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複雑反応経路網に適用し得る速度解析法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 15J02125
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 物理化学
研究機関北海道大学

研究代表者

住谷 陽輔  北海道大学, 大学院総合化学院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2017年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード速度解析 / 反応経路自動探索 / 多成分連結反応 / 有機反応 / 反応経路ネットワーク / 表面反応 / 分岐比 / stiff問題 / 反応予測 / 縮約 / コンフォメーションエントロピー / 反応性 / 選択性 / 有機反応解析
研究実績の概要

初年度に開発した速度定数行列縮約(RCMC)法の応用範囲を拡げた。RCMC法では、短時間で行き来する安定構造同士を一つにまとめ、安定構造の重み付き総和として得られる超状態間のオーバーオールの速度定数を計算できる。前年度はRCMC法を反応経路の自動探索を行う人工力誘起反応(AFIR)法と組み合わせたプログラムを作成したので、当該年度で本手法の更なる開発と応用を行った。
本手法では、RCMC法による速度解析を、反応経路自動探索のナビゲーションシステムとして利用する。これにより、速度論に基づいて反応経路の探索領域を制限し、反応物から指定した温度・反応時間で到達し得る反応経路を効率的に探索できる。本手法をPasserini反応に適用した。本反応は、多成分の反応基質が相互作用する複雑な反応だが、起こり得る反応機構を得ることができた。本手法の探索では、分子の結合情報や反応パターンなどの情報は使用せず、完全に系統的である。現在、プログラムのチューニングを終え、論文の投稿準備を進めている。
また、さらに計算を高速化する手順を考案し、論文で報告した。この方法では、2つの手順から反応経路ネットワークを作成する。具体的には、(1) 最初の探索ではAFIR法で近似的なlocally updated plane(LUP)経路を求める。(2) 得られたLUP経路ネットワークからボトルネックとして振る舞う経路をRCMC法で抽出し、その経路のみ遷移状態(TS)構造最適化を行い、固有反応座標(IRC)経路を求める。これにより、速度解析の結果にほぼ影響しない経路のTS構造最適化とIRC計算を削減できる。本手順は、Cu(111)表面上のH2Oの反応に適用した。これにより、ボトルネックであった結合組み替えの過程をIRC経路として、その他の高速で進行する過程をLUP経路とした反応経路ネットワークを得ることができた。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2018 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Implementation and performance of the artificial force induced reaction method in the GRRM17 program2018

    • 著者名/発表者名
      S. Maeda, Y. Harabuchi, M. Takagi, K. Saita, K. Suzuki, T. Ichino, Y. Sumiya, K. Sugiyama, Y. Ono
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 4 号: 4 ページ: 233-251

    • DOI

      10.1002/jcc.25106

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Global Reaction Route Mapping for Surface Adsorbed Molecules: A Case Study for H2O on Cu(111) Surface2018

    • 著者名/発表者名
      S. Maeda, K. Sugiyama, Y. Sumiya, M. Takagi, K. Saita
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 47 号: 4 ページ: 396-399

    • DOI

      10.1246/cl.171194

    • NAID

      130006638939

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Designing Backbone of Hexasilabenzene Derivatives Possessing a High Unimolecular Kinetic Stability2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Sumiya, S. Maeda
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 印刷中 号: 47 ページ: 12264-12268

    • DOI

      10.1002/chem.201801699

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An autocatalytic cycle in autoxidation of triethylborane2017

    • 著者名/発表者名
      R. Uematsu, C. Saka, Y. Sumiya, T. Ichino, T. Taketsugu, S. Maeda
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 53 号: 53 ページ: 7302-7305

    • DOI

      10.1039/c7cc02541f

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Full Rate Constant Matrix Contraction Method for Obtaining Branching Ratio of Unimolecular Decomposition2017

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Sumiya, Tetsuya Taketsugu, Satoshi Maeda
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 38 号: 2 ページ: 101-109

    • DOI

      10.1002/jcc.24526

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Kinetic Analysis for the Multistep Profiles of Organic Reactions: Significance of the Conformational Entropy on the Rate Constants of the Claisen Rearrangement2015

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Sumiya, Yutaka Nagahata, Tamiki Komatsuzaki, Tetsuya Taketsugu, Satoshi Maeda
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry

      巻: 119 号: 48 ページ: 11641-11649

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.5b09447

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 速度定数行列縮約法を用いた反応経路自動探索の効率化:多成分連結反応への応用2017

