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超球面アルゴリズムによる化学反応経路自動探索計算法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 17655001
研究種目

萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 物理化学
研究機関東北大学

研究代表者

大野 公一  東北大学, 大学院理学研究科, 教授 (60012499)

研究期間 (年度) 2005 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
3,200千円 (直接経費: 3,200千円)
2006年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2005年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
キーワードポテンシャルエネルギー曲面 / 反応経路 / 反応経路自動探索 / 遷移状態 / 平衡構造 / 超球面探索法 / アルゴリズム / 反応経路探索 / 化学反応自動探索 / 反応経路マッピング / 化学反応シミュレータ
研究概要

分子やクラスターの平衡構造(EQ)は、ポテンシャルエネルギー曲面(PES)上のエネルギー極小点に相当する。EQ同士(異性体同士)は、遷移状態を経由する反応経路で結ばれており、PES上の一次鞍点である遷移状態構造(TS)を探索することによって、化学反応を解析することができる。従って、EQとTSの自動探索法の開発は、分子構造と化学反応の理論解析・理論予測において非常に重要である。しかし、PESは、分子の構造変数と同数の次元を持つ多次元関数であり、PES全体をしらみつぶしに調べようとすると膨大な計算時間がかかってしまう。EQとTSを系統的に探すには、PES上の反応経路を、EQからTSへ、TSから別のEQへと辿り、次々と芋づる式に探索するのが、最も効率が良いと考えられる。しかし、EQからTSへと反応経路を辿ってPESを上る方法が存在しなかったため、EQとTSの系統的な自動探索には膨大な計算量が必要であった。本研究では、化学反応の量子原理を発見し、反応経路に沿ってPESを上ることのできる方法の開発に成功した。これにより、EQとTSの系統的な自動探索が有限の計算時間で行えるようになった。前年度は、単純な有機分子に対応する化学組成のPESへ応用してきたが、今年度は、金属原子の導入によるPESの形状の変化を調べるために、アルカリ金属原子や貴金属原子を含む有機金属化合物のPESへの応用を行った。その結果、金属原子の導入によって、様々な反応経路の活性化障壁が大きく減少し、PESの形状が大きく変化することが分かった。また、キラリティーを持つ最小のアミノ酸分子であるアラニン分子に応用し、D体からL体またはL体からD体への熱変換反応経路を4種類見出すことに成功した。

報告書

(2件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (11件)

  • [雑誌論文] Structures of Water Octamers (H_2O)_8 : Exploration on Ab Initio Potential Energy Surfaces by the Scaled Hypersphere Search Method2007

    • 著者名/発表者名
      S.Maeda, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry A 111(印刷中)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Insight into Global Reaction Mechanism of [C_2, H_4, O] System from ab initio Calculations by the Scaled Hypersphere Search Method2007

    • 著者名/発表者名
      X.Yang, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry A 111(印刷中)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Generation Mechanisms of Amino Acids in the Interstellar Space via Reactions between Closed-Shell Species : Significance of Higher Energy Isomers in Molecular Evolution2006

    • 著者名/発表者名
      S.Maeda, et al.
    • 雑誌名

      Astrophysical Journal 640

      ページ: 823-828

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書 2005 実績報告書
  • [雑誌論文] D-L Conversion Pathways between Optical Isomers of Alanine : Applications of the Scaled Hypersphere Search Method to Exploring Unknown Reaction Routes in a Chiral System2006

    • 著者名/発表者名
      K.Ohno, et al.
    • 雑誌名

      Chemistry Letters 35

      ページ: 492-493

    • NAID

      10017409754

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Conversion Pathways between a Fullerene and a Ring among C_<20> Clusters by a Sphere Contracting Walk Method : Remarkable Difference in Local Potential Energy Landscapes around the Fullerene and the Ring2006

    • 著者名/発表者名
      S.Maeda, et al.
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics 124

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Global Reaction Route Mapping on Potential Energy Surfaces of Formaldehyde, Formic Acid, and their Metal Substituted Analogues2006

    • 著者名/発表者名
      K.Ohno, et al.
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry A 110

      ページ: 8933-8941

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Global Analysis of Reaction Pathways on the Potential Energy Surface of Cyanoacetylene by the Scaled Hypersphere Search Method2006

    • 著者名/発表者名
      X.Yang, et al.
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters 418

      ページ: 204-212

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] D-L Conversion Pathways between Optical Isomers of Alanine : Applications of the Scaled Hypersphere Search Method to Exploring Unknown Reaction Routes in a Chiral System2006

    • 著者名/発表者名
      K.Ohno, et al.
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

    • NAID

      10017409754

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Global mapping of equilibrium and transition structures on potential energy surfaces by the scaled hypersphere search method : Applications to ab initio surfaces of formaldehyde and propyne molecules2005

    • 著者名/発表者名
      S.Maeda, et al.
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A 109

      ページ: 5742-5753

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Global Investigation on Potential Energy Surface of CH_3CN : Application of the Scaled Hypersphere Search Method2005

    • 著者名/発表者名
      X.Yang, et al.
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A 109

      ページ: 7319-7328

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] A scaled hypersphere interpolation technique for efficient construction of multidimensional potential energy surfaces2005

    • 著者名/発表者名
      S.Maeda, et al.
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters 414

      ページ: 265-270

    • 関連する報告書
      2005 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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