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感応性化学種が持つ中間的な電子構造とその反応に関する理論的研究

公募研究

研究領域感応性化学種が拓く新物質科学
研究課題/領域番号 15H00908
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関北海道大学

研究代表者

小林 正人  北海道大学, 理学研究院, 助教 (40514469)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2016年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード量子化学 / 理論化学計算 / 中間ジラジカル性 / 大規模量子化学計算 / 分散力 / 環境効果 / 化学物理 / 強相関電子系 / 高配位典型元素化合物
研究実績の概要

本課題では、分散力・強い電子相関・環境効果などを介した「中間的な電子構造」が感応性化学種を支配する重要なキーワードであると捉え、精緻な量子化学計算により感応性化学種の構造と反応、物性を理解することを目的として研究を行った。
本年度はまず、異常に長い結合長を持つ化合物DSAPの構造起源に関する研究を行った。DSAPはX線構造解析により177.1 pmのC-C結合長を持つ化合物である。この異常な結合長は単分子の性質だけから現れるものではなく、結晶のパッキング効果や、分子内および分子間に働く分散力のバランスによって実現されていることを理論・計算化学的観点から示した。具体的には、Grimmeの補正法により分散力を、ONIOM法や周期境界条件計算により環境効果を取り込んだ精緻な量子化学計算により、DSAPのユニットセル中に含まれる4種類の分子の構造を全て精度よく再現することに成功した。
また、強い電子相関を記述するのに有効なHartree-Fock-Bogoliubov (HFB)法を大規模系に適用するため、DC法と組み合わせたDC-HFB法の開発と感応性化学種への応用を行った。代表的な感応性化学種に中間ジラジカル性を持つ分子があるが、これらの適切な構造計算には強い電子相関を考慮することが欠かせない。また強い電子相関を考慮できる大規模系計算法は、これまで確立されていない。本年度は、ポリフェノキノジメタンに対するDC-HFB計算により、本手法が系の大きさに対して線形の計算時間で強い電子相関の効果を有効的に記述できるものであることを示した。今後は、バッファ領域というDC法のパラメータを自動的に決定できるアダプティブDC-HFB法や、大規模強相関系の構造計算を可能とするDC-HFBエネルギー勾配法へと展開し、感応性化学種を中心に応用展開する予定である。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2017 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 6件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Three Pillars for Realizing Quantum Mechanical Molecular Dynamics Simulations of Huge Systems: Divide-and-Conquer, Density Functional Tight-Binding, and Massively Parallel Computation2016

    • 著者名/発表者名
      H. Nishizawa, Y. Nishimura, M. Kobayashi, S. Irle, H. Nakai
    • 雑誌名

      J. Comput. Chem.

      巻: 37 号: 21 ページ: 1983-1992

    • DOI

      10.1002/jcc.24419

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Divide-and-Conquer Hartree-Fock-Bogoliubov Method and Its Application to Conjugated Diradical Systems2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, T. Taketsugu
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 45 号: 11 ページ: 1268-1270

    • DOI

      10.1246/cl.160699

    • NAID

      130005509531

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] SbおよびTe化合物のリガンド交換・リガンドカップリング反応メカニズム2016

    • 著者名/発表者名
      小林正人, 黒田悠介, 秋葉欣哉, 武次徹也
    • 雑誌名

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      巻: 14 号: 6 ページ: 199-200

    • DOI

      10.2477/jccj.2015-0058

    • NAID

      130005122726

    • ISSN
      1347-1767, 1347-3824
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Coordination Phenomena of Alkali Metal, Alkaline Earth Metal, and Indium Ions with the 1,3,6-Naphthalenetrisulfonate Ion in Protic and Aprotic Solvents2016

    • 著者名/発表者名
      X. Chen, M. Hojo, Z. Chen, M. Kobayashi
    • 雑誌名

      J. Mol. Liq.

      巻: 214 ページ: 369-377

    • DOI

      10.1016/j.molliq.2015.11.040

    • NAID

      120006382273

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spin-orbit coupling effects on low-lying electronic states of PtCN/PtNC and PdCN/PdNC2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Ono, Y. Kondo, M. Kobayashi, T. Taketsugu
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 45 号: 4 ページ: 478-480

