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あることを明らかにした ( 雑誌論文 3) チャート 1 Compounds 1 10 生成要因や安定性を含めた特性解明 QTAIM-DFA を用いて 1 E(CH 2 CH 2 CH 2 ) 2 2 E (10: 1 E, 2 E = (O), S, Se, and Te) とそれらのラジカルカチオン (10 + ) およびジカチオン (10 2+ ) との付加体 11 + および 11 2+ における 1 E 2 E および 1 E 1' E 相互作用を 静的 動的挙動の両面から解析した 11 + および 11 2+ は それぞれ拡張超原子価結合 2' E-- 1' E-- 1 E-- 2 E 4c 7e 4c 6e を有し これらの相互作用の解明は大変興味深い 11 2+ における QTAIM-DFA プロットを図 5 に示した 11g 2+ の両 O-*-O 相互作用は van der Waals 力程度であり 11h 2+ の内側の S-*-S 11i 2+ と 11b 2+ の内側の Se-*-Se 11j 2+ 11c 2+ 11e 2+ 11f 2+ の内側の Te-*-Te 相互作用は 弱い共有結合程度であった その他の相互作用は 電荷移動型であった ( 雑誌論文 2,10) カルコゲン - カルコゲン結合は医薬や生化学等 幅広い分野で重要な役割を果たしている HEE'H (7) MeEE'Me (8) cyclo-1,2- EE'(CH 2 ) 3 (9) について種々の電子状態における E-E' 結合の挙動を QTAIM-DFA を用い 解析 評価 分類した ( 雑誌論文 14) QTAIM-DFA を適用して ベンゼン π 系における X-H---π 型水素結合の動的および静的挙動について研究を行った ( 図 3 参照 ) 図 4 に示したようにこれらの相互作用は pure-closed shell として分類され vdw 力程度であった ( 雑誌論文 6,9Inside Cover にも採用,11) ナフタレン系 アントラセン系についても研究を行った ( 雑誌論文 8) 図 5 Plots of H b (r c ) versus H b (r c ) V b (r c )/2 for E-*-E in 11 2+. 図 3 Some X-H---π interactions in benzene π-system (a), molecular graph for F-H-*-π (C 6 H 6 )(b), and HO-H-*-π(C 6 H 6 )(c). H b (r c ) (au) カルコゲン結合を含んだタンパク質などの生体分子は様々な役割を果たす 一例として ジスルフィド結合を有するグルタチオンジスルフィドは 細胞内において反応性に富んだ有害な活性酸素種を無害化する反応サイクルに欠かせない さらに 生体内で必須の微量元素であるセレンを含むセレノシスチンなどのジセレニド結合を有する分子の生体内における機能にも大きな関心が集められている そこで ナフタレンの 1,8- 位における Z 4 4c 6e 相互作用 ( チャート 2) に関して QTAIM-DFA を中心として理論解析を行った π π π π π π π π π チャート 2 Compounds 12 14 H b (r c ) V b (r c )/2 (au) 図 4 Plots of H b (r c ) versus H b (r c ) V b (r c )/2 for various X-H---π(C 6 H 4 ). (2) 超原子価結合および拡張超原子価結合の 図 6 Observed and optimized structures of 13 with the results of QTAIM analysis.

