Mechanistic Insights into metal- and enzyme-catalyzed reactions using hybrid quantum chemical and information science approaches

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本研究では、高精度量子化学計算と情報科学的解析を融合させることで、金属を用いた均一的触媒反応および酵素反応機構の非共有結合性相互作用、添加物の効果、立体配座によるエネルギー分布をはじめとした統計力学的効果および動力学効果の役割を明確にすることを目的とする。2022年度の実績として、Rh触媒によるN-8-Aminoquinolinyl Aromatic AmidesのC-H結合活性化に始まるα―マレイミドとのカップリング反応で、アルキル化が進行したことを踏まえたDFT計算を行い、芳香族アミド・オルトC-H結合の酸化的付加が、turnoverを決定する段階であることを示した。この反応で添加物の効果などを明らかにした。イリジウム(III)ーサレン錯体を触媒とするジアゾ化合物とエチルベンゼンおよびその誘導体との反応で、99%eeの高い選択性でカップリング生成物が得られることに対し、カルベンが結合したイリジウム(III)ーサレン錯体の構造における立体配座をDFT計算で予測したほか、C-H結合のカルベン挿入反応が、協奏的に起きることをモデル系で明らかにした。さらに、フェレドキシン依存酵素PcyAの基質ビリベルジン(BV)に近い位置にあって反応に関与するアスパラギン酸105番残基をアスパラギンに置換した変異体、あるいはイソロイシン86番残基をアスパラギン酸に置換した変異体の中性子構造解析および、可視紫外吸収スペクトルの変異体における変化について、QM/MM計算によって検討し、また基質BVのプロトン化状態との関係について報告した。銅(I)―フェノキシルラジカル錯体の可視紫外吸収スペクトルを測定し、TD-DFT計算で解釈を行い報告した。