Development of Intramolecular Polarization Determination Method Using Electron Scattering and Quantum Chemical Calculations

利用电子散射和量子化学计算开发分子内极化测定方法

基本信息

批准号：
22K19296
负责人：
安永卓生
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

結晶構造解析の手法として、Ｘ線結晶構造解析が広く用いられてきた。電子線結晶構造解析は，これまで試料損傷、傾斜角の制限、ドリフトなどの問題からあまり用いられて来なかった。近年、micrcoEDという低電子線量で行う、試料損傷を押さえて、小さい結晶から構造解析する手法が注目されている。microEDなどの電子線回折を用いた結晶構造解析では、一般的に、構造精密化を行う際にＸ線結晶構造解析に用いるプログラムを流用している場合が多い。しかし、Ｘ線回折では光子が試料の電子雲と相互作用することから、解析の結果として電子密度が得られるのに対して、電子線回折では、照射電子は試料の原子核や電子の分布由来のクーロン力と相互作用し、回折からは静電ポテンシャルが得られることになる。このとき、静電ポテンシャルは試料の電子状態をより反映してくるため、Ｘ線では考慮されない電子状態を考慮した構造精密化が可能である。本研究では、アセトアミノフェンをテスト試料として、microED・電子線回折法において、量子化学計算を用いて電子状態を考慮した構造精密化手法を提案し、電子状態の解明を目的とした。ここまでの研究成果として、電子密度及び静電ポテンシャルから，Ｒ因子をもとに比較することで、電子回折を利用した構造解析では、電子状態をより反映する静電ポテンシャルで行われるべきであることを示唆した。さらに、Ｘ線用アルゴリズムで精密化したモデルを初期モデルとして、水素分子の位置や強度補正などのモデル更新を行い、Ｒ因子から、構造信頼性が向上が示された。また、精密化構造から対象分子が持つ電子状態が示すことに成功している。本研究は、電子回折を用いた構造解析の精密化において、量子化学の情報を加え、信頼性の高い構造を計算する手法であり、物質の構造及び反応性をより詳細に提供し、生化学研究や創薬分野に対して貢献できる。

X射线晶体学已被广泛用作晶体学分析的方法。到目前为止，由于样品损伤，倾斜角度限制和漂移等问题，电子束晶体结构分析尚未被太多使用。近年来，Microcoed是一种使用低电子束剂量的技术，该技术使用小晶体来分析结构，抑制样品损伤并防止小晶体的结构损害。在使用电子衍射（例如微型）的晶体结构分析中，在执行结构细化时通常使用用于X射线晶体结构分析的程序。然而，在X射线衍射中，光子与样品的电子云相互作用，导致电子密度，而在电子衍射中，辐照电子与源自原子核和样品的电子分布得出的库仑力相互作用，并从衍射中获得了静电电位。目前，静电电势更多地反映了样品的电子状态，因此，可以考虑到X射线未考虑的电子状态，可以完善结构。在这项研究中，使用对乙酰氨基酚作为测试样品，我们提出了一种结构改进方法，该方法使用微型/电子衍射法中的量子化学计算考虑了电子状态，并旨在阐明电子状态。由于研究结果到目前为止，基于R因子的电子密度和静电势比较了使用电子衍射的结构分析，应使用更反映电子状态的静电势进行。此外，使用用X射线算法完善的模型作为初始模型，模型更新（例如氢分子的位置和强度校正），而R因子显示结构可靠性得到了提高。此外，靶分子的电子状态已从精制的结构中成功显示出来。这项研究是一种通过添加量子化学信息来使用电子衍射来完善结构分析，提供更详细的结构和物质的反应性，从而有可能为生化研究和药物发现领域做出贡献，从而计算高度可靠的结构。