    • DOI

      10.1246/cl.151210

    • NAID

      130005143999

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Seven-Coordinate Luminophores: Brilliant Luminescence of Lanthanide Complexes with C3v Geometrical Structures2015

    • 著者名/発表者名
      K. Yanagisawa, T. Nakanishi, Y. Kitagawa, T. Seki, T. Akama, M. Kobayashi, T. Taketsugu, H. Ito, K. Fushimi, Y. Hasegawa
    • 雑誌名

      Eur. J. Inorg. Chem.

      巻: 2015 号: 28 ページ: 4769-4774

    • DOI

      10.1002/ejic.201500820

    • NAID

      120005906890

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Second-Order Moller-Plesset Perturbation (MP2) Theory at Finite Temperature: Relation with Surjan's Density Matrix MP2 and Its Application to Linear-Scaling Divide-and-Conquer Method2015

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, T. Taketsugu
    • 雑誌名

      Theor. Chem. Acc.

      巻: 134 号: 9 ページ: 107-107

    • DOI

      10.1007/s00214-015-1710-y

    • NAID

      120005828498

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical Study on the Ligand Coupling Reaction of Hypervalent Pentacoordinate Antimony Compounds2015

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, Y. Kuroda, K.-y. Akiba, T. Taketsugu
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      巻: 88 号: 11 ページ: 1584-1590

    • DOI

      10.1246/bcsj.20150231

    • NAID

      130005108568

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 分割統治法とHartree-Fock-Bogoliubov法を組み合わせた大規模強相関系電子状態計算手法の開発とグラフェンナノリボンへの適用2017

    • 著者名/発表者名
      児玉良輔, 小林正人, 武次徹也
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 分割統治(DC)法に基づいた大規模近似量子化学計算における誤差の自動制御化2017

    • 著者名/発表者名
      藤森俊和, 小林正人, 武次徹也
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2017-03-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Quantum Chemical Methods for Large-Scale Stimuli-Responsive Chemical Species: Divide-and-Conuqer and Hartree-Fock-Bogoliubov Methods2017

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, T. Fujimori, R. Kodama, T. Taketsugu
    • 学会等名
      The 2nd International Symposium on Stimuli-responsive Chemical Species for the Creation of Functional Molecules
    • 発表場所
      広島大学(広島県・東広島市)
    • 年月日
      2017-03-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical Study on the Surrounding Effect and Elongation of the Ultralong C-C Single Bond2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Kuroda, M. Kobayashi, T. Taketsugu
    • 学会等名
      The 2nd International Symposium on Stimuli-responsive Chemical Species for the Creation of Functional Molecules
    • 発表場所
      広島大学(広島県・東広島市)
    • 年月日
      2017-03-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Static and dynamical electron correlation calculations of large systems based on the divide-and-conquer method2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi
    • 学会等名
      EMN Meeting on Computation and Theory 2016
    • 発表場所
      ラスベガス(米国)
    • 年月日
      2016-10-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 分割統治Hartree-Fock-Bogoliubov法による大規模系の静的電子相関計算2016

    • 著者名/発表者名
      小林正人, 武次徹也
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2016-09-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 非常に長いC-C単結合を有するDSAPの構造に対する分散力・環境の効果2016

    • 著者名/発表者名
      黒田悠介, 小林正人, 武次徹也
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2016-09-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 非常に長いC-C単結合を有する化合物における分散力及び環境効果2016

    • 著者名/発表者名
      黒田悠介, 小林正人, 武次徹也
    • 学会等名
      シンポジウム「化学反応経路探索のニューフロンティア2016」
    • 発表場所
      京都教育文化センター(京都府・京都市)
    • 年月日
      2016-09-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 大規模量子化学計算を簡便化する自動制御型分割統治法の開発2016

