酵素触媒反応の原動力となる金属活性種と量子化学計算の新展開

• 研究課題/領域番号: 25410071
• 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: 無機化学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 塩田 淑仁 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (70335991)
• 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: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 触媒 / 量子化学計算 / 遷移状態 / 理論計算 / 量子化学 / 反応機構解析 / インド / 中国 / 金属錯体 / 酸素活性化 / 電子状態

研究成果の概要

優れた実験手法を用いたとしてもその反応機構を実験的手法のみで完全に解明することは困難であり、理論化学、特に量子化学計算のサポートが必要とされている。本研究では、酵素触媒反応の原動力となる金属活性種の電子構造およびその反応性について探索するため、量子化学計算による理論研究を展開した。遷移金属錯体に触媒される化学反応の解析を行い、その反応機構を明らかにした。特に理論計算により酸素活性化の機構を中心に研究した。実験研究者とも活発に共同研究を行い、その成果を論文、学会にて発表した。

研究成果

• [雑誌論文] Computational Study of Cyclobutane-1,3-diylidene Dicarbenes: Ground-State Spin Multiplicity and New Strategy Toward the Synthesis of Bicyclo[1.1.0]but-1(3)-enes (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujita, Y.; Abe, M.; Shiota, Y.; Suzuki, T.; Yoshizawa, K
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn 巻: 89
  • NAID: 130005253040
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation and High Reactivity of the anti-Dioxo Form of High- Spin m-Oxodioxodiiron(IV) as the Active Species That Cleaves Strong C (2016)
  • 著者名/発表者名: Masahito Kodera,* Shin Ishiga, Tomokazu Tsuji, Katsutoshi Sakurai, Yutaka Hitomi, Yoshihito Shiota, P. K. Sajith, Kazunari Yoshizawa, Kaoru Mieda, and Takashi Ogura
  • 雑誌名: Chemistry A European Journal 巻: 17 号: 17 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1002/chem.201600048
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Possible Peroxo State of the Dicopper Site of Particulate Methane Monooxygenase from Combined Quantum Mechanics and Molecular Mechanics Calculations (2016)
  • 著者名/発表者名: Itoyama, S.; Doitomi, K.; Kamachi, T.; Shiota, Y.; Yoshizawa, K.
  • 雑誌名: Inorg. Chem 巻: 55 ページ: 2771-2775
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and Structure of a Water-soluble μ-η1:η1-N2 Dinuclear RuII Complex with a Polyamine Ligand (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshimoto, T. Yatabe, T. Matsumoto, A. Robertson, H. Nakai, H. Tanaka, T. Kamachi, Y. Shiota, K. Yoshizawa, K. Asazawa, H. Tanaka, Seiji Ogo
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 45 号: 2 ページ: 149-151
  • DOI: 10.1246/cl.151004
  • NAID: 130005124715
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A New Family of Anionic FeIII Spin Crossover Complexes Featuring a Weak-field N2O4 Coordination Octahedron (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Takahashi, Kiko Kawamukai, Mitsunibu Okai, Tomoyuki Mochida, Takahiro Sakurai, Hitoshi Ohta, Takashi Yamamoto, Yasuaki Einaga, Yoshihito Shiota, Kazunari Yoshizawa
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 22 号: 4 ページ: 1253-1257
  • DOI: 10.1002/chem.201504883
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Homogeneous Photocatalytic Water Oxidation with a Dinuclear CoIII-Pyridylmethyl amine Complex (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ishizuka, A. Watanabe, H. Kotani, D. Hong, K. Satonaka, T. Wada, Y. Shiota, K. Yoshizawa, K. Ohara, K. Yamaguchi, S. Kato, S. Fukuzumi, T. Kojima
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 55 号: 3 ページ: 1154-1164
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b02336
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Heterometallic FeIII/K coordination polymer with a wide thermal hysteretic spin transition around room temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: Kang, S.; Shiota, Y.; Kariyazaki, A.; Kanegawa, S.; Yoshizawa, K.; Sato, O.