計算結果は X 線結晶構造解析で観測された Se---Se 間距離を大変良く再現し QTAIM-DFA では Se---Se および 2 H---H 2' 間の相互作用を含み 期待される全ての BCP が検出された ( 図 6 参照 ) 13 の Se- -Se 結合は 12 の S- -S 結合よりも弱く 13 の Se-- --Se 相互作用は 12 の S-- --S 相互作用よりも強いことを明らかにした ( 雑誌論文 5) さらにナフタレンの 1,8- 位における Z 2 X 2 4c 6e 相互作用や R-Cystine およびその誘導体についても QTAIM-DFA を中心として理論解析を行った ( 雑誌論文 1,13) (3) 精密 X 線構造解析等と連携して 弱い相互作用の電子状態を理論と実験の両面からの解析 解明イギリスの Southampton 大学の Simon Coles 教授 (Director, UK National Crystallography Service) らの協力を得て 化合物 12 とその関連化合物の精密 X 線構造解析を行った 現在報文にまとめているところである (4) その他 QTAIM-DFA を適用して相互作用の動的特性の解析する際 着目する相互作用の周辺からの影響を取り除いた ( いわば絶対的な値として ) 形で相互作用の動的特性が解析できる新規摂動構造の作成法に取り組んだ 実際には Compliant force constants に対応する基準座標 (CIV) を用いて作成した摂動構造がこの目的を果たすために有効に機能すると考え 新規摂動構造の作成のため プログラムを工夫し 実証を行った データの打ち出し段階でプログラムに工夫を加える必要があり 時間は要したが うまく行えた 操作性の容易さ等の微妙な調整を行っている QTAIM-DFA を適応し ほぼ満足いく成果が得られ 現在報文にまとめているところである QTAIM-DFA を実験化学者が用いて 自らの測定結果を自身のイメージで解析し かつ化学者の要請を満たすことが考慮できた大きな成果が得られたが 汎用性や簡易性という点ではもう少し研究が必要である 5. 主な発表論文等 雑誌論文 ( 計 14 件 ) 1Yutaka Tsubomoto, Satoko Hayashi, Waro Nakanishi, Takahiro Sasamori, and Norihiro Tokitoh, Nature of E 2 X 2 σ(4c- 6e) of the X---E-E---X type at naphthalene 1,8-positions and model, elucidated by X-ray crystallographic analysis and QC calculations with QTAIM approach, Acta Crystallographica Section B, 査読有, B73, 2017, 265-275 DOI: org/10.1107/s205252061700364x 2 Satoko Hayashi, Kengo Nagata, Shota Otsuki, and Waro Nakanishi, Linear Four-Chalcogen Interactions in Radical Cationic and Dicationic Dimers of 1,5- (Dichalcogena)canes: Nature of the Interactions Elucidated by QTAIM Dual Functional Analysis with QC Calculations, J. Phys. Chem. A, 査読有, 121, 2017, 2482-2496 DOI: 10.1021/acs.jpca.7b00667 3 Kohei Matsuiwa, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, Dynamic and Static Behavior of Intramolecular π π Interactions in [2.2]- and [3.3]Cyclophanes, Elucidated by QTAIM Dual Functional Analysis with QC Calculations, ChemistrySelect, 査読有, 2, 2017, 1774-1782 DOI: 10.1002/slct.201602047 4 Kohei Matsuiwa, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, Behavior of Intramolecular π-π Interactions with Doubly Degenerated Bond Paths Between Carbon Atoms in Opposite Benzene Rings of Diethenodihydronaphthalenes by QTAIM Approach, ChemistrySelect, 査読有, 2, 2017, 90-100 DOI: 10.1002/slct.201601494 5Waro Nakanishi, Yutaka Tsubomoto, and Satoko Hayashi, Nature of S 2 Se 2 σ(4c 6e) at naphthalene 1,8-positions and models, elucidated by QTAIM dual functional analysis, RSC Advances, 査読有, 6, 2016, 93195 93204 DOI: 10.1039/c6ra17767k 6Yuji Sugibayashi, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, Behavior of Halogen Bonds of the Y-X---π Type (X, Y = F, Cl, Br, I) in Benzene π System, Elucidated by Using a Quantum Theory of Atoms in Molecules Dual-Functional Analysis, Chem. Phys. Chem., 査読有, 17, 2016, 2579 2589 DOI: 10.1002/cphc.201600227 7 Kohei Matsuiwa, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, Intramolecular π π Interactions in Diethanodihydronaphthalene and