| 研究課題/領域番号 |
20K05417
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
高橋 聡 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (20456180)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 分子自己集合過程 / 化学反応速度論 / 化学マスター方程式 |
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| 研究実績の概要 |
研究代表者は，自身がその開発に参画した，分子自己集合過程の数値解析手法NASAP（numerical analysis of self-assembly process）の実在系への適用を主導し，配位自己集合系の反応過程の解析を実行している．この手法は，着目している自己集合過程の基質，生成物および反応途上で生成すると考えられる全ての中間種を枚挙し，それらの間で起こりうる全ての素反応を列挙することから始まる．対応する実験（quantitative analysis of self-assembly process, QASAP）から得られた結果へのフィッティングを通して，類似の反応クラスに分類された素過程に割り当てられる，反応速度定数を探索する．最も良いフィットを与える速度定数の組を用いて行った，反応過程のより精密な追跡から，分子自己集合の主要な反応経路と中間体，律速段階，速度論トラップ種などについて，実験からだけでは得ることができない知見を得る．
令和2年度には新たに，Pd(II)イオンとさまざまな構造の多座配位子Lからなる，Pd3L6型二重辺三角形，Pd6L3型プリズム，そしてPd6L4型正方ピラミッドの，3種類の幾何構造をもつ配位自己集合系に対して，NASAPによる数値解析を実行し，それらの自己集合過程に対して深い理解を得ることができた．Pd3L6型二重辺三角形の自己集合に対しては，実験結果の再現と詳細の解明だけでなく，得られた速度定数から反応の予測を行い，反応条件に依存して，数値解析の結果を自己集合の結果を予測するために活用し得ることを明らかにした．
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| 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
本研究課題の初年度では，新たな幾何構造を伴う自己集合系への独自の数値解析手法の適用を通して，それが詳細な自己集合経路の追跡にとって力強い手法であることを確認するとともに，配位自己集合に対する知見を蓄積し統合して，分子自己集合過程に対するより系統的な理解への足場を固めることができた．またPd3L6型二重辺三角形に対して実行した反応の数値予測と，対応する実験での検証の成功は，エネルギー地形の変調によって望みの化学種を優先的に生成する，自己集合過程の速度論的制御の実現に対して基礎を築いたと考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
残りの期間においても，当初の予定通り研究を進めていく．つまり，配位自己集合の各論的かつ網羅的な解明を行いながら，分子の自己集合現象一般に通底する論理の解明に乗り出す．複雑な化学反応をより縮約された形で表現し理解する方法を確立し，分子の幾何構造と反応ネットワークの間に存在する関係性や法則性を明らかにする．
本研究課題の土台は，実際の現象を記述する化学反応ネットワークを構築することである．現時点では，ネットワークの頂点に分子種，枝に素反応とそれに対応する反応速度定数を割り当てることによって，自己集合系の反応追跡と予測を行っている段階だが，過渡的に生成される複数の反応中間体の形成を経て目的生成物が導かれるのは，自己集合反応に制限されず，化学における他の興味深い反応に広く共通している．また，頂点と枝に異なる対象や物理量をアサインすることによって，自然科学におけるさまざまな現象にアプローチすることができる．特定の実験結果の再現とその解釈という枠組に限定されることなく，ネットワークと関連付けられる自然現象の追跡を可能な範囲で実行し，その解明を目指す．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度は国内外の情勢によって，国内および海外の出張を行うことができなかったために，当初予定していたよりも使用額が少なくなった．翌年度にいただく予定の助成金と合わせて，研究の遂行に必要な計算資源を拡張することによって，本研究課題をさらに進めていく．
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