    • 著者名/発表者名
      藤森俊和, 小林正人, 武次徹也
    • 学会等名
      日本化学会北海道支部2016年夏季研究発表会
    • 発表場所
      室蘭工業大学(北海道・室蘭市)
    • 年月日
      2016-07-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Fragmentation-Based Approach to Static Electron Correlation: Divide-and-Conquer Hartree-Fock-Bogoliubov Method2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, T. Taketsugu
    • 学会等名
      The 9th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics (ISTCP9)
    • 発表場所
      グランドフォークス(米国)
    • 年月日
      2016-07-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 階層型バッファ領域を用いた分割統治(DC)法における誤差の自動制御2016

    • 著者名/発表者名
      藤森俊和, 小林正人, 武次徹也
    • 学会等名
      第19回理論化学討論会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都・新宿区)
    • 年月日
      2016-05-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 感応性化学種が持つ中間的な電子構造とその反応に関する理論的研究2016

    • 著者名/発表者名
      小林正人
    • 学会等名
      新学術領域研究「感応性化学種が拓く新物質科学」第6回公開シンポジウム
    • 発表場所
      広島大学(広島県・東広島市)
    • 年月日
      2016-05-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 大規模系の量子化学計算と高次元データ抽出2016

    • 著者名/発表者名
      小林正人
    • 学会等名
      分子技術イニシアティブセミナー「分子技術と理論計算・データ科学」
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府・豊中市)
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Theoretical Studies on the Stimuli-Responsive Chemical Species: Reaction of Hypervalent Sb Compounds and Structure of Ultralong C-C Bond2016

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, Y. Kuroda, K.-y. Akiba, T. Taketsugu
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium for Young Chemists on Stimuli-Responsive Chemical Species for the Creation of Functional Molecules
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県・名古屋市)
    • 年月日
      2016-03-09
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical study on the ligand exchange and ligand coupling reactions of hypervalent Sb and Te compounds2015

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi, Y. Kuroda, K.-y. Akiba, T. Taketsugu
    • 学会等名
      2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 発表場所
      ホノルル(米国)
    • 年月日
      2015-12-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] SbおよびTe化合物のリガンド交換・リガンドカップリング反応メカニズム2015

    • 著者名/発表者名
      小林正人, 黒田悠介, 秋葉欣哉, 武次徹也
    • 学会等名
      日本コンピュータ化学会2015秋季年会
    • 発表場所
      函館市まちづくりセンター(北海道・函館市)
    • 年月日
      2015-10-30
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Divide-and-Conquer Method for Large-Scale Quantum Chemical Calculations2015

    • 著者名/発表者名
      M. Kobayashi
    • 学会等名
      11th Nanjing University - Hokkaido University - NIMS/MANA Joint Symposium
    • 発表場所
      南京(中国)
    • 年月日
      2015-10-16
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ジェミナル理論およびHFB法を用いたビラジカル性分子の非線形光学応答計算2015

    • 著者名/発表者名
      小林正人, 福田幸太郎, 中野雅由, 武次徹也
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京工業大学(東京都・目黒区)
    • 年月日
      2015-09-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 5配位Sb化合物のリガンドカップリング反応経路2015

    • 著者名/発表者名
      小林正人, 黒田悠介, 秋葉欣哉, 武次徹也
    • 学会等名
      シンポジウム「化学反応経路探索のニューフロンティア2015」
    • 発表場所
      きゅりあん(東京都・品川区)
    • 年月日
      2015-09-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 感応性化学種が持つ中間的な電子構造とその反応に関する理論的研究2015

    • 著者名/発表者名
      小林正人
    • 学会等名
      新学術領域研究「感応性化学種が拓く新物質科学」第4回公開シンポジウム
    • 発表場所
      京都大学(京都府・ 宇治市)
    • 年月日
      2015-05-22
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://sites.google.com/site/chemistmasatokobayashi/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2015-04-16   更新日: 2018-03-28  

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