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Jul 23, 2023

水のダイナミクスと構造を解明する

2023 年 8 月 23 日 この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされました。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

2023 年 8 月 23 日

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千葉大学による

ランタニド含有錯体は、高度な核燃料処理や医療画像処理にとって重要な化合物です。 さらに、それらは多くの場合、実用的な用途にユニークな特性を与える興味深い対称的な結晶構造と関連するダイナミクスを持っています。 7 配位ランタニド錯体 Ho(III) アクア-トリス(ジベンゾイルメタン) または Ho-(DBM)3・H2O は、1960 年代後半に初めて報告されました。

3 つのプロペラ型のジベンゾイルメタン (DBM) 配位子の中心にホルミウム (Ho) があり、その配位子に水 (H2O) 分子が水素結合した三重対称構造を持っています。 残念ながら、このようなランタニド錯体の分子動力学 (MD) の理解は、古典的な MD フレームワークを使用してそれらの相互作用を記述する際の課題により限られています。

これをきっかけに、大久保隆弘准教授率いる千葉大学大学院工学研究科の研究チームは、Ho-(DBM)3・H2O錯体の構造とダイナミクスを解明することにした。 この研究は Inorganic Chemistry に掲載され、桝 氷馬准教授、岸川 圭樹 教授、郡 通成准教授の共著です。

「水分子と Ho を取り囲む配位子との間の水素結合は、新しいランタニド錯体の対称構造の形成に重要な役割を果たしていると考えられています。その単結晶とバルクサンプルを合成した後、次の論理的なステップはこの錯体をモデル化することでした」この仮説を検証し、その構造とダイナミクスを理解するためです」と大久保博士は説明します。

Ho などのランタニド金属の相互作用を十分に記述する際の既存の一般的な力場 (原子間力を推定するために使用される関数形式) の欠点を考慮して、研究者らは Ho-( DBM)3・H2O複合体。 彼らは、平面波擬ポテンシャル法に基づく非経験計算を使用して構造最適化とMDステップを実行し、力場の展開のためのトレーニングデータを作成しました。

さらに、チームはシミュレーション用に力場パラメータを調整し、非経験的計算から得られたデータを再現しました。 彼らは、実験的な結晶構造情報と理論的な非経験的データの両方を使用して、このようにして得られた新しい力場を検証しました。 新しい力場パラメーターを使用して計算された Ho 周囲の格子定数と原子間距離は、単結晶 X 線回折の観察とよく一致することがわかりました。

Ho-(DBM)3・H2O錯体中の水の振動特性を調べ、それらをバルク液体水のものと比較したところ、錯体中の水の振動運動には特徴的なモードがあることが観察されました。

それは、Ho-(DBM)3・H2O の c 軸に沿った定常回転運動から始まりました。 注目すべきことに、7配位ランタニド錯体における寿命を含む水の水素結合力学は、遊離運動や往復運動を除けば、バルク水の水素結合力学と非常によく似ている。 この斬新な発見は、基本的な予想に反しています。

要約すると、古典的 MD 検査のための力場パラメータを開発するこの革新的な戦略は、Ho-(DBM)3・H2O などの錯体における水力学の役割を明らかにします。 大久保博士は次のように説明しています。「このアプローチは、ランタニドと水の金属錯体、および高い配位数を持つアクチニド金属の性質を理解するのに役立ちました。将来的には、この戦略は、あらゆる金属錯体の正確な分子シミュレーションと予測への道を開く可能性があります。」その構造とダイナミクスについて。」