多電子波動関数理論による金属酵素反応中間体の構造同定

• 研究課題/領域番号: 25410030
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 分子科学研究所
• 研究代表者: 倉重 佑輝 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 助教 (30510242)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2015年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 電子状態理論 / 遷移金属錯体 / 金属酵素 / 量子化学計算 / 多参照理論 / 金属錯体 / EPR / 電子相関理論 / 密度行列繰り込み群 / 水分解反応 / 多参照電子相関理論

研究成果の概要

金属酵素反応において実験のみでは決定が難しい中間体構造について、理論計算との波動関数レベルの比較により同定するアプローチを確立した。金属酵素は穏和な条件下で化学反応を高選択/高効率に進める究極の反応場であり活性中心である金属錯体について、複数の金属中心の存在により系として電荷やスピン状態を保ちつつ個々の金属原子の状態は自由に変化可能であることが一つの要因であることが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] A pentanuclear iron catalyst designed for water oxidation (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaya Okamura, Mio Kondo, Reiko Kuga, Yuki Kurashige, Takeshi Yanai, Shinya Hayami, Vijayendran K. K. Praneeth, Masaki Yoshida, Ko Yoneda, Satoshi Kawata, and Shigeyuki Masaoka
  • 雑誌名: Nature 巻: 530 号: 7591 ページ: 465-468
  • DOI: 10.1038/nature16529
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multinuclear Metal-Binding Ability of a Carotene (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Murahashi et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 号: 1 ページ: 6742-6749
  • DOI: 10.1038/ncomms7742
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Aggregation-Induced Photon Upconversion through Control of the Triplet Energy Landscapes of the Solution and Solid States (2015)
  • 著者名/発表者名: Pengfei Duan, Nobuhiro Yanai, Yuki Kurashige, and Nobuo Kimizuka
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 54 号: 26 ページ: 7544-7549
  • DOI: 10.1002/anie.201501449
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fully internally contracted multireference configuration interaction theory using density matrix renormalization group: A reduced-scaling implementation derived by computer-aided tensor factorization (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Saitow, Y. Kurashige, and T. Yanai
  • 雑誌名: J. Chem. Theo. Comp. 巻: 11 号: 11 ページ: 5120-5131
  • DOI: 10.1021/acs.jctc.5b00270
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Acid/Base-Regulated Reversible Electron Transfer Disproportionation of N-N linked Bicarbazole and Biacridine Derivatives (2015)
  • 著者名/発表者名: Palash Pandit,† Koji Yamamoto,† (†: equally contributed) Toshikazu Nakamura, Katsuyuki Nishimura, Yuki Kurashige, Takeshi Yanai, Go Nakamura, Shigeyuki Masaoka, Ko Furukawa, Yumi Yakiyama, Masaki Kawano and Shuhei Higashibayashi
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 印刷中 号: 7 ページ: 4160-4173
  • DOI: 10.1039/c5sc00946d
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of Molecular Wires Strapped by π-Conjugated Side Chains: Integration of Dehydrobenzo[20]annulene Units (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Terao, M. Ohsawa, H. Masai, Y. Kurashige, T. Fujihara, and Y. Tsuji
  • 雑誌名: J. Org. Chem. 巻: 80 号: 17 ページ: 8874-8880
  • DOI: 10.1021/acs.joc.5b01414
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Modulation of benzene or naphthalene binding to palladium cluster sites by the backside-ligand effect (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishikawa, S. Kimura, K. Takase, K. Yamamoto, Y. Kurashige, T. Yanai, T. Murahashi
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 54 号: 8 ページ: 2482-2486
  • DOI: 10.1002/ange.201409499
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Scalar relativistic calculations of hyperfine coupling constants using ab initio density matrix renormalization group method in combination with third-order Douglas-Kroll-Hess transformation: case studies of 4d transition metals (2015)
