計算化学

弊社の業務に関連し、弊社技術者が関わった論文や研究発表等の一部を紹介いたします。

公表論文

1.

”Reaction Mechanism of Monomeric Sarcosine Oxidase with N-Cyclopropylglycine”,Physical Chemistry Chemical Physics

Mitsuo Shoji, Yukihiro Abe, Mauro Boero, Yasuteru Shigeta and Yoshiaki Nishiya, 2020, 22, 16552-16561.

https://doi.org/10.1039/D0CP01679A

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サルコシン酸化酵素は血液中のクレアチニン量を測定することによる肝臓機能 の診断薬として臨床検査で広く利用されている。
本研究では、このサルコシン酸化酵素と基質 Ncyclopropylglycine との反応経路を分子動力学(MD)シミュレーションと量子化学計算 QM/MM法を組み合わせて計算することにより明らかにした。
その結果、反応機構は従来考えれていた一電子移動機構ではなく、 Polor機構であることが明かになった。さらに実験的に推定されていた反応中間体の構造を明確にした。これにより、この酵素の基質の種類による反応経路の多様さの説明に成功した。

2.

Modeling Intermolecular and Intramolecular Modes of Liquid Water Using Multiple Heat Baths: Machine Learning Approach

Seiji Ueno and Yoshitaka Tanimura, J. Chem. Theory Comput. 2020, 16, 4, 2099-2108.

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水の液相について、分子内振動と熱浴の相互作用をモデル化し、機械学習の手法によりモデルのパラメータを決定しました。これにより、分子内振動のエネルギー緩和の経路を明らかにしました。

3.

Highly Planar and Completely Insulated Oligothiophenes: Effects of pi-Conjugation on Hopping Charge Transport

Yutaka Ie, Yuji Okamoto, Takuya Inoue, Saori Tone, Takuji Seo, Yasushi Honda, Shoji Tanaka, See Kei Lee, Tatsuhiko Ohto, Ryo Yamada, Hirokazu Tada, & Yoshio Aso, J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 3197.

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b00747

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π共役分子における長距離分子内電荷輸送の効率と分子構造の関係について報告した論文です。 当社社員(Y. H.)は、ホッピング輸送過程における活性化エネルギーの計算に寄与しました。

4.

Brønsted Acid-Initiated Formal [1,3]-Rearrangement Dictated by beta-Substituted Ene-Aldimines

Chanantida Jongwohan, Yasushi Honda, Toshiyasu Suzuki, Takeshi Fujinami, Kiyohiro Adachi, & Norie Momiyama, Org. Lett. 2019, 21, 4991.

https://doi.org/10.1021/acs.orglett.9b01533

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新規有機化学反応であるエン-アルジミンの形式的[1,3]-転位反応について報告した論文です。当社社員(Y. H.)は、当該反応の反応経路計算全般に寄与しました。

5.

ABINIT-MP Openシリーズの最新の開発状況について

望月 祐志、秋永 宜伸、坂倉 耕太、渡邊 啓正、加藤 幸一郎、渡辺 尚貴、奥脇 弘次、中野 達也、福澤 薫, Journal of Computer Chemistry, Japan、2019年、18巻3号、pp.129-131.

https://doi.org/10.2477/jccj.2019-0016

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フラグメント分子軌道法（FMO）計算用のABINIT-MPという独自プログラムを開発している。相互作用分析のためのさまざまな機能、たとえば PIEDA（対相互作用エネルギー分解分析）は、ABINIT-MP Openシリーズ Ver.1 の Rev.10 および Rev.15 で拡張された。本稿では、このような新機能について簡単に説明している。

6.

FMOプログラムABINIT-MPのOakforest-PACS上での多層並列化と性能評価

渡邊 啓正、佐藤 伸哉、坂倉 耕太、齊藤 天菜、望月 祐志, Journal of Computer Chemistry, Japan、2018年、17巻3号、pp.147-149.

https://doi.org/10.2477/jccj.2018-0023

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Oakforest-PACS（OFP）システムは、IntelのKnights Landing（KNL）プロセッサーを搭載したメニーコアタイプのスーパーコンピューターである。本稿では、OFPシステムでの（最近3階層並列化が行われた）ABINIT-MPプログラムを使用したフラグメント分子軌道（FMO）計算のパフォーマンスを報告する。 KNLのHyperThreadingの影響についても取り上げている。

7.

The reaction mechanism of sarcosine oxidaseelucidated using FMO and QM/MM methods

Yukihiro Abe, Mitsuo Shoji, Yoshiaki Nishiya, Hiroshi Aiba,Takahide Kishimoto and Kazuo Kitaura, Phys.Chem.Chem.Phys.,2017, 19, 9811.

https://doi.org/10.1039/C6CP08172J

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サルコシンオキシダーゼの反応機構をQM/MM法およびFMO法で検討した。従来、1電子移動、ポーラー付加、ヒドリド移動等の機構が実験的に提唱されていた。本研究ではサルコシンの水素原子がヒドリド移動様にフラビンのN5原子上へ電子を1つ持って移動し、サルコシンのN原子とフラビンのC4a原子との間に軌道の重なりを通じてもう1電子が移動して反応が進むことを見出し、Hydrogen Coupled Electron Transfer機構と名付けた。

8.

FMOプログラムABINIT-MPの開発状況と機械学習との連携

望月 祐志、坂倉 耕太、秋永 宜伸、加藤 幸一郎、渡邊 啓正、沖山 佳生、中野 達也、古明地 勇人、奥沢 明、福澤 薫、田中 成典, Journal of Computer Chemistry, Japan、2017年、16巻5号、pp.119-122.

https://doi.org/10.2477/jccj.2017-0051

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フラグメント分子軌道法（FMO）計算用のABINIT-MPプログラムを開発している。フラグメント間相互作用エネルギー（IFIE）のリストはFMO計算から取得でき、特定のターゲットシステムでの相互作用の性質を分析するのに役立つ。 本稿では、ABINIT-MPの現在の状況と、IFIEデータの機械学習支援分析をまとめている。

9.

連成分子化学計算プラットフォームHybrid QM/MD Platformの開発 : 簡便でクラウドな分子化学シミュレーションシステムを目指して

矢城 陽一朗、森 義裕、渡邊 啓正, 岡山理科大学自然科学研究所研究報告、2014年、40号、pp.13-17.

https://ci.nii.ac.jp/naid/40020495743

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実験化学者や実験生化学者にとって使い勝手の良い分子化学計算システムの構築を目指して、「連成分子化学計算プラットフォーム」と銘打ったシステムを開発中である。このプラットフォームは、これまで著者らの研究室で行ってきた分子計算の手順に基づいて、分子計算の複雑な流れを、誰でも簡単にWebブラウザ経由で実行（分子の構築や計算設定と指示、および計算結果の表示と可視化）できるようにシステム化したものである。

10.

大並列計算向け低コストクラスタの提案

英 憲悦、渡邊 啓正、南本 和秀, 第28回日本シミュレーション学会大会発表論文集、2009年、pp.139-142.

https://ci.nii.ac.jp/naid/10025538306

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本稿では、低価格・低消費電力・小スペース・大規模のクラスタ計算機システムを提案している。さらに、いくつかの現実的なシミュレーションプログラムの性能スケーラビリティの結果によって、テストベッドとしてのサービス性も示している。