2023 Fiscal Year Final Research Report
Developments and Applications of free energy calculations with quantum chemical effects of solvation
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20K03885
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
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| Research Institution | Kyushu University (2023)
Keio University (2020-2022) |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 分子動力学シミュレーション / 量子化学計算 / 溶液化学 / 溶媒和 |
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| Outline of Final Research Achievements |
Hydrogen and hydroxide ions are often involved in reactions in solution systems. However, it has been difficult to perform long-time molecular simulations of systems containing these ions. This means that it is difficult to quantitatively calculate physical quantities such as free energy.
In this study, we first proposed an index to identify the proton positions to enable the simulation of hydrogen ions, and then proposed a computational framework that allows the definition of solute and solvent to be switched accordingly during the simulation. This enables us to perform stable molecular dynamics simulations of hydrogen ions over long periods of time and to calculate various physico-chemical quantities such as free energies and diffusion coefficients.
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| Free Research Field |
生物物理
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
水素イオンは我々に非常に馴染みが深く重要な現象であり溶液系の多くの現象に関わっているが、分子シミュレーションでは最も取り扱いが難しい問題である。その理由は、プロトンがグロータス機構で説明されるように、水分子との共有結合の生成と消滅を繰り返されることにより輸送される点にある。
今回、我々は分子モデルをシミュレーションの最中になめらかに切り替えることでバルクでのプロトン輸送を長時間安定した効率的な分子動力学計算を実現する方法を提案した。さらには、高精度の量子化学モデルと組み合わせることにも成功した。これにより今まで、分子動力学計算で取り扱うことが難しかった現象を精度良く計算できるようになった。
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