  • 著者名/発表者名: T. N. Lan, Y. Kurashige, and T. Yanai
  • 雑誌名: J. Chem. Theo. Comp. 巻: 11 号: 1 ページ: 73-81
  • DOI: 10.1021/ct5007778
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Density matrix renormalization group for ab initio Calculations and associated dynamic correlation methods: A review of theory and applications (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yanai, Y. Kurashige, J. Chalupsky, T. N. Lan, and M. Saitow
  • 雑誌名: Int. J. Quantum Chem. 巻: 115 号: 5 ページ: 283-299
  • DOI: 10.1002/qua.24808
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Complete active space second-order perturbation theory with cumulant approximation for large entanglement space from density matrix renormalization group (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurashige, J. Chalupsky, T. N. Lan, and T. Yanai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 巻: 141 号: 17
  • DOI: 10.1063/1.4900878
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reactivity of Binuclear Non-Heme Iron Δ9 Desaturase Studied by Large-scale Multireference Ab Initio Calculations (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Chalupsky, T. A. Rokob, Y. Kurashige, T. Yanai, E. I. Solomon, L. Rulisek, and M. Srnec
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc, 巻: 136 号: 45 ページ: 15977-15991
  • DOI: 10.1021/ja506934k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Theoretical study of the π→π* excited states of oligoacenes: a full π-valance DMRG-CASPT2 study (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurashige and T. Yanai
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn 巻: 87 号: 10 ページ: 1071-1073
  • DOI: 10.1246/bcsj.20140180
  • NAID: 130004153323
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ab Initio Density Matrix Renormalization Group Study of Magnetic Coupling in Dinuclear Iron and Chromium Complexes (2014)
  • 著者名/発表者名: T. V. Harris, Y. Kurashige, T. Yanai, and K. Morokuma,
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 140 号: 5
  • DOI: 10.1063/1.4863345
  • 査読あり
• [雑誌論文] Toward reliable prediction of hyperfine coupling constants using ab initio density matrix renormalization group method: diatomic radicals as test cases (2014)
  • 著者名/発表者名: L. N. Tran, Y. Kurashige, and T. Yanai
  • 雑誌名: Journal of Chemical Theory and Computation 巻: - 号: 5 ページ: 1953-1967
  • DOI: 10.1021/ct400978j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radical O-O coupling reaction in diferrate-mediated water oxidation studied with multireference wave function theory (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurashige, M. Saitow, J. Chalupsky; and T. Yanai
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: - 号: 24 ページ: 11988-11999
  • DOI: 10.1039/c3cp55225j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Entangled quantum electronic wavefunctions of the Mn4Ca cluster in photosystem II (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurashige, G. K-L. Chan, and T. Yanai
  • 雑誌名: Nature Chemistry 巻: 5 号: 8 ページ: 660-666
  • DOI: 10.1038/nchem.1677
  • 査読あり
• [雑誌論文] Highly scalable multireference configuration interaction theory with internal contraction of density matrix renormalization group wave function (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Saitow, Y. Kurashige, and T. Yanai
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 139 号: 4
  • DOI: 10.1063/1.4816627
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multireference Ab Initio Density Matrix Renormalization Group (DMRG)-CASSCF and -CASPT2 Study on the Photochromic Ring-Opening of Spiropyran (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Liu, Y, Kurashige, T. Yanai, K. Morokuma
