酵素触媒反応の原動力となる金属活性種と量子化学計算の新展開

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25410071
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 塩田 淑仁 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (70335991)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 触媒 / 量子化学計算 / 遷移状態

研究実績の概要

酵素触媒反応の原動力となる金属活性種の電子構造およびその反応性について探索するため、量子化学計算による理論研究を展開した。遷移金属元素は、触媒では活性点として、生体内では酵素の活性中心として、高い選択性や温和な条件で反応をコントロールし、極めて高効率で物質の変換を行っている。このように遷移金属元素は微量ながら、触媒や酵素の活性点できわめて重要な役割を果たしている。それらの反応は一見すると単純な反応であっても複雑な素反応の組み合わせで進行していると考えられている。そのため、反応機構を明らかにするためには、素反応レベルでの理解を欠かすことができない。しかし,優れた実験手法を用いたとしてもその反応機構を実験的手法のみで完全に解明することは困難であり、理論化学、特に量子化学計算のサポートが必要とされている。
遷移金属錯体に触媒される化学反応の解析を行い、その反応機構を明らかにした。特に理論計算により酸素活性化の機構を中心に研究した。実験研究者とも活発に共同研究を行い、その成果を論文、学会にて発表した。平成２７年度は１０報の原著論文ならびに５回の学会発表をおこなった。

