2023 Fiscal Year Annual Research Report
励起状態化学反応解析のための量子多成分系理論の確立と応用計算
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21K04991
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
宇田川 太郎 岐阜大学, 工学部, 准教授 (70509356)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
兼松 佑典 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (10765936)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 原子核の量子揺らぎ / H/D同位体効果 / 密度汎関数理論 / 時間依存密度汎関数理論 / 励起状態プロトン移動反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、申請者が開発してきた、水素原子核の量子揺らぎを直接取り込んだ量子多成分系理論による化学反応解析法(量子多成分系CI-NEB法)を深化させ、電子基底状態のみならず電子励起状態の化学反応をも取り扱える新しい量子多成分系理論を確立するものである。具体的には、1. 量子多成分系時間依存密度汎関数理論(TDDFT法)の開発を通じ、 水素原子核の量子揺らぎを直接考慮した電子励起状態計算を実現する。さらに、2. 量子多成分系凍結ストリング法を開発することで、電子励起状態の化学反応解析に向けた量子多成分系 CI-NEB法の高速化を達成し、量子多成分系理論による化学反応解析の適用対象を劇的に拡大する。開発した計算手法を用い、3. 8-ヒドロキシキノリンおよび10-ヒドロキシベンゾキノリン中で起こる励起状態プロトン移動反応の、水素原子核の量揺らぎを考慮した解析を実現する。さらに、4. 開発した手法を用い、励起状態二重プロトン移動反応や多段階励起状態プロトン移動反応についても、水素原子核の量子揺らぎを考慮した解析を初めて実現する。
本年度は、項目4について取り組んだ。申請書で解析対象として予定していた1,8-ヒドロキシ-2-ナフトアルデヒドについて予備計算を行ったところ、プロトン移動に関する活性化障壁が思ったよりも低く、原子核の量子揺らぎを取り込むと障壁が消失してしまい、プロトン移動した構造しか得られないことがわかった。そこで予定を変更し、7-アミノキノリンおよび7-ヒドロキシキノリンにおける溶媒分子を介した励起状態プロトン移動による互変異性反応について解析した。
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