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2013 年度 実績報告書

複雑分子系の化学反応の計算化学的研究

研究課題

研究課題/領域番号 24245005
研究機関京都大学

研究代表者

諸熊 奎治  京都大学, 福井謙一記念研究センター, 研究員 (40111083)

研究期間 (年度) 2012-10-31 – 2015-03-31
キーワード計算化学 / 化学反応 / 反応経路探索 / 炭素ナノ構造 / 生体反応機構 / 理論化学 / ポテンシャル面 / 触媒反応
研究概要

推進してきた複雑分子系の化学反応の理論化学・計算化学的研究をさらに発展させることを目的として、本年度は、1化学反応径路自動探索法の構築と発展、2 複雑分子系の励起電子状態の化学反応、3 均一系触媒反応機構の解明、4 生体分子内での化学反応機構と動力学、5 炭素ナノ構造生成の機構と制御、のテーマについて研究を行った。
1 化学反応径路自動探索(GRRM)戦略の人工力誘起反応(AFIR)法を分子内反応および励起状態の反応に適用する拡張を行ったほか、非調和下方歪み追跡(ADDF)法をspin-flip TDDFT法に適用して複雑分子の最低円錐交差点を求められるようにした。AFIR法を種々の既知、未知のテルペン生成反応経路の探索に応用し、新しい経路を数多く発見した。 2 高精度電子状態理論(SMRG法、CASPT2法、DFT法など)を用い、スピロピランの光開環反応、ケテンの光分解反応、ルテニウム錯体の不可逆光異性化反応の機構と動力学を明らかにした。3 GRRM戦略を最重要方法として用いて、ランタニド錯体による水溶液中での向山アルドール反応の機構を明らかにしたほか、Rh錯体触媒によるベンゾシクロブテノールのCsp-Csp2結合とCsp3-Csp3結合の選択的解裂の起源、およびヘテロ並びにホモキラルな四級アミン塩触媒による不斉相間移動触媒の反応機構と立体選択性の起源を解明した。4 超分子銅-DNA錯合体を触媒として使った,分子内フリーデルクラフツ反応の機構を明らかにするため、MD法、ONIOM法などを組み合わせた理論計算を行い、エナンチオ選択性の起源を明らかにした。5 QM/MDシミュレーションにより、多環芳香族炭化水素生成反応における水素の役割を検討し、水素は欠陥修復と成長阻害の2つの役割を持っていることを明らかにした。

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

GRRM戦略の拡張が予想以上に発展し,その応用の対象が一層広がった。 それに伴って、有機分子イオン異性化反応や触媒反応、光化学反応などの機構の解明が,予想より一層能率的に行えるようになってきた。

今後の研究の推進方策

本年度は3年計画の最終年であるので、次の1. 化学反応径路自動探索法の構築と応用、2. 炭素ナノ構造生成及び反応の機構と制御、3. ONIOM法を用いた生体分子内での化学反応機構と動力学の3つの目標に向け、研究計画の完成を目指す。11で述べたように、GRRM戦略の拡張が予想以上に発展しているので、当初計画には無かった新しい有機分子イオン異性化反応や触媒反応、光化学反応などの機構の解明も実施する。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 10件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] sp3-sp2 vs sp3-sp3 C-C Site-Selectivity in Rh-Catalyzed Ring Opening of Benzocyclobutenol: A DFT Study2014

    • 著者名/発表者名
      L. Ding, N. Ishida, M. Murakami, and K. Morokuma
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 136 ページ: 169-178

    • DOI

      10.1021/ja407422q

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Predicting Pathways for Terpene Formation from First Principles - Routes to Known and New Sesquiterpenes2014

    • 著者名/発表者名
      M. Isegawa, S. Maeda, D. J. Tantillo and K. Morokuma
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 5 ページ: 1555-1560

    • DOI

      10.1039/c3sc53293c

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The origin of enantioselectivity for intramolecular Friedel-Crafts reaction catalyzed the supramolecular Cu / DNA catalyst complex2014

    • 著者名/発表者名
      G. P. Petrova, Z. Ke, S. Park, H. Sugiyama and K. Morokuma
    • 雑誌名

      Chem. Phys. Lett.

      巻: 600 ページ: 87-95

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2014.03.060

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Exploring Transition State Structures for Intramolecular Pathways by the Artificial ForceInduced Reaction (AFIR) Method2014

    • 著者名/発表者名
      S. Maeda, T. Taketsugu, K. Morokuma
    • 雑誌名

      J. Comp. Chem.

      巻: 35 ページ: 166 173

    • DOI

      10.1002/jcc.23481

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Excited-State Proton Transfer Controls Irreversibility of Photoisomerization in Mononuclear Ruthenium(II) Monoaquo Complexes: A DFT Study2014

    • 著者名/発表者名
      L. Ding, L. W. Chung, K. Morokuma
    • 雑誌名

      J. Chem. Theo. Comp

      巻: 10 ページ: 668 675

    • DOI

      10.1021/ct400982

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Asymmetric phase-transfer catalysis with homo- and heterochiral quaternary ammonium salts: a theoretical study2014

    • 著者名/発表者名
      G. P. Petrova, H.-B. Li, K. Maruoka, K. Morokuma,
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. B

      巻: 0 ページ: 掲載確定

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Revealing the Dual Role of Hydrogen for Defect Healing and Growth Inhibition In Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Formation with QM/MD Simulations2013

    • 著者名/発表者名
      H.-B. Li, A. J. Page, S. Irle, K. Morokuma
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. Lett.

