃度依存性を検証した。高濃度条件では、溶質分子の拡散係数は低下し、エンタルピー的に不安定化することが示唆された。これらの解析から、酸解離定数指数（pKa）の濃度依存性を説明できた。
両性元素であるアルミニウム系は、pH変化に伴って水酸化物イオンを配位子とする錯イオンを形成することが分かっており、この系を適切に取り扱うために、量子化学計算に基づいたエネルギー評価法を導入する改良を行った。量子化学計算の手法、溶媒モデルを変えた条件で分子シミュレーションを行い、異なる錯体における水和数が変化することを再現できた。
溶質分子の濃度依存性については、従来の定pH法を用いた研究では十分に調査されておらず、本年度の研究業績は理論化学において意義深い。また、これまでは古典的な分子力場が用いられていたが、アルミニウム錯体のような金属錯体の系では、典型的な化学結合によるものとは異なり、それらを適切に記述することは難しい。本年度に開発を行った量子化学計算手法を導入することによって、pH変化に伴う水和数変化という化学的特徴を定性的に再現できた。同時に、溶質分子の構造変化や微視的な溶媒和に対応する分極効果も取り込むことが可能となっており、今後のさらなる複雑なシステムへの応用するうえで極めて重要であると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画書において、本年度で実施することになっていた研究計画については、計画と同様に進捗した。さらに、シミュレーション手法の改良によって、より汎用性の高い理論的手法を開発することができ、策定した研究計画以上の展開が見られた。全体を通じて、本研究課題の二年次での研究はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の二年次では、初年度に開発された手法を改良するための予備的計算が完了した段階である。今後、本手法の汎用性を示すために、金属錯体系や複数の滴定可能サイトを含む複合的な系に対して適用することを計画している。これは最終年度での酵素反応系におけるpH依存性の解明と遷移状態制御の確立に向けた研究に対して密接に関連すると考えている。
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| Causes of Carryover |
来年度も引き続き人件費として使用する。
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