| 研究課題/領域番号 |
21K04991
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32010:基礎物理化学関連
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| 研究機関 | 岐阜大学 |
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研究代表者 |
宇田川 太郎 岐阜大学, 工学部, 准教授 (70509356)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 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 / 励起状態 / DFT / 多成分量子力学法 / 原子核の量子効果 / 同位体効果 / 多成分系理論 / プロトン移動反応 / 量子多成分系理論 / 化学反応 / 電子励起状態 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、水素原子核の量子揺らぎを含めた簡便な電子励起状態反応解析手法の確立を目指し、量子多成分系CI-NEB法を拡張し、水素原子核の量子揺らぎを考慮した電子励起状態プロトン移動反応の解析を実施する。水素原子核の量子揺らぎを含めた化学反応解析は、他に類を見ない学術的独自性を有する研究課題である。さらに本研究は生化学や光化学分野でも重要な電子励起状態における反応へと量子多成分系理論を拡張しようとするものであり、高い学術的独自性も有する。本研究で開発する計算手法は、既存の手法よりも実在系に近い計算を可能とし、未解明の様々な化学現象へのアプローチを可能とする新しい量子化学計算手法である。
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| 研究実績の概要 |
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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