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化学反応遷移状態動力学観測の理論設計

研究課題

研究課題/領域番号 17KT0093
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分特設分野
研究分野 遷移状態制御
研究機関埼玉大学

研究代表者

高柳 敏幸  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (90354894)

研究期間 (年度) 2017-07-18 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワード遷移状態 / 反応動力学 / 量子波束法 / 非断熱遷移 / ポテンシャルエネルギー曲面 / 量子化学 / 分子衝突 / 遷移状態分光 / 光電子分光 / 波束動力学 / スピン反転 / 光電子スペクトル / 化学物理 / 原子・分子物理
研究成果の概要

遷移状態は化学反応の起こりやすさを理解する上で重要な概念であるが、直接観測することが難しい。遷移状態を観測する方法はいくつか提唱されており、「遷移状態分光」と呼ばれている。その最も成功した例は、アニオンを利用する方法である。しかし、実験だけから遷移状態の情報を得るのは困難である。本課題では、精密なポテンシャル曲面の作成と量子波束ダイナミクス計算を行い、実験結果を定量的に解釈することに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

化学反応の本質は、瞬間的な分子結合の解離や生成である。化学反応がどのような分子構造を変化を経て進行しているかを理解することは重要である。本研究課題では、理論と実験の共同作業によって、化学反応の鍵である「遷移状態構造」の情報を直接得ることができることを示すことができた。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (19件) (うち査読あり 19件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 4件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Reduced-dimensionality Quantum dynamics Study of the 3Fe(CO)4 + H2 -> 1FeH2(CO)4 spin-inversion reaction2020

    • 著者名/発表者名
      T. Takayanagi, Y. Watabe, T. Miyazaki
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 25 号: 4 ページ: 882-882

    • DOI

      10.3390/molecules25040882

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spin‐inversion mechanisms in O2 binding to a model heme complex revisited by density function theory calculations2020

    • 著者名/発表者名
      Saito Kohei、Watabe Yuya、Fujihara Takashi、Takayanagi Toshiyuki、Hasegawa Jun‐ya
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 41 号: 11 ページ: 1130-1138

    • DOI

      10.1002/jcc.26159

    • NAID

      120007034051

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 化学ダイナミクスにおける核量子効果:経路積分分子動力学法とリングポリマー分子動力学法の応用2020

    • 著者名/発表者名
      高柳敏幸, 宮崎貴暉
    • 雑誌名

      アンサンブル(分子シミュレーション学会誌)

      巻: 22 ページ: 8-13

    • NAID

      130007978496

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Computational analysis of two-state reactivity in beta-hydride elimination mechanisms of Fe(II) and Co(II)-alkyl complexes2019

    • 著者名/発表者名
      T. Takayanagi, K. Saito, H. Suzuki, Y. Watabe, T. Fujihara
    • 雑誌名

      Organometallics

      巻: 38 号: 19 ページ: 3582-3589

    • DOI

      10.1021/acs.organomet.9b00418

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical study on the spectroscopic observation of intersystem crossing between 3B1 and 1A1 states of GeH2 using the GeH2- (2B1) anion,2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Watabe, T. Miyazaki, *T. Takayanagi, Y. Suzuki
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A

      巻: 123 号: 27 ページ: 5734-5740

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.9b04548

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ionization dynamics of Ne-doped helium clusters at low temperature: Ring-polymer molecular dynamics simulations including electronically nonadiabatic transitions2019

    • 著者名/発表者名
      T. Miyazaki, T. Takayanagi
    • 雑誌名

      Comp. Theo. Chem.

      巻: 1163 ページ: 112537-112537

    • DOI

      10.1016/j.comptc.2019.112537

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum dynamics calculation of the annihilation spectrum for positron-proline scattering2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Sugiura, K. Suzuki, S. Koido, T. Takayanagi, Y. Kita, and M. Tachikawa
    • 雑誌名

      Comp. Theo. Chem.

      巻: 1147 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1016/j.comptc.2018.11.013

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydration effect on positron binding ability for proline: Positron attachment induces proton-transfer to form zwitterionic structure2019

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki, Y. Sugiura, T. Takayanagi, Y. Kita, and M. Tachikawa
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A

      巻: 123 号: 6 ページ: 1217-1224

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.8b11653

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automated reaction path search calculations of spin-inversion mechanisms in the 6,4,2Nb + C2H4 reaction2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kawano, S. Koido, T. Nakatomi, Y. Watabe, and T. Takayanagi
    • 雑誌名

      Comp. Theo. Chem.

