2018 Fiscal Year Annual Research Report
Computational Chemistry of pH-dependent Activated Complex -From Development of Micro-constant pH Method to Transition State Control-
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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、溶液中や生体内の込み合った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新規分子シミュレーション手法（ミクロ定pH-MS法）を確立することである。この手法を適用することで、有機分子やタンパク質のみならず、金属錯体のような無機化合物における安定構造や活性錯体などの構造情報、および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した。
３年次は、２年次で開発した量子化学計算を導入したミクロ定pH-MS法を用いて、酢酸フルオロ誘導体の滴定曲線を作成した。本手法では、半経験的量子化学計算を用いるミクロ定pH-MSを実行し、振動シフトを見積もった。その結果、用いた量子化学計算の不正確性から振動シフトを過大評価することが判った。この理論的限界による数値誤差を避けるために、第一原理計算を用いた補償手続き法を検証した。この方法では、モデル系である酢酸分子と対象系のフルオロ酢酸から化学反応サイクルに基づいたエネルギー補正項を評価し、それに基づいてpKaシフトを見積もった。その結果、高精度な第一原理計算法を用いることで実験結果を再現できることが示された。
量子化学計算を用いた分子動力学シミュレーションは、計算コストの観点から半経験的量子化学計算を使用することが望まれるが、実験値を再現する上では不十分であることも多い。今回、提案されたエネルギー補正手続きを用いることで、実験のpH依存特性を低コストで調査することが可能であることを期待できる示唆が得られた。これは、今後の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する将来的な応用において極めて重要な成果であるといえる。
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