  • 雑誌名: J. Chem. Theo. Comp. 巻: 9 号: 10 ページ: 44624469-44624469
  • DOI: 10.1021/ct400707k
  • 査読あり
• [学会発表] Applications of DMRG-based multireference correlation theories (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurashige
  • 学会等名: 251st ACS National Meeting
  • 発表場所: San Diego Convention Center, California, USA
  • 年月日: 2016-03-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Applications of DMRG-based multireference correlation theories (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurashige
  • 学会等名: The 15th International Congress of Quantum Chemistry (ICQC) Satellite
  • 発表場所: AICS, Kobe, Hyogo, Japan
  • 年月日: 2015-06-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Multireference Electronic -Structure Methods and Application to Multinuclear Complexes and Metalloenzymes (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kurashige
  • 学会等名: The 95th Annual Meeting of the Chemical Society of Japan
  • 発表場所: 千葉県船橋市、日大船橋キャンパス
  • 年月日: 2015-03-29
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum chemistry meets density matrix renormalization group (DMRG) theory: Theory and applications to π-conjugated systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kurashige
  • 学会等名: WPI-MANA Seminar
  • 発表場所: 茨城県つくば市、MANAセンター
  • 年月日: 2015-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] 多参照電子状態理論の最近の進展 (2015)
  • 著者名/発表者名: 倉重佑輝
  • 学会等名: 第２９回九州大学CMSセミナー
  • 発表場所: 福岡県福岡市、九大伊都キャンパス
  • 年月日: 2015-01-23
  • 招待講演
• [学会発表] 多参照電子状態理論によるπ共役分子の励起状態解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 倉重佑輝
  • 学会等名: 「柔らかな分子系」第７回ワークショップ
  • 発表場所: 愛知県岡崎市、岡崎CC
  • 年月日: 2014-12-13
  • 招待講演
• [学会発表] 有機結晶におけるマルチエキシトン生成機構の理論的解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 倉重佑輝
  • 学会等名: 「柔らかな分子系」第５回ワークショップ
  • 発表場所: 広島県広島市、アステールプラザ
  • 年月日: 2014-09-20
  • 招待講演
• [学会発表] 分子多参照電子状態 (2014)
  • 著者名/発表者名: 倉重佑輝
  • 学会等名: CMSI「新物質・新量子相の基礎科学」 夏の学校 2014
  • 発表場所: 滋賀県高島市、白浜荘
  • 年月日: 2014-08-21 – 2014-08-22
  • 招待講演
• [学会発表] 多参照電子相関理論における最近の進展 (2014)
  • 著者名/発表者名: 倉重佑輝
  • 学会等名: スーパーコンピューターワークショップ２０１４
  • 発表場所: 愛知県、岡崎コンファレンスセンター
  • 招待講演
• [学会発表] 多配置電子状態理論を用いた光合成マンガンクラスタおよび人工金属錯体水分解反応の研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 倉重佑輝、柳井毅
  • 学会等名: 異分野融合による新材料開発のための計算科学-光合成マンガンクラスターの理論計算-
  • 発表場所: 兵庫県、神戸理研AICS
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄(VI)二核錯体を介した酸素生成反応の理論的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 倉重佑輝、斎藤雅明、J. Chalupsky、柳井毅
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年会
  • 発表場所: 愛知県、名古屋大学東山キャンパス
• [学会発表] 光合成系IIマンガンクラスタの電子構造に関する理論的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 倉重佑輝、柳井毅
  • 学会等名: 第７回分子科学討論会
  • 発表場所: 京都府、京都テルサ
• [学会発表] 多参照波動関数理論で解く 光合成系IIマンガンクラスタの電子構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 倉重佑輝
  • 学会等名: 新学術領域研究「人工光合成」第2回公開シンポジウム特別セッション
  • 発表場所: 京都府、立命館 朱雀キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Entangled quantum electronic wavefunctions of the Mn4CaO5 cluster in photosystem II (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurashige
  • 学会等名: The 51st Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: 京都府、国立京都国際会館
  • 招待講演
• [学会発表] 多核金属酵素・触媒の電子状態計算～光合成水分解反応を中心に～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 倉重佑輝、柳井毅
  • 学会等名: TCCI 第3回実験化学との交流シンポジウム
  • 発表場所: 京都府、京都大学福井謙一記念研究センター
  • 招待講演
• [学会発表] Entangled quantum electronic wavefunctions of the Mn4CaO5 cluster in photosystem II (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kurashige
  • 学会等名: The 5th JCS International Symposium on Theoretical Chemistry
  • 発表場所: 奈良県、東大寺総合文化センター
  • 招待講演