多参照電子論に基づく状態遷移速度計算法：無輻射失活及びプロトン共役電子移動の解析

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01881
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 柳井 毅 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (00462200)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 多参照理論 / 失活速度定数 / 密度行列くりこみ群

研究実績の概要

多状態多参照DMRG-XMS-CASPT2計算の解析的エネルギー核座標微分と非断熱結合定数の計算プログラムの確立に向けた理論開発を進めた。本年度は，その零次近似に相当するSA-DMRG-CASSCF計算の解析的エネルギー核座標微分法を開発に成功した。定式化および実装を達成し，テスト計算からその妥当性を確かめた。成果は論文として発表された。失活過程の速度定数を定量的に見積もるための手法の実装に関する研究を行った。本理論手法を用いた実験研究者との共同研究を実施した。本研究では，リン原子含有パイ分子の酸化効果による蛍光量子収率の違いを理論計算から明らかにす ることができた。計算では，ホスフィンおよびそのP=O型，チオフェン置換などの分子にチアして基底状態および光励起状態の電子状態計算を行い，その計算から得られた電子状態の情報か ら，本速度定数シュミレーションから輻射及び無輻射失活の速度定数を見積もった。その速度定数のシミュレーション結果から，実験で観測された蛍光量子収率 の置換効果を確認することができた。

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

SA-DMRG-CASSCFの解析的微分の定式化および実装を達成した。失活過程の速度定数を計算する実装が実施され，共同研究を進めることができている。

今後の研究の推進方策

微分コードの一部として非断熱結合(NAC)定数のプログラムも実装される。DMRG- SA-CASSCFの微分コード が完成したのち，二次摂動に よる電子相関補正XMS-CASPT2計算法へと繋げる。従来型XMS-CASPT2計算コードのプロトタ イプ実装(ShiozakiらJCP 2015)は，塩崎 との共同研究 により確立している。速度定数の計算法について新しい拡張を行う。

