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溶液内・生体内反応の自由エネルギー面とダイナミックス

研究課題

研究課題/領域番号 17350007
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物理化学
研究機関京都大学

研究代表者

加藤 重樹  京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (20113425)

研究分担者 山本 武志  京都大学, 大学院・理学研究科, 助教 (30397583)
研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
14,900千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 600千円)
2007年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2006年度: 3,900千円 (直接経費: 3,900千円)
2005年度: 8,400千円 (直接経費: 8,400千円)
キーワード化学反応 / 自由エネルギー / ダイナミックス / 酵素反応 / 溶液 / RISM-SCF法 / 分極可能電荷モデル / 生体 / 電子緩和 / 円錐交差 / 電荷移動
研究概要

本研究課題に関連して、(1)RISM-SCF法についての新しい方法の開発、(2)溶液内化学反応の機構とダイナミックス、(3)QM/MM法を用いた複雑分子系の自由エネルギー面上での反応経路の決定法の開発と酵素反応への応用、および(4)charge response kernel法を用いた分極可能力場モデルの開発と分子シミュレーションについて研究を行った。(1)では、先ず、溶質・溶媒間の短距離相互作用を記述するため、溶媒分子の相互作用点上に有効ポテンシャルを定義し、それを用いて溶質・溶媒電子間交換相互作用を表す方法の開発を行った。更に、3次元RISM-SCF法を用いて水溶液中でのpyrroleとindoleのRydberg励起状態のエネルギー準位に対するに対する溶質・溶媒電子間の交換相互作用の役割について解析を行った。(2)では、溶液内でのproton-coupled electron transfer反応の機構とダイナミックスを取り扱うため、反応の自由エネルギー面を溶媒からの外部ポテンシャルを用いて表現する方法の提案を行い、反応速度を量子動力学法により評価する方法の定式化を行った。この方法をアセトニトリル中でのubiquinolとphenoxyl radical間の反応に適用し、異常な速度同位体効果を示す理由について考察を行った。(3)の課題では、chalcone isomeraseの酵素反応を取りあげ、実験的に示唆されている2つの反応経路を比較し、活性化エネルギーを見積もった。(4)では、MP2法に基づくCRKモデルを構築する方法を開発し、アセトニトリル、メチレンクロライド、アセトン液体の低周波数領域での赤外とラマンスペクトルを分子動力学法により計算し、スペクトルの形状を決める上での電子分極の役割について論じた。

報告書

(4件)
  • 2007 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2007 2006 2005 その他

すべて 雑誌論文 (37件) (うち査読あり 18件)

  • [雑誌論文] An efficient implementation of three-dimensional reference interaction site model self-consistent-field method : Application to solvatochromic shift calculations2007

    • 著者名/発表者名
      N. Minezawa, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. 126

      ページ: 54511-54525

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solvent effect on conical intersections in excited state 9H-adenine : Radiationless decay mechanism in polar solvent2007

    • 著者名/発表者名
      S. Yamazaki, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc. 129

      ページ: 2901-2909

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analytical RISM-MP2 free energy gradient method : Application to the Schlenk equilibrium of Grignard reagent2007

    • 著者名/発表者名
      T. Mori, S. Kato
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Lett. 437

      ページ: 159-163

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transition state determination of enzyme reaction on free energy surface : Application to chorismate mutase2007

    • 著者名/発表者名
      M. Higashi, S. Hayashi, S. Kato
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Lett. 437

      ページ: 293-297

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Geometry optimization based on linear response free energy with quantum mechanical/molecular mechanical method : Applications to Menshutkin-type and Claisen rearrangement reactions in aqueous solution2007

    • 著者名/発表者名
      M. Higashi, S. Hayashi, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. 126

      ページ: 144503-144512

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ab initio calculation of proton-coupled electron transfer rates in the external-potential representation : A ubiquinol complex in solution2007

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. 126

      ページ: 224514-224528

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electronic polarization effect on low-frequency infrared and Raman spectra of aprotic solvent : Molecular dynamics simulation study with charge response kernel by second order Moller-Plesset perturbation method2007

    • 著者名/発表者名
      M. Isegawa, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. 127

      ページ: 244502-244512

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An efficient implementation of three-dimensional reference interaction site model self-consistent-field method : Application to solvatochromic shift calculations2007

    • 著者名/発表者名
      N. Minezawa, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. 216

      ページ: 54511-54525

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Solvent effect on conical intersections in excited state 9H-adenine: Radiationless decay mechanism in polar solvent2007

    • 著者名/発表者名
      S. Yamazaki, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc. 129

      ページ: 2901-2909

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electronic polarization effect on low-frequency infrared and Raman spectra of aprotic solvent'- Molecular dynamics simulation study with charge response kernel by second order Moller-Plesset perturbation method2007

    • 著者名/発表者名
      M. Isegawa, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. 127

      ページ: 244502-244512

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electronic polarization effect on low-frequency infrared and Raman spectra of aprotic solvent: Molecular dynamics simulation study with charge response kernel by second order Moller-Plesset perturbation method2007

    • 著者名/発表者名
      M. Isegawa and S. Kato
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 127

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ab initio calculation of proton-coupled electron transfer rates in the external-potential representation: A ubiquinol complex in solution2007

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto and S. Kato
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 126

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Geometry optimization based on linear response free energy with quantum mechanical/molecular mechanical method: Applications to Menshutkin-type and Claisen rearrangement reactions in aqueous solution2007

    • 著者名/発表者名
      M. Higashi, S. Hayashi, and S. Kato
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 126