      巻: 4 ページ: 2323 2327

    • DOI

      10.1021/jz400925f

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exploring Pathways of Photoaddition Reactions by Artificial Force Induced Reaction Method: A Case Study on the Paterno-Buechi Reaction2013

    • 著者名/発表者名
      S. Maeda, T. Taketsugu, K. Morokuma
    • 雑誌名

      Zeit. Phys. Chem.

      巻: 227 ページ: 1421 1433

    • DOI

      10.1524/ zpch.2013.0401

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A CASPT2 Study of Photodissociation Pathways of Ketene2013

    • 著者名/発表者名
      H. Xiao, S. Maeda, K. Morokuma
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. A

      巻: 117 ページ: 7001 7008

    • DOI

      10.1021/jp312719a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Automated search for minimum energy conical intersection geometries between the lowest two singlet states S0/S1-MECIs by the spin-flip TDDFT method2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Harabuchi, S. Maeda, T. Taketsugu, N. Minezawa, K. Morokuma
    • 雑誌名

      J. Chem. Theo. Comp.

      巻: 9 ページ: 4116 4123

    • DOI

      10.1021/ct400512u

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical Study of Mukaiyama-Aldol Reaction Catalyzed by Water-Tolerant Lanthanide Lewis Acid2013

    • 著者名/発表者名
      M. Hatanaka, K. Morokuma,
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 135 ページ: 13972 13979

    • DOI

      10.1021/ja407357c

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multireference Ab Initio Density Matrix Renormalization Group (DMRG)-CASSCF and -CASPT2 Study on the Photochromic Ring-Opening of Spiropyran2013

    • 著者名/発表者名
      F. Liu, Y, Kurashige, T. Yanai, K. Morokuma
    • 雑誌名

      J. Chem. Theo. Comp.

      巻: 9 ページ: 4462 4469

    • DOI

      10.1021/ct400707k

    • 査読あり
  • [学会発表] Chemical Theory of Complex Molecular Systems: Discovery and Insights from Computational Studies of Chemical Reactions,2014

    • 著者名/発表者名
      諸熊奎治
    • 学会等名
      CRC‐EC Joint International Symposium on Chemical Theory for Complex Systems
    • 発表場所
      Atlanta, GA, USA
    • 年月日
      20140109-20140110
    • 招待講演
  • [学会発表] Complex Chemical Reaction Pathways Explored by Automatic Search Strategy2013

    • 著者名/発表者名
      諸熊奎治
    • 学会等名
      th Japan-Czech-Slovakia International Symposium on Theoretical Chemistry
    • 発表場所
      Nara, Japan
    • 年月日
      20131202-20131206
    • 招待講演
  • [学会発表] Automatic exploration of reaction pathways in complex environments, Symposium on "Electronic Structure in Complex Environments2013

    • 著者名/発表者名
      諸熊奎治
    • 学会等名
      Southeast Regional Meeting of the American Chemical Society
    • 発表場所
      Atlanta, GA, USA
    • 年月日
      20131113-20131114
    • 招待講演
  • [学会発表] Exciting World of Theoretical/Computational Studies of Chemical Reactions of Complex Chemical Systems2013

    • 著者名/発表者名
      諸熊奎治
    • 学会等名
      CMSI International Symposium “Extending the power of computational materials sciences with K-computer”
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      20131021-20131022
    • 招待講演
  • [学会発表] Automatic exploration of potential energy surfaces for catalysis and other complex chemical reactions2013

    • 著者名/発表者名
      諸熊奎治
    • 学会等名
      DOE Symposium on New Theoretical Concepts and Directions in Catalysis,
    • 発表場所
      Santa Barbara, CA, USA,
    • 年月日
      20130827-20130830
    • 招待講演
  • [学会発表] Theory Can Provide Insights Unavailable from Experiments in Catalysis,2013

    • 著者名/発表者名
      諸熊奎治
    • 学会等名
      The Sixteenth International Symposium on Relations between Homogeneous and Heterogeneous Catalysis
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      20130805-20130809
    • 招待講演
  • [学会発表] xciting World of Theoretical Studies of Chemical Reactions -- From Gas Phase Reactions to Catalysts, and Enzymatic Reactions2013

    • 著者名/発表者名
      諸熊奎治
    • 学会等名
      Asian Pacific Conference of Theoretical and Computational Chemistry (APCTCC6)
    • 発表場所
      Gyeonju, Korea
    • 年月日
      20130610-20130613
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Advanced Approaches to Potential Energy Landscaping for Fuel Cracking and Oxidation,2013

    • 著者名/発表者名
      諸熊奎治
    • 学会等名
      US AFOSR symposium on combustion
    • 発表場所
      Arlington, VA, USA
    • 年月日
      20130603-20130606
    • 招待講演
  • [学会発表] Exploring potential energy surfaces with GRRM automatic search strategy2013

    • 著者名/発表者名
      諸熊奎治
    • 学会等名
      International Symposium on Organic Reaction Mechanism
    • 発表場所
      Shenzhen, China
    • 年月日
      20130508-20130509
    • 招待講演
  • [学会発表] 反応経路自動探索法などを用いた化学反応の理論

    • 著者名/発表者名
      諸熊奎治
    • 学会等名
      企業研究会 CAMMフォーラム
    • 発表場所
      東京
    • 招待講演
  • [備考] Morokuma Group Web Page

    • URL

      http://kmweb.fukui.kyoto-u.ac.jp/top/index.html

  • [備考] 京都大学福井謙一記念研究センター

    • URL

      http://www.fukui.kyoto-u.ac.jp

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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