2020 Fiscal Year Research-status Report
The theoretical and observational study of the formation process of interstellar heterocyclic compounds
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19K03936
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| Research Institution | Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
鈴木 大輝 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, アストロバイオロジーセンター, 特任研究員 (30815519)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小松 勇 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, アストロバイオロジーセンター, 特任研究員 (20769757)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | アストロバイオロジー / 星間分子 / 生命関連分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生命起源の研究では、初期地球における簡単な分子から複雑な分子への化学進化の理解が不可欠である。さらに初期地球には彗星や星間塵などが降り注ぐことで、宇宙から有機分子が運搬されて化学進化に影響を与えたと考えられる。そこで当研究では星間空間における生命関連分子の化学反応経路を調査し、その結果を踏まえて化学進化モデルを構築することで生命関連分子の起源に関する知見を深めることを目標としている。当研究ではDNA/RNAの構成分子となる複素環式化合物に特に着目し、これらのprebioticな生成プロセスを提示する。
本年度はシトシン、ピリミジン、ウラシルの形成経路を重点的に調査した。この研究ではGRRM17を用いて、星間分子としてありふれた分子からシトシンに至る反応経路を探索した。まず、1) UB3LYP/6-31G(d)の精度でSC-AFIR計算を実行し、シトシン周りの反応ネットワークを探索した。更に2) UB3LYP/6-311G(d,p)、3) UM062X/aug-cc-pVDZで順次再最適化し、得られたネットワークを元に4) UMP2(Full)/aug-cc-pVTZで一点計算を行った。
その結果、HCNH等のラジカル分子からシトシンが合成する経路が発見され、さらに反応障壁も非常に低いことが示された。反応障壁は十分に低く、エネルギー的に乏しい星間空間の環境下でも進行する可能性がある。
ピリミジンとウラシルについても75%程度まで計算が進行している段階で、間もなくシトシンと同様に反応経路についての知見が得られ、着目する複素環式化合物のprebioticな生成に関する統合的な理解を目指している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の計画では、本年度中に複数の複素環式化合物の形成経路の調査を終えて化学反応モデルの構築に移行する予定であったが、GRRMの計算に予定よりも多くの時間を使うこととなった。具体的には以下の問題が発見され、対策を講じた。
概要に記載したGRRMによる計算の1)~4)の各段階の計算コストを下げる目的で、前の段階の計算の波動関数を次の段階の計算の波動関数のinitial guessとして使うことができるが、この操作が問題となるケースがあることがわかった。結果の反応障壁の値に顕著な差を生じてしまうので、前の工程の波動関数を引き継がずに計算を実行する必要が生じた。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度では、年度の前半にはシトシンとピリミジンに焦点を当てたGRRMの計算を完了する。その結果は既存の星間分子の化学進化モデルに取り込み、これらの分子がより小さく普遍的な分子からどのような経路を経て生成されるのかを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
旅費のために多くの金額を割いていたが、新型コロナウイルスの影響で旅費の用途がなくなった。状況が改善されれば研究会参加のための旅費とし、あるいは計算機の性能向上のための資金として次年度に繰り越す。
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