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2016 年度 実績報告書

分子性液体の統計力学と量子化学に立脚した溶液内化学過程の究理

研究課題

研究課題/領域番号 25410011
研究機関京都大学

研究代表者

佐藤 啓文  京都大学, 工学研究科, 教授 (70290905)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2018-03-31
キーワード理論化学 / 量子化学 / 統計力学 / RISM
研究実績の概要

本課題では、我々がこれまでに開発・拡張を行ってきた量子化学理論と液体の統計力学理論を基軸に、反応、光現象、輸送過程などを対象として、溶媒和による電子状態の変化やそれによって引き起こされる過程の詳細を分子レベルで解析してきた。またこの結果を踏まえながら、三次元溶媒和構造を計算する統計力学理論を、溶液内分子のダイナミックス理論へと拡充することを企図してきた。これまでの取り組みを通じて、水中のアニリンのイオン化に伴う電子状態変化、メロシアニン色素分子のソルバトクロミズム、イオン液体となるフェロセン類縁体分子の溶媒和構造など様々な現象を明らかにしてきた。さらに、溶液内の分子の構造揺らぎ理論、MC-MOZ-SCF法や3D-SSSV法など種々の分子理論の開発にも成功してきた。本年度の主な進捗は以下の通りまとめられる。
(1)多原子分子からなる液体中での拡散律速反応を記述できる新しい統計力学理論の開発に成功した。新しい方程式から得られた結果は分子動力学計算から得られた結果ともよく一致し、その有用性が示された。
(2)タンパク質PYPやGFPの色素分子を対象として、RISM-SCF-SEDD法に基づいたTDDFT計算を行い、溶液中の色素分子のプロトン化状態の変化に伴うソルバトクロミズムや溶媒和構造を調べた。
(3)pH変化に伴うフェノールフタレインの電子状態変化と溶媒和の影響についてRISM-SCF-SEDD法に基づき調べた。特に構造変化の寄与と水和に伴う安定化についてエネルギー面に基づいて明らかにした。
(4)経路積分法を用いた量子力学手法(Ring Polymer MD)についての研究を進め、プロトン移動反応などの計算を行った。
いずれの成果についても国内外の学会において発表するとともに、(1)と(2)については既に学術論文としてとりまとめ公表している。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Photo Absorption of p-Coumaric Acid in Aqueous Solution: RISM-SCF-SEDD Theory Approach2017

    • 著者名/発表者名
      Kenji Hirano, Hiroshi Nakano, Yoshihide Nakao, Hirofumi Sato, and Shigeyoshi Sakaki
    • 雑誌名

      Journal of Computational Chemistry

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1002/jcc.24784

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A theoretical study on the optical absorption of green fluorescent protein chromophore in solutions2017

    • 著者名/発表者名
      Ken Kajita, Hiroshi Nakano, and Hirofumi Sato
    • 雑誌名

      Molecular Simulation

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

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    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A theory of diffusion controlled reactions in polyatomic molecule system2016

    • 著者名/発表者名
      Kento Kasahara and Hirofumi Sato
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 145 ページ: 194502

    • DOI

      10.1063/1.4967400

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Solvent structure of ionic liquid with carbon dioxide2016

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Kikui, Seigo Hayaki, Kentaro Kido, Daisuke Yokogawa, Kento Kasahara, Yoshihiro Matsumura, Hirofumi Sato, and Shigeyoshi Sakaki
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Liquids

      巻: 217 ページ: 12-16

    • DOI

      10.1016/j.molliq.2015.06.061

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] フェノールフタレインに関する理論的研究2016

    • 著者名/発表者名
      棚橋祐太、笠原健人、中農浩史、福田良一、佐藤啓文
    • 学会等名
      第39回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      産業技術総合研究所 つくばセンター共用講堂
    • 年月日
      2016-11-10 – 2016-11-13
  • [学会発表] 拡散律速反応ダイナミクスの分子理論2016

    • 著者名/発表者名
      笠原健人、佐藤啓文
    • 学会等名
      第39回溶液化学シンポジウム
    • 発表場所
      産業技術総合研究所 つくばセンター共用講堂
    • 年月日
      2016-11-10 – 2016-11-13
  • [学会発表] Toward a method to calculate quantum rate constants of chemical reactions in solution using ring polymer molecular dynamics method2016

    • 著者名/発表者名
      Takuya Iwakawa, Nozomu Oda, Hiroshi Nakano, Hirofumi Sato
    • 学会等名
      JFS-Joint Symposium on Theoretical and Computational Science of Complex System
    • 発表場所
      FIFC, Kyoto University
    • 年月日
      2016-10-26 – 2016-10-28
    • 国際学会
  • [学会発表] A theory of diffusion controlled reactions in polyatomic molecule system2016

    • 著者名/発表者名
      Kento Kasahara, Hirofumi Sato
    • 学会等名
      4th International Conference on Molecular Simulation (ICMS 2016)
    • 発表場所
      Crowne Plaza Shanghai Hotel, Shanghai
    • 年月日
      2016-10-23 – 2016-10-26
    • 国際学会
  • [学会発表] Molecular theory of chemical processes in condensed phase2016

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Sato
    • 学会等名
      International Symposium on Multi-scale Simulation of Condensed-phase Reacting Systems (MSCRS2016)
    • 発表場所
      Noyori Conference Hall, Nagoya University
    • 年月日
      2016-10-10 – 2016-10-13
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Diffusion-controlled Reactions in Polyatomic Systems Based on Smoluchowski- like Equation2016

    • 著者名/発表者名
      Kento Kasahara, Hirofumi Sato
    • 学会等名
      International Symposium on Multi-scale Simulation of Condensed-phase Reacting Systems (MSCRS2016)
    • 発表場所
      Noyori Conference Hall, Nagoya University
    • 年月日
      2016-10-10 – 2016-10-13
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子性液体における拡散律速反応2016

    • 著者名/発表者名
      笠原健人、佐藤啓文
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート
    • 年月日
      2016-09-13 – 2016-09-15
  • [学会発表] Theoretical study of phenolphthalein in solution2016

    • 著者名/発表者名
      Yuta Tanahashi, Hirofumi Sato
    • 学会等名
      第32回反応化学討論会
    • 発表場所
      大宮ソニックシティホール
    • 年月日
      2016-06-01 – 2016-06-03
  • [学会発表] 分子性液体中における拡散律速反応ダイナミクス2016

    • 著者名/発表者名
      笠原健人、佐藤啓文
    • 学会等名
      第19回理論化学討論会
    • 発表場所
      早稲田大学西早稲田キャンパス
    • 年月日
      2016-05-23 – 2016-05-26

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公開日: 2018-01-16  

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