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 22 号: 2 ページ: 532-538
  • DOI: 10.1002/chem.201503392
  • 査読あり
• [雑誌論文] Persistent four-coordinate iron-centered radical stabilized by π-donation (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Sunada, Shintaro Ishida, Fumiya Hirakawa, Yoshihito Shiota, Kazunari Yoshizawa, Shinji Kanegawa, Osamu Sato, Hideo
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 7 号: 1 ページ: 191-198
  • DOI: 10.1039/c5sc02601f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Assembling an alkyl rotor to access abrupt and reversible crystalline deformation of a cobalt(II) complex (2015)
  • 著者名/発表者名: S.-Q. Su, T. Kamachi, Z.-S. Yao, Y.-G. Huang, Y. Shiota, K. Yoshizawa, N. Azuma, Y. Miyazaki, M. Nakano, G. Maruta, S. Takeda, S. Kang, S. Kanegawa, O. Sato
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 号: 1 ページ: 8810-8810
  • DOI: 10.1038/ncomms9810
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Redox Noninnocent Behavior of Tris(2-pyridylmethyl)amine Bound to a Lewis Acidic Rh(III) Ion Induced by C-H Deprotonation (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kotani, T. Sugiyama, T. Ishizuka, Y. Shiota, K. Yoshizawa, T. Kojima
  • 雑誌名: JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 巻: 137 号: 35 ページ: 11222-11225
  • DOI: 10.1021/jacs.5b06237
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] cis-1,2-Aminohydroxylation of Alkenes Involving a Catalytic Cycle of Osmium(III) and Osmium(V) Centers: Os(V)(O)(NHTs) Active Oxidant with a Macrocyclic Tetradentate Ligand (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideki Sugimoto, Akine Mikami, Kenichiro Kai, P. K. Sajith, Yoshihito Shiota, Kazunari Yoshizawa, Kaori Asano, Takeyuki Suzuki, and Shinobu Itoh
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 54 号: 14 ページ: 7073-7082
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b01083
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Proton-Assisted Mechanism of NO Reduction on a Dinuclear Ruthenium Complex (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Suzuki, H. Tanaka, Y. Shiota, P. K. Sajith, Y. Arikawa, and K. Yoshizawa
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 54 号: 15 ページ: 7181-7191
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b00394
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mechanistic Study of Methanol Oxidation by RuIV-oxo complexes (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Shiota, S. Takahashi, S. Ohzu, T. Ishizuka, T. Kojima, K. Yoshizawa
  • 雑誌名: Journal of Porphyrins and Phthalocyanines 巻: 19 号: 01-03 ページ: 417-427
  • DOI: 10.1142/s1088424615500285
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Controlling the redox properties of a pyrroloquinolinequinone (PQQ) derivative in a ruthenium(II) coordination sphere (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroumi Mitome, Tomoya Ishizuka, Yoshihito Shiota, Kazunari Yoshizawa, Takahiko Kojima
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 44 号: 7 ページ: 3151-3158
  • DOI: 10.1039/c4dt03358b
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Formation and Characterization of a Reactive Chromium(V)-Oxo Complex: A Mechanistic Insight into Hydrogen-Atom Transfer Reactions (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kotani, S. Kaida, T. Ishizuka, M. Sakaguchi, T. Ogura, Y. Shiota, K. Yoshizawa, T. Kojima
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 6 号: 2 ページ: 945-955
  • DOI: 10.1039/c4sc02285h
  • NAID: 120007130469
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Ferromagnetically Coupled Fe42 Cyanide-Bridged Nanocage (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kang, H. Zheng, T. Liu, K. Hamachi, S. Kanegawa, K. Sugimoto, Y. Shiota, S. Hayami, M. Mito, T. Nakamura, M. Nakano, M. Baker, H. Nojiri, K. Yoshizawa, C. Duan, and O. Sato
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 号: 1 ページ: 5955-5955
  • DOI: 10.1038/ncomms6955
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gas-phase acidity of 1,1-bis(trifluoromethanesulfonyl)propane derivatives and related compounds: Experimental and theoretical studies (2015)
  • 著者名/発表者名: Zang, M.; Sonoda, T.; Shiota, Y.; Mishima, M.; Yanai, H.; Fujita, M.; Taguchi, T.