    • 著者名/発表者名
      住谷陽輔、武次徹也、前田理
    • 学会等名
      日本化学会 第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学 日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 複雑化学反応経路ネットワークに適用し得る速度解析法の開発と反応予測2017

    • 著者名/発表者名
      住谷陽輔
    • 学会等名
      クロスボーダーシンポジウム
    • 発表場所
      北海道大学理学部(札幌市北区)
    • 年月日
      2017-01-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 多成分連結反応の反応経路ネットワークとその速度論的理解:パッセリーニ反応2017

    • 著者名/発表者名
      住谷陽輔、前田理
    • 学会等名
      第20回理論化学討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Conformational Entropy of Unimolecular Reactions Studied by a New Kinetic Approach2017

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Sumiya, Tetsuya Taketsugu, Satoshi Maeda
    • 学会等名
      13TH INTERNATIONAL CONFERENCE OF COMPUTATIONAL METHODS IN SCIENCES AND ENGINEERING (ICCMSE2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reaction mechanism and kinetics of organic multicomponent reactions studied by combined automatic reaction path search and rate constant matrix contraction methods2017

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Sumiya, Satoshi Maeda
    • 学会等名
      第33回化学反応討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Conformational entropy of Claisen rearrangement calculated by rate constant matrix contraction method2017

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Sumiya, Satoshi Maeda
    • 学会等名
      11th Triennial Congress of the World Association of Theoretical and Computational Chemistry
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子内Diels-Alder反応におけるコンフォメーションエントロピー2016

    • 著者名/発表者名
      住谷陽輔、武次徹也、前田理
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート(兵庫県神戸市東灘区)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Conformational entropy in Claisen rearrangement studied by a new kinetic approach2016

    • 著者名/発表者名
      住谷陽輔、武次徹也、前田理
    • 学会等名
      International Symposium on Pure & Applied Chemistry 2016
    • 発表場所
      Borneo Convention Centre(Kuching, Malaysia)
    • 年月日
      2016-08-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Kinetic Analysis for Complex Reaction Networks: Importance of Conformational Entropy2016

    • 著者名/発表者名
      住谷陽輔、武次徹也、前田理
    • 学会等名
      23rd IUPAC Conference on Physical Organic Chemistry
    • 発表場所
      University of New South Wales(Sydney, Australia)
    • 年月日
      2016-07-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 複雑反応経路網上で起こる単分子解離反応の分岐比の厳密解2016

    • 著者名/発表者名
      住谷陽輔、武次徹也、前田理
    • 学会等名
      第19回理論化学討論会
    • 発表場所
      早稲田大学 西早稲田キャンパス(東京都新宿区大久保)
    • 年月日
      2016-05-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 単分子解離反応の分岐比を算出する速度定数行列完全縮約法の開発2016

    • 著者名/発表者名
      住谷陽輔、武次徹也、前田理
    • 学会等名
      化学反応経路探索のニューフロンティア2016
    • 発表場所
      京都教育文化センター(京都府京都市左京区)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Kinetic analysis for complex reaction networks: Application to organic reactions2015

    • 著者名/発表者名
      住谷陽輔、前田理、武次徹也
    • 学会等名
      Pacifichem2015
    • 発表場所
      Hawaii Convention Center (Honolulu, America)
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 時間発展を考慮した反応経路自動探索2015

    • 著者名/発表者名
      住谷陽輔、前田理、武次徹也
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学大岡山キャンパス(東京都・目黒区)
    • 年月日
      2015-09-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 速度論に基づく複雑反応経路網の解析と自動探索との連携2015

    • 著者名/発表者名
      住谷陽輔、前田理、武次徹也
    • 学会等名
      化学反応経路探索のニューフロンティア2015
    • 発表場所
      品川区立総合区民会館きゅりあん(東京都・品川区)
    • 年月日
      2015-09-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Kinetic analysis of the reaction path network for C6H62015

    • 著者名/発表者名
      住谷陽輔、前田理、武次徹也
    • 学会等名
      31th Symposium on Chemical Kinetics and Dynamics
    • 発表場所
      北海道大学工学部フロンティア応用化学研究棟(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2015-06-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 速度論に基づく複雑反応経路網の解析: 異性化反応への応用2015

    • 著者名/発表者名
      住谷陽輔、前田理、武次徹也
    • 学会等名
      第18回理論化学討論会
    • 発表場所
      大阪大学会館(大阪府・豊中市)
    • 年月日
      2015-05-20
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://ambitious-lp.sci.hokudai.ac.jp/report/event/qualifying-examination/repo_6280.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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