研究成果

• [国際共同研究] QSimulate, inc(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: QSimulate, inc
• [雑誌論文] Algorithm for analytic nuclear energy gradients of state averaged DMRG-CASSCF theory with newly derived coupled-perturbed equations (2023)
  • 著者名/発表者名: Iino Tsubasa、Shiozaki Toru、Yanai Takeshi
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 158 ページ: 054107～054107
  • DOI: 10.1063/5.0130636
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of 2,6-Dihalopurines as Stomata Opening Inhibitors: Implication of an LRX-Mediated H⁺-ATPase Phosphorylation Pathway (2023)
  • 著者名/発表者名: Ueda Ayaka、Aihara Yusuke、Sato Shinya、Kano Keiko、Mishiro-Sato Emi、Kitano Hiroyuki、Sato Ayato、Fujimoto Kazuhiro J.、Yanai Takeshi、Amaike Kazuma、Kinoshita Toshinori、Itami Kenichiro
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 18 ページ: 347～355
  • DOI: 10.1021/acschembio.2c00771
  • 査読あり
• [雑誌論文] Machine‐Learning Classification for the Prediction of Catalytic Activity of Organic Photosensitizers in the Nickel(II)‐Salt‐Induced Synthesis of Phenols (2023)
  • 著者名/発表者名: Noto Naoki、Yada Akira、Yanai Takeshi、Saito Susumu
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 62 ページ: -
  • DOI: 10.1002/anie.202219107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comment on “Canonical transcorrelated theory with projected Slater-type geminals” [J. Chem. Phys. 136, 084107 (2012)] (2023)
  • 著者名/発表者名: Masteran Conner、Kumar Ashutosh、Teke Nakul、Gaudel Bimal、Yanai Takeshi、Valeev Edward F.
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 158 ページ: 057101～057101
  • DOI: 10.1063/5.0135257
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Mechanism of Spectral Tuning by Chloride Binding in Monkey Green Sensitive Visual Pigment (2023)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Kazuhiro J.、Minowa Fumika、Nishina Michiya、Nakamura Shunta、Ohashi Sayaka、Katayama Kota、Kandori Hideki、Yanai Takeshi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 14 ページ: 1784～1793
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c03619
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Silico Analysis and Synthesis of Nafamostat Derivatives and Evaluation of Their Anti-SARS-CoV-2 Activity (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Kazuhiro J.、Hobbs Daniel C. F.、Umeda Miki、Nagata Akihiro、Yamaguchi Rie、Sato Yoshitaka、Sato Ayato、Ohmatsu Kohsuke、Ooi Takashi、Yanai Takeshi、Kimura Hiroshi、Murata Takayuki
  • 雑誌名: Viruses 巻: 14 ページ: 389～389
  • DOI: 10.3390/v14020389
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fluorescent Organic π‐Radicals Stabilized with Boron: Featuring a SOMO?LUMO Electronic Transition (2022)
  • 著者名/発表者名: Ito Masato、Shirai Shusuke、Xie Yongfa、Kushida Tomokatsu、Ando Naoki、Soutome Hiroki、Fujimoto Kazuhiro J.、Yanai Takeshi、Tabata Kenichi、Miyata Yasuo、Kita Hiroshi、Yamaguchi Shigehiro
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 61 ページ: -
  • DOI: 10.1002/anie.202201965
  • 査読あり
• [雑誌論文] 5-Thiaporphyrinium cation: effect of sulphur incorporation on excited state dynamics (2022)
  • 著者名/発表者名: Takiguchi Asahi、Inai Naoto、Kang Seongsoo、Hagai Masaya、Lee Seokwon、Yanai Takeshi、Kim Dongho、Shinokubo Hiroshi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 58 ページ: 5956～5959
  • DOI: 10.1039/D2CC00522K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stochastic evaluation of four-component relativistic second-order many-body perturbation energies: A potentially quadratic-scaling correlation method (2022)
  • 著者名/発表者名: Cruz J. C?sar、Garza Jorge、Yanai Takeshi、Hirata So
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 156 ページ: 224102～224102
  • DOI: 10.1063/5.0091973
  • 査読あり
• [雑誌論文] Desulfonylative Coupling of Alkylsulfones with <i>gem-</i>Difluoroalkenes by Visible-Light Photoredox Catalysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Nambo Masakazu、Ghosh Koushik、Yim Jacky C.-H.、Tahara Yasuyo、Inai Naoto、Yanai Takeshi、Crudden Cathleen M.
  • 雑誌名: ACS Catalysis 巻: 12 ページ: 9526～9532
  • DOI: 10.1021/acscatal.2c02233
  • 査読あり
• [雑誌論文] A local pair-natural orbital-based complete-active space perturbation theory using orthogonal localized virtual molecular orbitals (2022)
  • 著者名/発表者名: Saitow Masaaki、Uemura Kazuma、Yanai Takeshi
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 157 ページ: 084101～084101
  • DOI: 10.1063/5.0094777
  • 査読あり
• [雑誌論文] Machine-Learning- and Knowledge-Based Scoring Functions Incorporating Ligand and Protein Fingerprints (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Kazuhiro J.、Minami Shota、Yanai Takeshi
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 7 ページ: 19030～19039
  • DOI: 10.1021/acsomega.2c02822
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure?Function Study of a Novel Inhibitor of Cyclin-Dependent Kinase C in Arabidopsis (2022)
  • 著者名/発表者名: Saito Ami N、Maeda Akari E、Takahara Tomoaki T、Matsuo Hiromi、Nishina Michiya、Ono Azusa、Shiratake Katsuhiro、Notaguchi Michitaka、Yanai Takeshi、Kinoshita Toshinori、Ota Eisuke、Fujimoto Kazuhiro J、Yamaguchi Junichiro、Nakamichi Norihito
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 63 ページ: 1720～1728
  • DOI: 10.1093/pcp/pcac127
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of FRET orientation factor between artificial fluorophore and photosynthetic light-harvesting 2 complex (LH2) (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Kazuhiro J.、Miyashita Tomoya、Dewa Takehisa、Yanai Takeshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-022-19375-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Planarization of a bowl-shaped molecule by triple-decker stacking (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawashima Hiroyuki、Fukui Norihito、Phung Quan Manh、Yanai Takeshi、Shinokubo Hiroshi
  • 雑誌名: Cell Reports Physical Science 巻: 3 ページ: 101045～101045
  • DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.101045
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of Hydrophobic/Hydrophilic Balance on Aggregation Pathways, Morphologies, and Excited-State Dynamics of Amphiphilic Diketopyrrolopyrrole Dyes in Aqueous Media (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukaya Natsumi、Ogi Soichiro、Sotome Hikaru、Fujimoto Kazuhiro J.、Yanai Takeshi、B?umer Nils、Fern?ndez Gustavo、Miyasaka Hiroshi、Yamaguchi Shigehiro
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 144 ページ: 22479～22492
  • DOI: 10.1021/jacs.2c07299
  • 査読あり
• [学会発表] ニューラルネットワーク符号化波動関数計算の量子アルゴリズムの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柳井毅
  • 学会等名: スーパーコンピュータワークショップ2022「複雑電子系の理論・計算科学
  • 招待講演
• [学会発表] Use of Boltzmann machine quantum state ansatz for molecular wave function solver (2022)
  • 著者名/発表者名: 柳井毅
  • 学会等名: World Association of Theoretical and Computational Chemists (WATOC)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 量子化学計算の大規模化・高精度化による挑戦 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柳井毅
  • 学会等名: 俯瞰ワークショッフナノテクノロシー材料分野 区分別分科会
  • 招待講演