  • 雑誌名: J. Phys. Org. Chem. 巻: 28 ページ: 181-186
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen Atom Abstraction Reactions Independent of C-H Bond Dissociation Energies of Organic Substrates in Water: Significance of Oxidant-Substrate Adduct Formation (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Ishizuka, S. Ohzu, H. Kotani, Y. Shiota, K. Yoshizawa, T. Kojima
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 5 号: 4 ページ: 1429-1436
  • DOI: 10.1039/c3sc53002g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of Carboxylate Donors in O-O Bond Scission of Peroxodiiron(III) to High-Spin Oxodiiron(IV) with a New Carboxylate-Containing Dinucleating Ligand (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kodera, T. Tsuji, T. Yasunaga, Y. Kawahara, T. Hirano, Y. Hitomi, T. Nomura, T. Ogura, Y. Kobayashi, Sajith P. K., Y. Shiota, and K. Yoshizawa
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 5 号: 6 ページ: 2282-2292
  • DOI: 10.1039/c3sc51541a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 309."Role of Acidic Proton in the Decomposition of NO over Dimeric Cu(I) Active Sites in Cu-ZSM-5 Catalyst: A QM/MM Study (2014)
  • 著者名/発表者名: Sajith P. K., Y. Shiota, and K. Yoshizawa
  • 雑誌名: ACS Catal. 巻: 4 号: 6 ページ: 2075-2085
  • DOI: 10.1021/cs500223z
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Binding of Scandium Ions to Metalloporphyrin–Flavin Complexes for Long-Lived Charge Separation (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kojima, R. Kobayashi, T. Ishizuka, S. Yamakawa, H. Kotani, T. Nakanishi, K. Ohkubo, Y. Shiota, K. Yoshizawa, and S. Fukuzumi
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 20 号: 47 ページ: 15518-15532
  • DOI: 10.1002/chem.201403960
  • NAID: 120007136507
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular Motor-driven Abrupt Anisotropic Shape Change in a Single Crystal of a Ni Complex (2014)
  • 著者名/発表者名: Z.-S. Yao, M. Mito, T. Kamachi, Y. Shiota, K. Yoshizawa, N. Azuma, Y. Miyazaki, K. Takahashi, K. Zhang, T. Nakanishi, S. Kang, S. Kanegawa, O. Sato
  • 雑誌名: Nature Chem. 巻: 6 号: 12 ページ: 1079-1083
  • DOI: 10.1038/nchem.2092
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Tetranuclear Ruthenium(II) Complex with a Dinucleating Ligand Forming Multi-Mixed-Valence States (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ohzu, T. Ishizuka, H. Kotani, Y. Shiota, K. Yoshizawa, T. Kojima
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 53 号: 24 ページ: 12677-12679
  • DOI: 10.1021/ic502422u
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Light-induced Spin-crossover Actuated Single-chain Magnet (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Liu, H. Zheng, S. Kang, Y. Shiota, S. Hayami, M. Mito, O. Sato, K. Yoshizawa, S. Kanegawa, and C. Duan
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 4 号: 1 ページ: 2826-2826
  • DOI: 10.1038/ncomms3826
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multi-Step Spin Crossover Accompanied by Symmetry Breaking in an Fe(III) Complex: Crystallographic Evidence and DFT Studies (2013)
  • 著者名/発表者名: Z.-Y. Li, J.-W. Dai, Y. Shiota, K. Yoshizawa, S. Kanegawa, and O. Sato
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 19 号: 39 ページ: 12948-12952
  • DOI: 10.1002/chem.201302272
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computational Prediction for Singlet- and Triplet-Transition Energies of Charge-Transfer Compounds (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Huang, Q. Zhang, Y. Shiota, T. Nakagawa, H. Kuwabara, K. Yoshizawa, and C. Adachi
  • 雑誌名: J. Chem. Theor. Comp. 巻: 9 号: 9 ページ: 3872-3877
  • DOI: 10.1021/ct400415r
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of Tyrosine Residue in Methane Activation at the Dicopper Site of pMMO: A DFT Study (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Shiota, G. Juhasz, K. Yoshizawa
