非対称金属配位場を有する超分子系の構造・物性・反応に関する理論研究

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: 配位アシンメトリー：非対称配位圏設計と異方集積化が拓く新物質科学
• 研究課題/領域番号: 16H06511
• 研究機関: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設)
• 研究代表者: 江原 正博 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 計算科学研究センター, 教授 (80260149)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• キーワード: キラル基礎理論 / 超分子アシンメトリー / 非対称反応場 / 自己組織化 / 金属ナノ粒子

研究実績の概要

本研究課題では，領域の掲げる新しい学理「配位アシンメトリー」創出の一翼を担い，新しい物質科学のための基礎理論を発展させ，実験と協力して超分子系のキラル光物性や不斉触媒反応を研究し，新しい化学概念や指標を提案することを目的とした。領域の班内・班間の共同研究を重視した研究を推進し，最先端の理論開発と応用研究を実施した。新型コロナ感染症拡大の影響があり，令和3年度まで研究費の延長を行い，研究課題に取り組んだ。令和2-3年度は，実施計画で挙げた研究課題について下記の研究成果を得た。
(1)フレンケル励起子結合に基づく解析法において，光学物性の計算の逆問題に基づく光機能性分子集合体の設計法を開発し，分子集合系・積層系に適用した。時間依存の電子状態理論に基づく量子逆設計理論を開発した。(2)これまでにPd錯体を導入したMMFについてPd活性種が生成する機構を明らかにしたが，QM/MM計算を用いた理論解析を実施し，反応機構および反応のエネルギー・プロファイルを解明した。また，新規なC@Au6系およびC@Au6Ag2系の非対称性に関する理論解析を実施した。(3)自己組織化系に関する理論解析の研究では，アデノシンモノリン酸（AMP）のAg(I)イオンによる自己集合形成や，シトシンモノリン酸（CMP）を共存させた場合の自己集合系の非対称な構造や光物性に関する研究を実施し，Ag(I)イオンの溶媒和構造や非対称なAg-AMP-CMPが形成する起源を明らかにした。また，ヘテロ環状配位子を有するPt錯体の燐光発光について，結晶構造場による励起状態の構造緩和について検討し，強い燐光発光の起源ならびに発光の熱耐性と芳香族性の相関を明らかにした。(4)金属ナノ粒子のキラル反応場の理論解析では，凝縮相銀微粒子－吸着分子系について大規模計算モデルによる理論解析を実施し，光学物性の非対称性の起源を明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Southeastern Louisiana University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Southeastern Louisiana University
• [国際共同研究] Czech Academy of Sciences(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: Czech Academy of Sciences
• [国際共同研究] Xi'an Jiaotong University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Xi'an Jiaotong University
• [国際共同研究] Kasetsart University(タイ)
  • 国名: タイ
  • 外国機関名: Kasetsart University
• [雑誌論文] Substitution Effect on the Nonradiative Decay and trans → cis Photoisomerization route: A Guideline to Develop Efficient Cinnamate Based Sunscreens (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Kinoshita, Y. Harabuchi, Y. Inokuchi, S. Maeda, M. Ehara, K. Yamazaki, T. Ebata
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 23 ページ: 834-845
  • DOI: 10.1039/D0CP04402D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stabilities, Electronic Structures, and Bonding Properties of 20-Electron Transition Metal Complexes (Cp)2TMO and their One-Dimensional Sandwich Molecular Wires (Cp = C5H5, C5(CH3)H4, C5(CH3)5; TM = Cr, Mo, W) (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Xu, M. Li, G. Pei, P. Zhao, X. Zhao, G. Wu, C. Kong, Z. Yang, M. Ehara, T. Yang
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A 巻: 125 ページ: 721-730
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.0c07402
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Selective Catalytic Reduction of NO with NH3 over Cu-Exchanged CHA, GME, and AFX Zeolites: A DFT Study (2021)
  • 著者名/発表者名: P. Zhao, B. Boekfa, K. Shimizu, M. Ogura, M. Ehara
  • 雑誌名: Catal. Sci. Tech. 巻: 11 ページ: 1780-1790
  • DOI: 10.1039/d0cy02342f
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Lifetimes of Be32- and Mg32- Cluster Dianions (2021)
  • 著者名/発表者名: J. U. Davis, Jr., Q.M. Phung, T. Yanai, M. Ehara, T. Sommerfeld
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A 巻: 125 ページ: 3579-3588
  • DOI: 10.1021/acs.jpca.1c00770
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Origin of the Aggregation‐Induced Phosphorescence of Platinum(II) Complexes: The Role of Metal-Metal Interactions on Emission Decay in the Crystalline State (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Inoue, T. Naota, M. Ehara
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 16 ページ: 3129-3140
  • DOI: 10.1002/asia.202100887
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Impact of Enantiomeric Ligand Composition on the Photophysical Properties of Chiral Ag29 Nanoclusters (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, J. Kumar, M. Ehara, Y. Okajima, F. Asanoma, T. Kawai, T. Nakashima
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: 93 ページ: 834-840
  • DOI: 10.1246/bcsj.20200089
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resonant States in Cyanogen NCCN (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Nag, R. Curik, M. Tarana, M. Polasek, M. Ehara, T. Sommerfeld, J. Fedor
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 22 ページ: 23141-23147
  • DOI: 10.1039/D0CP03333B
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stabilities, Electronic Structures and Bonding Properties of Iron Complexes (E1E2)Fe(CO)2(CNArTripp2)2 (E1E2=BF, CO, N2, CN-, or NO+) (2020)
  • 著者名/発表者名: G. Pei, P. Zhao, S. Xu, X. Zhao, C. Kong, Z. Yang, M. Ehara, T. Yang
  • 雑誌名: ChemistryOpen 巻: 9 ページ: 1195-1201
  • DOI: 10.1002/open.202000248
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanistic Studies on Photoinduced Catalytic Olefin Migration Reactions at the Pd(II) Centers of a Porous Crystal, Metal‐Macrocycle Framework (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Yonezawa, T. Shiraogawa, M. Han, S. Tashiro, M. Ehara, M. Shionoya
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 16 ページ: 202-206
  • DOI: 10.1002/asia.202001306
  • 査読あり
• [学会発表] Theoretical Studies on Heterogeneous and Nanocluster Catalysts: Collaborations with Experiment (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Ehara
  • 学会等名: The 8th International Symposium of Institute for Catalysis: Novel Approaches for Next Generation Catalysis
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theoretical Chemistry for Complex Systems: Nanocluster and Heterogeneous Catalysts (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Ehara
  • 学会等名: The 2nd IMS-SKKU-UJN symposium on Molecular Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theoretical Chemistry for Complex Systems: Pd-Au Nanocluster and Heterogeneous Catalysts (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Ehara
  • 学会等名: Pacifichem 2021: Symposium (#393) Triangle of Heterogeneous Catalysis, Surface Science, and Theory
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Theoretical Design of Photofunctional Molecular Aggregates for Optical Properties: An Inverse Design Approach (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Ehara
  • 学会等名: Japan-Norway Bilateral Symposium from Fundamental Chemistry to Porous Materials: Theory and Experiment
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 不均一系触媒の構造と機能に関する理論研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 江原正博
  • 学会等名: 第126回触媒討論会「コンピューターの利用」
  • 招待講演
• [備考] 研究内容（配位アシンメトリ）
  • URL: http://tc.ims.ac.jp/research_photophisical_chemistry.html