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

使用混合量子化学和信息科学方法对金属和酶催化反应的机理洞察

• 批准号: 21K05016
• 负责人: 森 聖治
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Ibaraki 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-21K05016/
• 关键词: 触媒反応; 密度汎関数法計算; 非共有結合相互作用; QM/MM法; 酵素; MDシミュレーション; 選択性; 量子化学計算; 分子動力学シミュレーション; ビックデータサイエンス; クラスタリング

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。

This study is aimed at the fusion of high-precision quantum chemical calculation and information science analysis, the non-common binding interaction of metal and homogeneous catalytic reaction and enzyme reaction mechanism, the effect of additive and steric coordination, the effect of statistical mechanics and the effect of kinetic analysis. The results for 2022 show that the activation of N-8-Aminoquinolin Aromatic Amides in Rh catalyst has been initiated, and the DFT calculation has been carried out, and the acidification and turnover of aromatic compounds have been determined. The effect of this additive is obvious. The structure of the complex is determined by DFT calculation. The first two days of the game The matrix protein (BV) of PcyA is closely related to the position in the matrix protein (BV), and the position in the matrix protein (BV) is related to the position in the matrix protein (BV). The position in the matrix protein (BV) is related to the position in the matrix protein (BV). The position in the matrix protein (BV) is related to the position in the matrix protein (BV). The position in the matrix protein (BV) is related to the position in the matrix protein (BV). Report on the relationship between the substrate BV and the transformation status The determination of visible UV absorption spectra of copper (I)-doped impurities and the calculation of TD-DFT are reported in this paper.

项目成果

Computational Perspectives of Non-covalent Interactions in Transition Metal- and Enzyme-catalyzed Reactions

过渡金属和酶催化反应中非共价相互作用的计算视角

• 发表时间: 2021
• 作者: Yamamoto Koji;Imai Wakana;Kanamori Satoki;Yamamoto Koji;Nakamura Yosuke;森 聖治
• 通讯作者: 森 聖治

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Experimental and theoretical studies of the rhodium(i)-catalysed C-H oxidative alkenylation/cyclization of N-(2-(methylthio)phenyl)benzamides with maleimides

• DOI: 10.1039/d3qo00023k
• 发表时间: 2023-02-13
• 期刊: ORGANIC CHEMISTRY FRONTIERS
• 影响因子: 5.4
• 作者: Skhiri，Aymen;Taborosi，Attila;Chatani，Naoto
• 通讯作者: Chatani，Naoto

Non-innocent redox behavior of CuII-pi-dimethylaminophenolate complexes: formation and characterization of the CuI-phenoxyl radical species

CuII-pi-二甲基氨基苯酚络合物的非无害氧化还原行为：CuI-苯氧基自由基物种的形成和表征

• DOI: 10.1039/d2cc01409b
• 发表时间: 2022
• 期刊: Chemical Communications
• 影响因子: 4.9
• 作者: Shima Yuto;Suzuki Takashi;Abe Hitoshi;Yajima Tatsuo;Mori Seiji;Shimazaki Yuichi
• 通讯作者: Shimazaki Yuichi

パラジウム触媒による[3+2]環化付加反応を含むベンジル及びメタ炭素-水素結合活性化反応に関する理論的研究

钯催化[3+2]环加成反应等苄基和间位碳氢键活化反应的理论研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 吉元 理江;Attila Taborosi;Qiyuan He;阿野 勇介;茶谷 直人;森 聖治
• 通讯作者: 森 聖治