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2010 年度 実績報告書

第一原理動力学シミュレーションによる分子ジャイロスコープの機能評価と設計

研究課題

研究課題/領域番号 22655003
研究機関東北大学

研究代表者

河野 裕彦  東北大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70178226)

研究分担者 瀬高 渉  徳島文理大学, 薬学部, 准教授 (60321775)
キーワード分子ジャイロスコープ / 第一原理分子動力学 / 配向制御 / 分子間力 / 密度汎関数緊密結合法 / ジシラベンゼン / 遷移状態 / 重水素NMR
研究概要

外部骨格とそれによって保護されたフェニレン回転子(ベンゼン環が回転する)から構成される分子ジャイロスコープの構造と回転運動を第一原理的理論に基づいて評価した。まず、密度汎関数密結合(DFTB)法によって、Si-O-Si結合を含む3本の固定子からなる骨格によって保護されたフェニレン基を持つ既存の分子ジャイロのX線構造を再現できることを示した。さらに完全な平衡構造の探索や回転障壁の高さを正確に見積もるために、回転子と固定子間の分子間力を高精度で評価する電子状態計算法の適用を開始した。高温では、実時間スケールで回転子の挙動を追跡することができ、分子ジャイロの機能開拓に必要な動的応答のシミュレーションができることが分かった。
新規分子ジャイロの合成とそれらの回転子の運動も解析した。1,4-ジシラベンゼンのケイ素間を3つの長鎖アルキルで架橋した分子を、結晶中でベンゼン環が回転する分子ジャイロスコープとして合成し、結晶中の構造を明らかにした。回転軸が1軸配向した結晶構造を与え、ベンゼン環が回転するのに十分な空間があった。結晶内部でのベンゼン環の回転または反転運動速度を、ベンゼン上の水素を重水素標識した誘導体をそれぞれ合成して、固体重水素NMRにより検討した。その結果、いずれも数MHz程度の高速回転または反転をしており、温度の上昇とともに加速すること明らかにした。また、ベンゼン環の回転運動のアルキル鎖長依存性も観察された。鎖長の長い化合物の方が、ベンゼン環とアルキル鎖の相互作用が弱いため、同温度での回転または反転速度はより高速であった。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (9件) 図書 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] 量子化学計算パッケージMOLPROの電子励起状態計算への応用と並列化2011

    • 著者名/発表者名
      山崎馨, 河野裕彦
    • 雑誌名

      SENAC

      巻: 44 ページ: 33-39

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ケイ素の特長を利用した分子機械研究2010

    • 著者名/発表者名
      瀬高渉, 吉良満夫
    • 雑誌名

      有機合成化学協会誌

      巻: 68巻 ページ: 930-938

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 反Muetterties則の5配位ケイ素化合物2010

    • 著者名/発表者名
      瀬高渉
    • 雑誌名

      ケイ素化学協会誌

      巻: 27巻 ページ: 14-17

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrafast radiationless transition pathways through conical intersectionsin pboto-excited9H-adenine2010

    • 著者名/発表者名
      W.M.I.Hassan, W.C.Chung, N.Shimakura, S.Koseki, H.Kono, Y.Fujimura
    • 雑誌名

      Physical Chemishy Chemical Physics

      巻: 12 ページ: 5317-5328

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Shape anisotropy induces rotations in optically trapped red blood cells2010

    • 著者名/発表者名
      K.Bambardekar, J.A.Dharmadhikari, A.K.Dharmadhikari, T.Yamada, T.Kato, H.Kono, Y.Fujimura, S.Sharma, D.Mathur
    • 雑誌名

      the Journal of Biomedical Optics

      巻: 15 ページ: 041504-1-041504-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-adiabatic Response Model of Laser-induced Ultrafast π-Electron Rotations in Chiral Aromatic Molecules2010

    • 著者名/発表者名
      M.Kanno, H.Kono, Y.Fujimura, S.H.Lin
    • 雑誌名

      Phys.Rev.Lett.

      巻: 104 ページ: 108302-108304

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Molecular Gyroscope Having a Halogen-substituted p-Phenylene Rotator and Silaalkane Chain Stators2010

    • 著者名/発表者名
      W.Setaka, S.Ohmizu, M.Kira
    • 雑誌名

      Chem.Lett.

