2019 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical study for the observation of transition state of chemical reaction
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17KT0093
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
高柳 敏幸 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (90354894)
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| Project Period (FY) |
2017-07-18 – 2020-03-31
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| Keywords | 反応動力学 / ポテンシャルエネルギー曲面 / 遷移状態分光 / 光電子分光 / 非断熱遷移 / 波束動力学 / スピン反転 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度では、これまで開発してきたスピン反転を含む反応経路探索法をさらに複雑な反応系へ適用した。まず、β‐ジケチミナート配位子に結合した鉄とコバルトイオン化合物を触媒とするエチレンとの水素転移反応に応用した。これらの反応では、水素の転移が中心金属イオンのスピン反転を伴って起こる重要な例である。これらのスピン反転構造を遷移状態構造として探索することができた。さらにより複雑な過程として、ポルフィリンとイミダゾールが配位したモデルヘムによる酸素分子のスピン反転反応にも適用した。これは生物の酸素運搬に関わる重要な過程である。このような複雑な分子系においても我々が開発した反応経路探索法が十分適用可能であることを示した。
以上の研究成果をもとにして、実際にスピン反転がどれくらいの確率で起こるかを量子波束計算によって見積もる理論方法の開発も行った。具体的には、典型的なスピン反転反応であるFe(CO)4 + H2 → FeHH(CO)4反応をモデルとし、反応経路と強い結合を有する基準座標をいくつか取りだし、自由度を限定してポテンシャルエネルギー曲面およびスピン軌道相互作用を求めた。これを用い、新たに開発した非断熱遷移を含めた遷移状態波束計算プログラムを使い、累積反応確率を計算した。その結果、スピン反転の効率を考える際に、しばしば用いられる1次元のランダウ・ゼナーモデルでは反応確率を著しく過小評価することが分かった。
以上の研究結果はすべて国際ジャーナル論文として発表した。
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