研究成果

• [雑誌論文] Computational Study of Cyclobutane-1,3-diylidene Dicarbenes: Ground-State Spin Multiplicity and New Strategy Toward the Synthesis of Bicyclo[1.1.0]but-1(3)-enes (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujita, Y.; Abe, M.; Shiota, Y.; Suzuki, T.; Yoshizawa, K
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn 巻: 89 ページ: xxx
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation and High Reactivity of the anti-Dioxo Form of High-Spin μ-Oxodioxodiiron(IV) as the Active Species That Cleaves Strong C-H Bonds (2016)
  • 著者名/発表者名: Kodera, M.; Ishiga, S.; Tsuji, T.; Sakurai, K.; Hitomi, Y.; Shiota, Y.; P. K. Sajith; Yoshizawa, K.; Mieda, K.; Ogura, T.
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 22 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1002/chem.201600048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Possible Peroxo State of the Dicopper Site of Particulate Methane Monooxygenase from Combined Quantum Mechanics and Molecular Mechanics Calculations (2016)
  • 著者名/発表者名: Itoyama, S.; Doitomi, K.; Kamachi, T.; Shiota, Y.; Yoshizawa, K.
  • 雑誌名: Inorg. Chem 巻: 55 ページ: 2771-2775
  • DOI: 0.1021/acs.inorgchem.5b02603
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and Structure of a Water-soluble μ-η1:η1-N2 Dinuclear RuII Complex with a Polyamine Ligand (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshimoto, K.; Yatabe T.; Matsumoto, M.; Robertson, A.; Nakai, H.; Tanaka, H.; Kamachi, K.; Shiota, Y.; Yoshizawa, K.; Asazawa, K. Tanaka, H.; Ogo, S.
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 45 ページ: 149-151
  • DOI: 10.1246/cl.151004
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new family of anionic FeIII spin crossover complexes featuring a weak-field N2O4 coordination octahedron (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, K.; Kawamukai, K.; Okai, M.; Mochida, T.; Sakurai, T.; Ohta, H.; Yamamoto, T.; Einaga, Y.; Shiota, Y.; Yoshizawa, K.
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 22 ページ: 1253-1257
  • DOI: 10.1002/chem.201504883
  • 査読あり
• [雑誌論文] Homogeneous Photocatalytic Water Oxidation with a Dinuclear CoIII-Pyridylmethylamine Complex (2016)
  • 著者名/発表者名: Ishizuka, T.; Watanabe, A.; Kotani, H.; Hong, D.; Satonaka, K.; Wada, T.; Shiota, Y.; Yoshizawa, K.; Ohara, K.; Yamaguchi, K.; Kato, S.; Fukuzumi, S.; Kojima, T.
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 55 ページ: 1154-1164
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b02336
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heterometallic FeIII/K coordination polymer with a wide thermal hysteretic spin transition around room temperature (2016)
  • 著者名/発表者名: Kang, S.; Shiota, Y.; Kariyazaki, A.; Kanegawa, S.; Yoshizawa, K.; Sato, O.
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 22 ページ: 532-538
  • DOI: 10.1002/chem.201503392
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assembling an alkyl rotor to access abrupt and reversible crystalline deformation of a cobalt(II) complex (2015)
  • 著者名/発表者名: Su S.-Q.; Kamachi, T.; Yao, A.-S.; Huang, Y.-G.; Shiota, Y.; Yoshizawa, K.; Azuma, N.; Miyazaki, Y.; Nakano, M.; Maruta, G.; Takeda, S.; Kang, S.; Kanegawa, S.; Sato, O.
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 6 ページ: 8810
  • DOI: 10.1038/ncomms9810
  • 査読あり
• [雑誌論文] Persistent four-coordinate iron-centered radical stabilized by π-donation (2015)
  • 著者名/発表者名: Sunada, Y.; Ishida, S.; Hirakawa, F.; Shiota, Y.; Yoshizawa, K.; Kanegawa, S.; Sato, O.; Nagashima, H.; Iwamoto, T. “Persistent four-coordinate iron-centered radical stabilized by π-donation
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 6 ページ: 191-198
  • DOI: 10.1039/C5SC02601F
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox-Noninnocent Bhavior of Tris(2-pyridylmethyl)amine Bound to Lewis Acidic Rh(III) Ion Induced by C-H Deprotonation (2015)
  • 著者名/発表者名: Kotani, H.; Sugiyama, T. Ishizuka, T.; Shiota, Y.; Yoshizawa, K.; Kojima, T.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 137` ページ: 11222-11225
  • DOI: 10.1021/jacs.5b06237
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cis -1,2-Aminohydroxylation of Alkenes Involving a Catalytic Cycle of Osmium(III) and Osmium(V) Centers: OsV(O)(NHTs) Active Oxidant with a Macrocyclic Tetradentate Ligand, (2015)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto, H; Mikami, A.; Kai, K.; Sajith, P. K.; Shiota, Y.; Yoshizawa, K.; Asano, K.; Suzuki, T. Itoh, S.
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 54 ページ: 7073-7082
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b01083
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton-Assisted Mechanism of NO Reduction on a Dinuclear Ruthenium Complex, (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, T.; Tanaka, H.; Shiota, Y.; Sajith, P. K.; Arikawa, Y.; Yoshizawa, K.
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 54 ページ: 7181-7191
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5b00394
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic Study of Methanol Oxidation by RuIV-oxo complexes, (2015)
  • 著者名/発表者名: Shiota, Y.; Takahashi, S.; Ohzu, S.; Ishizuka, T.; Kojima, T.; Yoshizawa, K.
  • 雑誌名: J. Porphyrins Phthalocyanines 巻: 19 ページ: 417-426
  • DOI: 10.1142/S1088424615500285
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlling the Redox Properties of a Pyrroloquinolinequinone (PQQ) Derivative in a Ruthenium(II) Coordination Sphere (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitome, H.; Ishizuka, T. Shiota, Y.; Yoshizawa, K.; Kojima, T.
  • 雑誌名: Dalton Trans. 巻: 44 ページ: 3151-3158
  • DOI: 10.1039/C4DT03358B
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation and Characterization of a Reactive Chromium(V)-Oxo Complex: A Mechanistic Insight into Hydrogen-Atom Transfer Reactions (2015)
  • 著者名/発表者名: Kotani, H.; Kaida, S.; Ishizuka, T.; Sakaguchi, M.; Ogura, T.; Shiota, Y.; Yoshizawa, K.; Kojima, T.
  • 雑誌名: Chem. Sci. 巻: 6 ページ: 945-955
  • DOI: 10.1039/C4SC02285H
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Ferromagnetically Coupled Fe42 Cyanide-Bridged Nanocage, (2015)
  • 著者名/発表者名: Kang, S.; Zheng, H.; Liu, T.; Hamachi, K.; Kanegawa, S.; Sugimoto, K.; Shiota, Y.; Hayami, S.; Mito, M.; Nakamura, T.; Baker, M. L.; Nojiri, H.; Yoshizawa, K.; C. Duan, C.; Sato, O.
  • 雑誌名: Nature Commun 巻: 6 ページ: 5955/1-6
  • DOI: 10.1038/ncomms6955
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gas-phase acidity of 1,1-bis(trifluoromethanesulfonyl)propane derivatives and related compounds: Experimental and theoretical studies (2015)
  • 著者名/発表者名: Zang, M.; Sonoda, T.; Shiota, Y.; Mishima, M.; Yanai, H.; Fujita, M.; Taguchi, T.
  • 雑誌名: J. Phys. Org. Chem. 巻: 28 ページ: 181-186
  • 査読あり
• [学会発表] 塩田淑仁 糸山修平 吉澤一成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 銅二核活性点におけるメタン活性化に関する理論的研究
  • 学会等名: 第９６春季年会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2016-03-24 – 2016-03-27
• [学会発表] Mechanistic study of methanol oxidation by RuIV–oxo complexes (2015)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁 髙橋翔也 小島隆彦 吉澤一成
  • 学会等名: pacifichem2015
  • 発表場所: ホノルル（米国）
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会
• [学会発表] Ruオキソ錯体によるメタノール酸化反応に関する理論的研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁 髙橋翔也 小島隆彦 吉澤一成
  • 学会等名: コンピュータ化学会２０１５秋季年会
  • 発表場所: 函館
  • 年月日: 2015-10-30 – 2015-10-31
• [学会発表] 膜結合型メタンモノオキシゲナーゼのペルオキソ状態に関する理論的考察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁 糸山修平 土井富一城 蒲池高志 吉澤一成
  • 学会等名: 第９回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] Theoretical Study of Methanol Oxidation by RuIV-oxo Complexes (2015)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁 髙橋翔也 小島隆彦 吉澤一成
  • 学会等名: The 15th ICQC, 北京
  • 発表場所: 北京(中国)
  • 年月日: 2015-06-08 – 2015-06-13
  • 国際学会
• [学会発表] Ruオキソ錯体によるメタノール酸化反応に関する理論的研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塩田淑仁 髙橋翔也 小島隆彦 吉澤一成
  • 学会等名: 理論化学討論会２０１５
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2015-05-20 – 2015-05-22
• [備考] 研究業績
  • URL: http://trout.scc.kyushu-u.ac.jp/yoshizawaJ/pagesJ/publicationsJ.html