      巻: 39 ページ: 468-469

    • 査読あり
  • [学会発表] First-principles simulation of laser control of nanocarbons2011

    • 著者名/発表者名
      H.Kono
    • 学会等名
      JSPS Asian CORE Workshop on Next Generation Ultra-Short Pulse Lasers for High Field and Ultrashort Science
    • 発表場所
      理化学研究所
    • 年月日
      2011-03-04
  • [学会発表] 分子コンパスの創製と配向制御による光機能発現2011

    • 著者名/発表者名
      瀬高渉
    • 学会等名
      JSTさきがけ3研究領域合同研究報告会
    • 発表場所
      東京大学鉄門記念講堂
    • 年月日
      2011-01-07
  • [学会発表] Nonadiabatic response of time-dependent natural orbitals2010

    • 著者名/発表者名
      H. Kono and T. Kato
    • 学会等名
      International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2010-12-17
  • [学会発表] Control of vibration and fragmentation of C_60by intense near-infrared pulses : First-principles moleculaz dynamics simulation2010

    • 著者名/発表者名
      H.Kono, N.Niitsu, M.Kikuchi, K.Nakai, M.Toda
    • 学会等名
      International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2010-12-15
  • [学会発表] Synthesis, structure and functions of a phenylene-bridged disilaalkene macrocage as aframed molecular top2010

    • 著者名/発表者名
      Wataru Setaka, Kentaro Yamaguchi
    • 学会等名
      International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      2010-12-15
  • [学会発表] Control of Molecules in Near-Infrared Intense Laser Fields : Rearrangement and Fragmentation Dynamics of C_602010

    • 著者名/発表者名
      H.Kono
    • 学会等名
      International Symposium on Ultrafast Intense Laser Science 9
    • 発表場所
      Maui, Hawaii, USA
    • 年月日
      2010-12-10
  • [学会発表] 電子動力学と分子の光制御-非摂動論領域の新展開-2010

    • 著者名/発表者名
      河野裕彦
    • 学会等名
      CMSI研究会:「新量子相・新物質の基礎科学」
    • 発表場所
      自然科学研究機構岡崎コンファレンスセンター
    • 年月日
      2010-11-12
  • [学会発表] Ab Initio Dynamics Simulation of the Molecular Gyroscope2010

    • 著者名/発表者名
      A. B. Marahatta, K. Hoki, W. Setaka and H. Kono
    • 学会等名
      第4回分子科学討論会2010大阪
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
    • 年月日
      2010-09-16
  • [学会発表] A Phenylene-Bridged Silaalkane Macrocage as a Framed Molecular Top2010

    • 著者名/発表者名
      W. Setaka, S. Ohmizu, K. Yamaguchi, and M. Kira
    • 学会等名
      International Conference of Synthetic Metals 2010
    • 発表場所
      Kyoto International Conference Center
    • 年月日
      2010-07-08
  • [図書] Control of π-Electron Rotations in Chiral Aromatic Molecules Using Intense Laser Pulsesin Springer series"Progress in Ultrafast Intense Laser Science VIP'2011

    • 著者名/発表者名
      M.Kanno, H.Kono, Y.Fujimura
    • 総ページ数
      24
    • 出版者
      Ed.by K.Yamanouchi et al., Springer Verlag
  • [図書] How do molecules behave in intense laser fields?Theoretical aspectsin"Lectures on Ultrafast Intense Laser Science I"2010

    • 著者名/発表者名
      H.Kono
    • 総ページ数
      23
    • 出版者
      Springer, Berlin Heidelberg
  • [図書] C_60の高強度レーザー励起ダイナミクス, レーザーと化学(日本化学会編集, 化学の要点シリーズ37)

    • 著者名/発表者名
      河野裕彦
    • 総ページ数
      1
    • 出版者
      共立出版
  • [産業財産権] π電子系が結晶中で一軸回転する分子コマによる有機結晶材料と複屈折の制御方法2010

    • 発明者名
      瀬高渉・山口健太郎
    • 権利者名
      科学技術振興機構
    • 産業財産権番号
      特許、特願2010-95345
    • 出願年月日
      2010-04-16

URL: 

公開日: 2012-07-19  

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