量子化学計算とシミュレーションを用いた柔軟な分子のビルドアップ機構の理論的解明

利用量子化学计算和模拟从理论上阐明柔性分子的构建机制

• 批准号: 21K04806
• 负责人: 岸本 直樹
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04806/
• 关键词: 量子化学計算; 反応経路自動探索; 超分子ナノ構造体; ネットワーク構造; 生成初期過程; 二水素錯体; 分子動力学

金属原子とペプチド分子からなる巨大環状錯体（超分子ナノ構造体）の生成過程について、化学反応経路自動探索法GRRMを用いて、初期過程の分子会合過程を量子化学計算を用いて調べた。また、巨大環状錯体の光学特性を調べるための円二色性（CD）測定の結果を、量子化学計算を用いて解析を行った。一方、二水素錯体を用いた水素分子（あるいは重水素分子）の吸着反応を量子化学計算法を用いてギブズエネルギーを計算して実測と比較した。温度に依存したギブズエネルギーから信頼度の高い密度汎関数法を明らかにし、H2/D2の分離能の予測法を確立した。さらに、以下のような架橋ネットワーク構造生成過程の反応シミュレーション法を開発した。１．分子触媒を用いた架橋ネットワーク構造生成過程のためのCat-GRRM/MC/MD法の開発：熱硬化性樹脂生成において、近接する分子との相互作用によって活性化エネルギーが下がる反応過程を考慮した反応シミュレーションを開発することで、実験と遜色ない力学特性を得ることが出来た。２．多段階可逆反応経路を経由する架橋ネットワーク構造生成過程のためのMultistep-GRRM/MC/MD法の開発：GRRMを用いて得られる中間体を経由するケースで、吸熱反応過程にも対応した反応シミュレーション法を開発した。導電性高分子を用いた化学増強型SERS（表面増強ラマン分光法）によって試料中の分子の振動をレーザーで測定することで高感度に分子の分析を行うことができる。化学増強型SERSの発現機構について、量子化学計算を用いた電子構造から考察を行った。

使用自动化学反应路径搜索方法GRRM研究了由金属原子和肽分子组成的大环复合物（超分子纳米结构）的形成过程。此外，使用量子化学计算分析了圆形二科和测量结果以研究大环复合物的光学特性的结果。另一方面，使用二氢复合物将氢分子（或氘分子）的吸附反应与使用量子化学计算方法的实际测量进行了比较。从依赖温度的吉布斯能量中阐明了一种高度可靠的密度功能方法，并建立了一种预测H2/D2的分离能力的方法。此外，已经开发了以下用于生成交联网络结构的反应模拟方法。 1。开发CAT-GRRM/MC/MD方法，用于使用分子催化剂生成交联网络结构的过程：在产生热固化树脂的生产中，我们开发了一种反应模拟，该反应模拟考虑了由于与邻近分子相互作用而减少活化能过程的反应过程，并且我们能够获得机械性能与实验性相比。 2。开发通过多步可逆反应途径生成交联网络结构的过程的多阶段GRRM/MC/MD方法：在使用GRRM的情况下，开发了一种反应模拟方法，该方法也对应于吸热反应过程。可以使用激光使用化学增强的SER（表面增强的拉曼光谱）使用导电聚合物来测量样品中分子的振动，以高灵敏度分析分子。使用量子化学计算，根据电子结构检查了化学增强的SER的表达机制。

项目成果

Mnの水素分子錯体吸脱着の温度依存性に関する量子化学計算

氢分子络合物吸附和解吸Mn的温度依赖性的量子化学计算

• 发表时间: 2022
• 作者: Xue Hao;岸本直樹;高石慎也
• 通讯作者: 高石慎也

Development of a Reaction Simulation Method for the Generation Process of Crosslinked

交联生成过程的反应模拟方法的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: Yingxiao Xi;Hironobu Fukuzawa;Gota Kikugawa;and Naoki Kishimoto
• 通讯作者: and Naoki Kishimoto

Relation between the internal molecular structure and thermomechanical properties of multi-component epoxy resin

多元环氧树脂内部分子结构与热机械性能的关系

• 发表时间: 2021
• 作者: Yinbo Zhao;Gota Kikugawa;Naoki Kishimoto;Yoshiaki Kawagoe;Keiichi Shirasu;Tomonaga Okabe
• 通讯作者: Tomonaga Okabe

Quantum chemical analysis of coordination stability of flexible tripeptides and nickel ions self-assembling to form macrocyclic supramolecules

柔性三肽与镍离子自组装形成大环超分子配位稳定性的量子化学分析

• 发表时间: 2023
• 作者: Dapeng Zhang;Naoki Kishimoto;Ryosuke Miyake
• 通讯作者: Ryosuke Miyake

量子化学計算による巨大環状金属錯体の初期生成機構に関する研究

利用量子化学计算研究巨型环状金属配合物的初始形成机制

• 发表时间: 2022
• 作者: 張 大鵬; 岸本 直樹;三宅 亮介
• 通讯作者: 三宅 亮介