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2016 年度 実施状況報告書

銅錯体における光励起ダイナミクスの反応機構及び制御法の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16KT0165
研究機関琉球大学

研究代表者

東 雅大  琉球大学, 理学部, 助教 (20611479)

研究期間 (年度) 2016-07-19 – 2020-03-31
キーワードビスジイミン銅(I)錯体 / 光励起ダイナミクス / 分子動力学シミュレーション / 溶媒効果 / 振動コヒーレンス
研究実績の概要

本研究の目的は、我々が独自に開発してきた計算手法を基に、安価な光学材料として注目されているビスジイミン銅(I)錯体の光励起ダイナミクスの分子論的機構を解明し、より優れた材料をデザインするための光励起ダイナミクスの制御法を確立することである。
ビスジイミン銅(I)錯体は、基底状態では二つの配位子が互いに垂直にある四面体構造を取る。光照射によって銅から配位子への電荷移動遷移(MLCT遷移)が起きると、擬ヤーン・テラー効果により二つの配位子が平行になろうとする「平坦化」の構造変化が起きる。この構造変化の反応速度は配位子の置換基や溶媒により大きく異なることが知られているものの、なぜそのようなことが起きるのかよく分かっていない。
そこで本年度は、最も単純なビスジイミン銅(I)錯体である配位子に置換基のない[Cu(phen)2]+ (phen=1,10-phenanthroline)の溶液中の光励起ダイナミクスの解析を行った。我々が開発した、僅かな量子化学計算の結果から凝縮相中の分子のポテンシャル関数を高精度に生成可能なMMSIC法により銅錯体のポテンシャル関数を作成し、ジクロロメタン中とアセトニトリル中で非平衡励起状態分子動力学シミュレーションを行った。シミュレーションにより得られた平坦化の反応速度や反応に伴うコヒーレント振動は、実験結果とよく一致した。また、溶媒がある場合とない場合では、光励起ダイナミクスに大きな違いがあることが明らかになった。この結果は、光励起ダイナミクスの分子シミュレーションにおいて、周囲の環境を露わに考慮する必要性を示しており、本研究で初めて明らかになったものである。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は、最も単純なビスジイミン銅(I)錯体である[Cu(phen)2]+の溶液中の光励起ダイナミクスを解析し、周囲の溶媒が重要な役割を果たすことを明らかにした。 当初の計画通りであり、研究計画はおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

今年度は、ビスジイミン銅(I)錯体の置換基が光励起ダイナミクスに与える影響について解析を行う。ビスジイミン銅(I)錯体を光増感剤として利用するためには、高エネルギー状態を保持する方が好ましい。そのためには、平坦化などの構造変化によるエネルギー損失を防ぐ必要があり、様々な置換基を持った銅錯体の開発が行われている。本研究でも、どのような置換基が構造変化を起こしにくいのか明らかにし、光増感剤として適した置換基を提案する。

次年度使用額が生じた理由

当初は物品費に80万円を充て、プログラム開発用ワークステーションを購入することを予定していたが、目的のワークステーションが50万弱円で購入できたため、残額を次年度に持ち越すことにした。また旅費に40万円を計上していたが、予定が折り合わず本年度の国際学会への参加を取りやめたため、次年度以降への旅費に持ち越すことにした。

次年度使用額の使用計画

次年度は70万程度のワークステーションを1台購入予定だったが、本年度の残金と合わせて、2台ワークステーションを購入し、より効率的に研究を推進する。また、本研究の研究成果を広く社会へと発信していくために、より多くの国内外の様々な学会や研究会で積極的に発表していく。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2017 2016

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

  • [雑誌論文] Four Aromatic Sulfates with an Inhibitory Effect against HCV NS3 Helicase from the Crinoid Alloeocomatella polycladia2017

    • 著者名/発表者名
      Idam Hermawan, Atsushi Furuta, Masahiro Higashi, Yoshihisa Fujita, Nobuyoshi Akimitsu, Atsuya Yamashita, Kohji Moriishi, Satoshi Tsuneda, Hidenori Tani, Masamichi Nakakoshi, Masayoshi Tsubuki, Yuji Sekiguchi, Naohiro Noda, Junichi Tanaka
    • 雑誌名

      Marine Drugs

      巻: 15 ページ: 117

    • DOI

      10.3390/md15040117

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Theoretical Study on Photoexcitation Dynamics of a Bis-diimine Cu(I) Complex in Solutions2017

    • 著者名/発表者名
      Asaka Agena, Satoru Iuchi, Masahiro Higashi
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 679 ページ: 60-65

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2017.04.082

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] One-pot synthesis and theoretical calculation for trifluoromethylated pyrrolizidines by 1,3-dipolar cycloaddition with azomethine ylides and beta-trifluoromethyl acrylamides2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Toma, Masataka Kunigami, K-jiro Watanabe, Masahiro Higashi, Satoru Arimitsu
    • 雑誌名

      Journal of Fluorine Chemistry

      巻: 189 ページ: 22-32

    • DOI

      10.1016/j.jfluchem.2016.07.013

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Theoretical investigation of excited states of pigments in the light-harvesting antenna2017

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi
    • 学会等名
      Kickoff To Explore The New Field Of Molecular Soft Matter
    • 発表場所
      Kasetsart University (Bangkok, Thailand)
    • 年月日
      2017-03-14
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 新規有機反応における立体・位置選択性の理論的解明2016

    • 著者名/発表者名
      東 雅大
    • 学会等名
      IQCE講演会「量子化学で探る化学の最先端2016」
    • 発表場所
      東京大学山上会館(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-11-19
    • 招待講演
  • [学会発表] Theoretical analysis of site energies and their fluctuations of pigments in the light-harvesting antenna2016

    • 著者名/発表者名
      Masahiro Higashi
    • 学会等名
      The 9th Korea-Japan Seminars on Biomolecular Science
    • 発表場所
      Commodore Hotel Gyeongju (Gyeongju, Korea)
    • 年月日
      2016-11-14
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 溶液中におけるCu(Ⅰ)錯体の光励起ダイナミクスに関する理論的研究2016

    • 著者名/発表者名
      安慶名 麻華,井内 哲,東 雅大
    • 学会等名
      第39回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      産業技術総合研究所(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2016-11-10
  • [学会発表] Theoretical investigation on photoexcitation dynamics of Cu(I) complexes with molecular dynamics simulation: Effects of solvents and substituents2016

    • 著者名/発表者名
      Asaka Agena, Satoru Iuchi, Masahiro Higashi
    • 学会等名
      52nd Symposium on Theoretical Chemistry
    • 発表場所
      Ruhr University Bochum (Bochum, Germany)
    • 年月日
      2016-09-26
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子シミュレーションを用いたビスジイミン銅(Ⅰ)錯体における光励起ダイナミクスの理論的解明2016

    • 著者名/発表者名
      安慶名 麻華,井内 哲,東 雅大
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会2016神戸
    • 発表場所
      神戸ファッションマート(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2016-09-13

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公開日: 2018-01-16  

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