Development of automated methods for generating chemical reaction networks based on phase space geometry

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15224
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: MIZUNO Yuta 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (10846348)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 化学反応動力学 / 相空間幾何学 / 非統計的化学反応 / Voronoi分割 / 教師あり主成分分析 / Lie正準変換摂動論 / 第一原理分子動力学法

Outline of Final Research Achievements

We have developed algorithms based on phase space geometry, aiming to generate chemical reaction networks taking dynamic effects into account. Specifically, to efficiently compute phase space structures called “reactive islands,” which are the basis for generating “dynamic” chemical reaction networks, we developed algorithms using (1) Voronoi tessellation and (2) supervised principal component analysis.

Free Research Field

理論化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

動力学効果の考慮が不可欠な化学反応の報告例は，有機化学反応から生体内反応まで多数ある．これらの化学反応の反応機構は，分子動力学シミュレーションの結果から発見的に解明されてきた．しかし，このような発見的研究法では，重要な反応経路を見落とす可能性がある，反応速度の予測が困難である，などの問題がある．本研究で開発したアルゴリズムは，動力学的反応経路図を作成するための要素技術であり，動力学効果を考慮した化学反応の系統的・予測的研究に資すると期待される．