多電子波動関数理論による金属酵素反応中間体の構造同定

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25410030
• 研究機関: 分子科学研究所
• 研究代表者: 倉重 佑輝 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 助教 (30510242)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 量子化学計算 / 多参照理論 / 金属錯体 / 金属酵素 / EPR / 電子相関理論 / 密度行列繰り込み群

研究実績の概要

金属酵素反応の反応機構解析の研究において異なる複数の反応経路や中間体モデルが提示された時に、それぞれの候補の構造モデルを仮定した精密な波動関数から分光スペクトルを計算により求め実際のスペクトルと比較することにより真の中間体構造を同定する理論的手法の開発に取り組んだ。H27年度は今までに開発した手法を用いて以下の研究を行った。光合成マンガンクラスタのEPR活性な状態における超微細構造定数を計算した。精度の検証として同じくマンガン原子に酸素原子が直接配位した[Mn(H2O)6]2+やMnOの単核の分子にて完全活性空間のサイズや基底関数を様々変えて実験値と詳細な比較を行った。その結果、活性空間に二重殻4d軌道や内殻軌道を加えることで超微細構造定数の値はより実験値に近づくものの高角運動量の仮想軌道との電子相関の効果など更に精度の検討を要することがわかった。またスピン状態のエネルギーの同定について光合成マンガンクラスタにおいて最新のＸ線結晶構造を元にした分子構造にて非経験的密度行列繰り込み群多配置無撞着場理論を用いた計算を行い、以前のＸ線構造モデルとは異なり適切なマンガン酸化状態とスピン状態を与える構造モデルになっていることが分かり、新たなＸ線構造モデルの妥当性が確認できた。

研究成果

• [雑誌論文] A pentanuclear iron catalyst designed for water oxidation (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Okamura, M. Kondo, R. Kuga, Y. Kurashige, T. Yanai, S. Hayami, V.K.K. Praneeth, M. Yoshida, K. Yoneda, S. Kawata, and S. Masaoka
  • 雑誌名: Nature 巻: 530 ページ: 465-468
  • DOI: 10.1038/nature16529
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multinuclear metal-binding ability of a caroten (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Horiuchi, Y. Tachibana, M. Yamashita, K. Yamamoto, K. Masai, K. Takase, T. Matsutani, S. Kawamata, Y. Kurashige, T. Yanai, T. Murahashi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 ページ: 6742-6749
  • DOI: 10.1038/ncomms7742
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Aggregation-induced photon upconversion through control of the triplet energy landscapes of the solution and solid states (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Duan, N. Yanai, Y. Kurashige, N. Kimizuka
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 127 ページ: 7654-7659
  • DOI: 10.1002/anie.201501449
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fully Internally Contracted Multireference Configuration Interaction Theory Using Density Matrix Renormalization Group: a Reduced-Scaling Implementation Derived by Computer-Aided Tensor Factorization (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Saitow, Y. Kurashige, T. Yanai
  • 雑誌名: Journal of Chemical Theory and Computation 巻: 11 ページ: 5120-5131
  • DOI: 10.1021/acs.jctc.5b00270
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Acid/Base-regulated reversible electron transfer disproportionation of N-N linked bicarbazole and biacridine derivatives (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Pandit, K. Yamamoto, T. Nakamura, K. Nishimura, Y. Kurashige, T. Yanai, G. Nakamura, S. Masaoka, K. Furukawa, Y. Yakiyama, M. Kawano, S. Higashibayashi
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 6 ページ: 4160-4173
  • DOI: 10.1039/c5sc00946d
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of Molecular Wires Strapped by π-Conjugated Side Chains: Integration of Dehydrobenzo[20]Annulene Units (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Terao, M. Ohsawa, H. Masai, Y. Kurashige, T. Fujihara, and Y. Tsuji
  • 雑誌名: The Journal of Organic Chemistry 巻: 80 ページ: 8874-8880
  • DOI: 10.1021/acs.joc.5b01414
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Applications of DMRG-based multireference correlation theories (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurashige
  • 学会等名: 251st ACS National Meeting
  • 発表場所: San Diego Convention Center, California, USA
  • 年月日: 2016-03-13 – 2016-03-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Applications of DMRG-based multireference correlation theories (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurashige
  • 学会等名: The 15th International Congress of Quantum Chemistry (ICQC) Satellite
  • 発表場所: AICS, Kobe, Hyogo, Japan
  • 年月日: 2015-06-18 – 2015-06-18
  • 国際学会 / 招待講演