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An efficient implementation of three-dimensional reference interaction sitemodel self-consistent-field method: Application to solvatochromic shift calculations2007

    • 著者名/発表者名
      N. Minezawa and S. Kato
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 126

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solvent effect on conical intersections in excited state 9H-adenine: Radiationless decay mechanism in polar solvent2007

    • 著者名/発表者名
      S. Yamazaki and S. Kato
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society 9

      ページ: 2901-2909

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An efficient implementation of three-dimensional reference interaction site model self-consistent-field method : Application to solvatochromic shift calculations2007

    • 著者名/発表者名
      N.Minezawa, S.Kato
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. 126

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Solvent effect on conical intersections in excited state 9H-adenine : Radiationless decay mechanism in polar solvent2007

    • 著者名/発表者名
      S.Yamazaki, S.Kato
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc. 129

      ページ: 2901-2909

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Analytical RISM-MP2 free energy gradient method : Application to the Schlenk equilibrium of Grignard reagent2007

    • 著者名/発表者名
      T.Mori, S.Kato
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Lett. 437

      ページ: 159-163

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Transition state determination of enzyme reaction on free energy surface : Application to chorismate mutase2007

    • 著者名/発表者名
      M.Higashi, S.Hayashi, S.Kato
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Lett. 437

      ページ: 293-297

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Geometry optimization based on linear response free energy with quantum mechanical/molecular mechanical method : Applications to Menshutkin-type and Claisen rearrangement reactions in aqueous solution2007

    • 著者名/発表者名
      M.Higashi, S.Hayashi, S.Kato
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. 126

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Quantum dynamics study on multichannel dissociation and isomerization reactions of formaldehyde2006

    • 著者名/発表者名
      T. Yonehara, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. 125

      ページ: 84307-84316

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intramolecular Charge Transfer State Formation of 4-(N, N-Dimethylainino) benzonitrile in Acetonitrile Solution : RISM-SCF Study2005

    • 著者名/発表者名
      N. Minezawa, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A 109

      ページ: 5445-5453

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electronic relaxation dynamics of Ni^<2+> ion aqueous solution : Molecular dynamics simulation2005

    • 著者名/発表者名
      S. Iuchi, A. Morita, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. 123

      ページ: 24505-24515

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Locating the lowest free-energy point on conical intersection in polar solvent : Reference interaction site self-consistent field study of ethylene and CH_2NH_2^+2005

    • 著者名/発表者名
      S. Yamazaki, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys. 123

      ページ: 114510-114522

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanism of color tuning in retinal protein : SAC-CI and QM/MM study2005

    • 著者名/発表者名
      K. Fujimoto, JY. Hasegawa, S. Hayashi, S. Kato, H. Nakatsuji
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Lett. 414

      ページ: 239-242

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical Study on Electronic and Spin Structures of [Fe_2S_2]^<2+, +> Cluster : RISM-SCF and MRMP Approach2005

    • 著者名/発表者名
      M. Higashi, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A 1092

      ページ: 9867-9874

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intramolecular Charge Transfer State Formation of 4-(N, N-Dimethylamino)benzonitrile in Acetonitrile Solution : RISMSCF Study2005

    • 著者名/発表者名
      N. Minezawa, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A 109

      ページ: 5445-5453

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electronic relaxation dynamics of Ni^<2+> ion aqueous solution : Molecular dynamics simulation2005

    • 著者名/発表者名
      S. Iuchi, A. Morita, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. 123

      ページ: 24505-24515

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Mechanism of color tuning in retinal protein : SAOCI and QM/MM Study2005

    • 著者名/発表者名
      K. Fujimoto, JY. Hasegawa, S. Hayashi, S. Kato, H. Nakatsuji
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Lett. 414

      ページ: 239-242

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Theoretical Study on Electronic and Spin Structures of [Fe_2S_2]^<2+,+> Cluster : RISM-SCF and MRMP Approach2005

    • 著者名/発表者名
      M. Higashi, S. Kato
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A 1092

      ページ: 9867-9874

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Intramolecular Charge-Transfer State Formation of 4-(N,N-Dimethylamino)benzonitrile in Acetonitrile Solution : RISM-SCF Study2005

    • 著者名/発表者名
      N.Minezawa, S.Kato
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry A109

      ページ: 5445-5453

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Theoretical Study on Electronic and Spin Structures of [Fe_2S_2]^<2+,+> Cluster2005

    • 著者名/発表者名
      M.Higashi, S.Kato
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry A109

      ページ: 9867-9874

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Electronic relaxation dynamics of Ni^<2+>-ion aqueous solution : Molecular-dynamics simulation2005

    • 著者名/発表者名
      S.Iuchi, A.Morita, S.Kato
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 123

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Locating the lowest free-energy point on conical intersection in polar solvent : Reference interaction site model self-consistent field study of ethylene and CH_2NH_2^+2005

    • 著者名/発表者名
      S.Yamazaki, S.Kato
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics 123

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Mechanism of color tuning in retinal protein : SAC-CI and QM/MM study2005

    • 著者名/発表者名
      K.Fujimoto, J.Hasegawa, S.Hayashi, S.Kato, H.Nakatsuji
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letter 414

      ページ: 239-242

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Resonance Raman spectra of NOCI : Quantum dynamics study2005

    • 著者名/発表者名
      T.Yamashita, S.Kato
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letter 405

      ページ: 142-147

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Ab initio calculation of proton-coupled electron transfer rates in the external-potential representation : A ubiquinol complex in solution

    • 著者名/発表者名
      T.Yamamoto, S.Kato
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys (in press)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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