| 研究課題/領域番号 |
21J20857
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
伊藤 琢磨 北海道大学, 大学院総合化学院, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| キーワード | 反応経路網 / 第一原理分子動力学計算 / 反応速度論 / 動的経路分岐 / 反応経路自動探索法 |
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| 研究実績の概要 |
当該年度は、動的経路分岐の自動探索手法の拡張と、有機化学反応における新奇動的経路分岐探索への適用を行った。
研究代表者が以前に開発した動的経路分岐探索手法は、反応経路自動探索法の一つである人工力誘起反応（AFIR）法を基盤とする。AFIR法は反応物分子に様々な人工力を加え、反応物周りの様々な反応経路を探索する。探索手法は、AFIR法がたどる複数の経路が1つの共通の遷移状態（TS）を経由する場合を見つけ出すことで、動的経路分岐の探索を行う。この手法が、既報の動的経路分岐探索において有効であることを以前の研究において示してきたが、mechanical stressの付加や置換基修飾によって新たに発生する動的経路分岐にも適用可能であるかに関する知見は無かった。この問題を解決すべく、当該年度は動的経路分岐の発生機構の解明と、探索手法の改善を行った。まず、過去に報告された動的経路分岐の反応経路上で振動解析を行うことで、動的経路分岐の発生機構を明らかにした。次に、発生機構に基づき改良した探索手法を、動的経路分岐が報告されていない有機化学反応に適用し、その有効性を検討した。その結果、以前の手法では見落とされていた動的経路分岐を探索できることが明らかになった。さらに、動的経路分岐が起こる反応と起こらない反応を判別することが可能であることも示された。またその違いがポテンシャル面の形状で説明できることも明らかとなった。この結果は現在論文投稿の準備を進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当該年度は、本課題における基盤技術の1つである動的経路分岐の探索手法の改善を行った。以前に提案した探索手法は、mechanical stressの付加や置換基修飾によって新たに発生する動的経路分岐を見落としてしまうため、本課題の目標の一つである有機化学反応における新奇動的経路分岐の探索へと適用することが困難であった。探索手法の改良により見落としがなくなり、実際に有機化学における新奇動的経路分岐の探索が可能であることを示すことができた。これにより有機化学における動的経路分岐の普遍性解明の研究へ着手できると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
当該年度に作成した探索手法を用いて有機化学反応における動的経路分岐のスクリーニングを予定している。これにより、有機化学反応において全体の何％程度で動的経路分岐が起こるかについて新たな知見が得られると予想される。また、探索で得られた動的経路分岐については、分岐比の算出も行い、分岐比の化学的な起源についても調査を行う。この際、分岐比の計算に用いられる第一原理分子動力学計算（AIMD）は高い計算コストを要するため、AIMDを用いずに分岐比を予測する計算手法の開発を行う。
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