低次元ポテンシャルエネルギー面に基づく反応動力学解析法の開発と光化学反応への応用

基于低维势能面的反应动力学分析方法发展及其在光化学反应中的应用

• 批准号: 22K14640
• 负责人: 堤 拓朗
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14640/
• 关键词: ポテンシャルエネルギー曲面; 反応経路; 反応動力学; 次元縮約; 反応空間投影法; スチルベン; 光化学反応; 組み合わせ最適化; 励起状態

主要な反応解析理論である反応経路解析法と反応動力学解析法はポテンシャルエネルギー曲面（PES）を介して密接に関連している。本代表者はこれまでに、反応経路に沿った分子構造データから本質的な座標軸を抽出する反応空間投影法（ReSPer）を開発し、少数座標軸によって張られた低次元反応空間に基づいた反応動力学解析を展開してきたが、複数の反応素過程を含むPESの形状に基づいた反応解析理論は確立されていない。本研究課題では、ReSPerを拡張することで低次元PES構築法を開発する。本年度は、ReSPerにより求めた主座標軸を元の分子構造に逆変換する手法を開発し、これまでに解析した種々の化学反応に対して適用することで、その有効性や限界を検証した。従来、主座標軸の物理的意味を理解するためには、全自由度の構造変化と照らし合わせる必要があったが、本手法により、1つの主座標軸方向に沿った構造変化をアニメーションとして表現することが可能になった。また、本手法は低次元PES構築法の根幹をなす技術である。また、本年度はReSPerをスチルベンの光化学反応へ適用し、基底状態と励起状態のPESを同時に表現した「多状態エネルギー地形」を構築した。本研究では、スチルベンの競合する2つの光異性化反応に着目し、ππ*励起状態と基底状態における安定構造、遷移状態構造、反応経路を含むような低次元反応空間を構築した。さらに、第3軸としてポテンシャルエネルギー軸を追加することで多状態エネルギー地形を構築し、ππ*励起後の反応動力学を議論した。本年度では、これらの他に、組み合わせ最適化アルゴリズムを利用したReSPer法の高速化や複数の生成物が生じるペリ環状反応の動的反応機構解析にも取り組んだ。

The main analytical methods are inverse circuit analysis and inverse dynamics analysis. This paper represents the development of inverse space projection along the coordinate axes of molecular structure, and the establishment of inverse space analysis theory along the coordinate axes of molecular structure, and the expansion of inverse space in low-dimensional inverse space. This research topic is about the development of low dimensional PES construction method. This year, the method of molecular structure inverse transformation of the principal coordinate axis is developed, and the method of chemical reaction is applied. To understand the physical meaning of the main coordinate axis, the structural transformation of the full degree of freedom is necessary. The structural transformation of the main coordinate axis is possible. This method is based on the technique of constructing low-dimensional PES. This year, the application of photochemical reactions to the substrate and the PES in the excitation state are simultaneously performed in the construction of the "multi-state production topography." In this paper, we study the structure of optical anisotropy reflection space, ππ* excitation state, base state, stable structure, migration state structure, reflection path and low-dimensional reflection space. In addition, the third axis and the third axis are discussed in detail. This year, the optimization and combination of different types of reaction mechanisms using the ReSPer method are discussed.

项目成果

Multi-state Energy Landscape for Photoreaction of Stilbene and Dimethyl-stilbene

二苯乙烯和二甲基二苯乙烯光反应的多态能量景观

• DOI: 10.1021/acs.jctc.2c00560
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Chemical Theory and Computation
• 影响因子: 5.5
• 作者: Tsutsumi Takuro;Ono Yuriko;Taketsugu Tetsuya
• 通讯作者: Taketsugu Tetsuya

Reactive orbital energy theory serving a theoretical foundation for the electronic theory of organic chemistry

反应轨道能量理论为有机化学电子理论奠定了理论基础

• DOI: 10.1002/jcc.27017
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Computational Chemistry
• 影响因子: 3
• 作者: Tsuneda Takao;Sumitomo Hiroki;Hasebe Masatoshi;Tsutsumi Takuro;Taketsugu Tetsuya
• 通讯作者: Taketsugu Tetsuya

次元縮約法を用いた化学反応空間構築：主成分分析と古典的多次元尺度構成法の比較

使用降维方法构建化学反应空间：主成分分析与经典多维标度方法的比较

• 发表时间: 2022
• 作者: 堤 拓朗;小野 ゆり子;武次 徹也
• 通讯作者: 武次 徹也

反応空間投影法（ReSPer）：次元縮約反応空間に基づくトラジェクトリ解析

反应空间投影法（ReSPer）：基于降维反应空间的轨迹分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Oda Kohei;Tsutsumi Takuro;Keshavamurthy Srihari;Furuya Kenji;Armentrout P. B.;Taketsugu Tetsuya;堤 拓朗
• 通讯作者: 堤 拓朗

Time-Dependent Density Functional Theory: Nonadiabatic Molecular Dynamics

瞬态密度泛函理论：非绝热分子动力学

• 发表时间: 2023
• 作者: Tetsuya Taketsugu;Takuro Tsutsumi;Yu Harabuchi;Takao Tsuneda
• 通讯作者: Takao Tsuneda