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分子やクラスターの平衡構造(EQ)は、ポテンシャルエネルギー表面(PES)上のエネルギー極小点に相当する。また、化学反応の遷移状態(TS)はPES上の一次鞍点で近似することができ、EQ同士はTSを経由する反応経路で結ばれている。反応や構造といった化学の様々な問題は、PES上でEQやTSを系統的に求めることによって理論解析できる。これまで、反応経路をEQからTSに向かってPESを上る方法が存在しなかったが、申請者らは非調和下方歪みを追跡する超球面探索法を開発してこれを可能にし、PES上の反応経路ネットワークを直接辿って次々とEQとTSを明らかにすることのできる化学反応経路自動探索プログラムを開発した。
本年度は、諸熊らのONIOM法と本手法を組み合わせることによって、巨大な触媒分子が関与する複雑な触媒反応の立体選択性を検討した。その結果、本手法によって反応の遷移状態を網羅的に系統探索し、実験の立体選択性を化学的な直感や経験に頼ることなく自動的に再現することが出来た。つまり、本手法によって、触媒の立体選択性を系統的に予測可能であることが分かった。
また、光反応やイオン-分子反応といった分子の励起状態が関与する反応では、異なる状態のPES同士の最小エネルギー(円錐)交差点(MSX)が反応機構を論じる上で非常に重要になる。本研究では、本手法によってMSXの自動探索も可能であることを示した。今後、光反応やイオン-分子反応の機構に関する系統的な理論解析と自動的な理論予測を行う見通しを得た。
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