      巻: 1115 ページ: 31-37

    • DOI

      10.1016/j.comptc.2019.03.021

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fundamental peak disappears upon binding of noble gas: a case of vibrational spectrum of PtCO in argon matrix2018

    • 著者名/発表者名
      Yuriko Ono, Kiyoshi Yagi, Toshiyuki Takayanagi, and Tetsuya Taketsugu
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 20 号: 5 ページ: 3296-3302

    • DOI

      10.1039/c7cp06713e

    • NAID

      120006552866

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum dynamics calculations for e + ?+?LiH?→?Li + ?+?[H ? ;? e + ] dissociative positron attachment using a pseudopotential model2018

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Kento、Takayanagi Toshiyuki、Kita Yukiumi、Tachikawa Masanori、Oyamada Takayuki
    • 雑誌名

      Computational and Theoretical Chemistry

      巻: 1123 ページ: 135-141

    • DOI

      10.1016/j.comptc.2017.11.023

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automated reaction path searches for spin-forbidden reactions2018

    • 著者名/発表者名
      T. Takayanagi and T. Nakatomi
    • 雑誌名

      J. Comp. Chem.

      巻: 39 号: 19 ページ: 1319-1326

    • DOI

      10.1002/jcc.25202

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] On the ion-pair dissociation mechanisms in the small NaCl(H2O)6 cluster: a perspective from reaction path search calculations2018

    • 著者名/発表者名
      T. Takayanagi, T. Nakatomi, and Y. Yonetani
    • 雑誌名

      J. Comp. Chem.

      巻: 39 号: 23 ページ: 1835-1842

    • DOI

      10.1002/jcc.25227

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reduction of OH vibrational frequencies in amino acids by positron attachment2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Sugiura, K. Suzuki, T. Takayanagi, M. Tachikawa, and Y. Kita
    • 雑誌名

      J. Comp. Chem.

      巻: 39 号: 25 ページ: 2060-2066

    • DOI

      10.1002/jcc.25387

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum Simulation Verifies the Stability of an 18‐Coordinated Actinium–Helium Complex2018

    • 著者名/発表者名
      Eiki Ozama, Sadia Adachi, Toshiyuki Takayanagi, Motoyuki Shiga
    • 雑誌名

      Chemistry: A European Journal

      巻: 24 号: 48 ページ: 12716-12721

    • DOI

      10.1002/chem.201802554

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical calculations of photoelectron spectrum of (Au-CO2)- anion2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Watabe, T. Miyazaki, E. Ozama, T. Takayanagi, and Y. Suzuki
    • 雑誌名

      Comp. Theo. Chem.

      巻: 1140 ページ: 56-62

    • DOI

      10.1016/j.comptc.2018.07.019

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nuclear quantum effects in direct ionization processes of pure helium clusters: path-integral and ring-polymer molecular dynamics simulations on the diatomics-in-molecule potential energy surfaces2018

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki, T. Miyazaki, T. Takayanagi, and M. Shiga
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 20 号: 41 ページ: 26489-26499

    • DOI

      10.1039/c8cp05389h

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 原子・分子の陽電子束縛機構と対消滅機構解明のための高精度第一原理計算2018

    • 著者名/発表者名
      立川仁典,北幸海,小山田隆行,高柳敏幸
    • 雑誌名

      しょうとつ(原子衝突学会)

      巻: 15 ページ: 113-126

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nonadiabatic quantum dynamics calculations of transition state spectroscopy of I + HI and I + DI reactions: the existence of long life vibrational bonding resonances2017

    • 著者名/発表者名
      T. Takayanagi
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 19 号: 43 ページ: 29125-29133

    • DOI

      10.1039/c7cp05478e

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Nonadiabatic quantum dynamics study of transition-state spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      T. Takayanagi
    • 学会等名
      International Conference on Theoretical and High Performance Computational Chemistry 2019 (ICT-HPCC19)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantum simulations for real-time dynamics of pure and impurity-doped helium clusters at low temperature2019

    • 著者名/発表者名
      T. Takayanagi
    • 学会等名
      102nd Canadian Chemistry Conference and Exhibition
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Transition State Spectroscopy: Theoretical Analyses2019

    • 著者名/発表者名
      T. Takayanagi
    • 学会等名
      2019 International Symposium on Quantum Effects in Chemistry and Biology
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] NaCl-(H2O)nクラスター中のイオン解離過程の反応座標:GRRM法の応用2018

    • 著者名/発表者名
      高柳敏幸
    • 学会等名
      化学反応経路探索のニューフロンティア2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum dynamics calculations of transition state spectra of gas-phase chemical reactions2018

    • 著者名/発表者名
      T. Takayanagi
    • 学会等名
      nternational Conference on Computational Methods in Science and Engineering (ICCMSE) Thessaloniki (Greece)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2017-07-21   更新日: 2021-02-19  

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