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 52 号: 14 ページ: 7907-7917
  • DOI: 10.1021/ic400417d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiply-Fused Porphyrins－Effects of Extended π-Conjugation on the Optical and Electrochemical Properties (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Ishizuka, Y. Saegusa, Y. Shiota, K. Ohtake, K. Yoshizawa, and T. Kojima
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 49 号: 53 ページ: 5939-5941
  • DOI: 10.1039/c3cc42831a
  • NAID: 120007136573
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complete Photochromic Structural Change of Ruthenium(II)-Diimine Complexes Based on the Control of the Excited States by Metallation (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sawaki, T. Ishizuka, M. Kawano, Y. Shiota, K. Yoshizawa, and T. Kojima
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 19 号: 27 ページ: 8978-8990
  • DOI: 10.1002/chem.201300437
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heteronuclear RuIIAgI Complexes Having a Pyrroloquinolinequinone (PQQ) Derivative as a Bridging Ligand (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Mitome, T. Ishizuka, Y. Shiota, K. Yoshizawa,T. Kojima
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 52 号: 5 ページ: 2274-2276
  • DOI: 10.1021/ic302617b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thiophene-Fused Bisdehydro[12]annulene That Undergoes Transannular Alkyne Cycloaddition by Either Light or Heat (2013)
  • 著者名/発表者名: A. Fukazawa, H. Oshima, Y. Shiota, S. Takahashi, K. Yoshizawa, S. Yamaguchi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 135 号: 5 ページ: 1731-1734
  • DOI: 10.1021/ja3126849
  • 査読あり
• [雑誌論文] DFT Study of the Mechanism for Methane Hydroxylation by Solube Methane Monooxygenase (sMMO) : Effects of Oxidation State, Spin State, and Coordinaton Number (2013)
  • 著者名/発表者名: Huang Shu-Ping, et al
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 42 号: 4 ページ: 1011-1023
  • DOI: 10.1039/c2dt31304a
  • 査読あり
• [学会発表] 塩田淑仁 糸山修平 吉澤一成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 銅二核活性点におけるメタン活性化に関する理論的研究
  • 学会等名: 第９６春季年会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] Mechanistic study of methanol oxidation by RuIV–oxo complexes (2015)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁 髙橋翔也 小島隆彦 吉澤一成
  • 学会等名: pacifichem2015
  • 発表場所: ホノルル（米国）
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Ruオキソ錯体によるメタノール酸化反応に関する理論的研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁 髙橋翔也 小島隆彦 吉澤一成
  • 学会等名: コンピュータ化学会２０１５秋季年会
  • 発表場所: 函館
  • 年月日: 2015-10-30
• [学会発表] 膜結合型メタンモノオキシゲナーゼのペルオキソ状態に関する理論的考察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁 糸山修平 土井富一城 蒲池高志 吉澤一成
  • 学会等名: 第９回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Theoretical Study of Methanol Oxidation by RuIV-oxo Complexes (2015)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁 髙橋翔也 小島隆彦 吉澤一成
  • 学会等名: The 15th ICQC, 北京
  • 発表場所: 北京(中国)
  • 年月日: 2015-06-08
  • 国際学会
• [学会発表] Ruオキソ錯体によるメタノール酸化反応に関する理論的研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁 髙橋翔也 小島隆彦 吉澤一成
  • 学会等名: 理論化学討論会２０１５
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2015-05-20
• [学会発表] スピンクロスオーバー錯体におけるポテンシャルエネルギー曲面の 交差に関する理論的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁
  • 学会等名: 日本化学会
  • 発表場所: 名古屋市
• [学会発表] pMMOによるメタン活性化に関する理論的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁
  • 学会等名: 日本コンピュータ化学会
  • 発表場所: 福岡市
• [学会発表] スピンクロスオーバー錯体におけるポテンシャルエネルギー曲面の 交差に関する理論的研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁
  • 学会等名: 分子科学会
  • 発表場所: 京都市
• [図書] 錯体化学選書１０ 金属錯体の量子 計算化学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山口兆 編
  • 総ページ数: 529
  • 出版者: 三共出版
• [備考] 研究業績
  • URL: http://trout.scc.kyushu-u.ac.jp/yoshizawaJ/pagesJ/publicationsJ.html
• [備考] ホームページ
  • URL: http://trout.scc.kyushu-u.ac.jp/yoshizawaJ/shiota.html
• [備考] 研究業績
  • URL: http://trout.scc.kyushu-u.ac.jp/yoshizawaJ/pagesJ/publicationsJ.html