Derivatives: Dynamic and Static Behavior of the Interactions Elucidated by QTAIM Dual Functional Analysis, ChemistrySelect, 査読有, 1, 2016, 2344 2353 DOI: org/10.1002/slct.201600429 8Satoko Hayashi, Yuji Sugibayashi, and Waro Nakanishi, Quantum chemical calculations with the AIM approach applied to the π-interactions between hydrogen chalcogenides and naphthalene, RSC Advances, 査読有, 6, 2016, 49651 49660 DOI: 10.1039/c6ra04738f 9Satoko Hayashi, Yuji Sugibayashi, and Waro Nakanishi, Dynamic and static behavior of the H---π and E---π interactions in EH 2 adducts of benzene π-system (E = O, S, Se and Te), elucidated by QTAIM dual functional analysis, PhysChemChemPhys, 査読有, 18, 2016, 9948 9960, Inside Cover にも採用さ

れた DOI: 10.1039/c5cp06062a 10Satoko Hayashi, Kohei Matsuiwa, Nozomu Nishizawa, and Waro Nakanishi, Transannular E---E' Interactions in Neutral, Radical Cationic, and Dicationic Forms of cyclo-[e(ch 2 CH 2 - CH 2 ) 2 E'] (E, E' = S, Se, Te, and O) with Structural Feature: Dynamic and Static Behavior of E---E' Elucidated by QTAIM Dual Functional Analysis, J. Org. Chem., 査読有, 81, 2016, 11963 11976 DOI: 10.1021/acs.joc.5b01794 11Yuji Sugibayashi, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, Dynamic and static behavior of hydrogen bonds of the X H π type (X = F, Cl, Br, I, RO and RR'N; R, R' = H or Me) in the benzene π-system, elucidated by QTAIM dual functional analysis, PhysChemChemPhys, 査読有, 17, 2015, 28879 28891 DOI: 10.1039/C5CP04885K 12Satoko Hayashi and Waro Nakanishi, AIM 二元関数解析の基礎概念と応用 : 相互作用に関連した実験結果のよりよい理解と説明のために, 有機合成化学協会誌, 査読有, 73, 2015, 39 52 DOI: org/10.5059/yukigoseikyokaishi.73.39 13Yutaka Tsubomoto, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, Dynamic and static behavior of the E E' bonds (E, E' = S and Se) in cystine and derivatives, elucidated by AIM dual functional analysis, RSC Advances, 査読有, 4, 2014, 44795 44810 DOI: 10.1039/C4RA13276A 14Satoko Hayashi, Kohei Matsuiwa, Hiroaki Miza, and Waro Nakanishi, Dynamic and Static Behavior of E E' Bonds in Neutral and Charged Forms of HEE'H, MeEE'Me, and Cyclo-1,2-EE'(CH 2 ) 3 (E, E' = O, S, Se, and Te) Elucidated by AIM Dual Functional Analysis, Heteroatom Chemistry, 査読有, 25, 2014, 449 472 DOI: 10.1002/hc.21194 学会発表 ( 計 25 件 ) 1 中西和郎 林聡子, QTAIM2 元関数解析法の新展開 : コンプライアンスフォースコンスタント由来の内部振動座標を用いた摂動構造の適用, 第 43 回有機典型元素化学討論会, O-31, 2016.12.8-10, 仙台市民会館 ( 宮城 ) 2 坪本裕 林聡子 中西和郎, QTAIM2 元関数解析法によるナフタレン 1,8- 位およびそのモデルに組み込まれた S 2 Se 2 σ(4c 6e) 相互作用の解析 評価および分類, 第 43 回有機典型元素化学討論会, P-70, 2016.12.8-10, 仙台市民会館 ( 宮城 ) 3 Waro Nakanishi, Satoko Hayashi, and Yutaka Tsubomoto, Behavior of Extended Hypervalent σ(4c-6e) Interactions Containing Halogen Atoms, Elucidated with QTAIM Dual Functional Analysis, 2nd International Symposium on Halogen Bonding (ISXB2), OC21, 2016.6.6-10, Gothenburg (Sweden). 4Satoko Hayashi, Yuji Sugibayashi, and Waro Nakanishi, Halogen Bonds of the n σ* Type versus Conventional Hydrogen Bonds: Behavior of the XB and HB Interactions Elucidated with QTAIM-DFA, 2nd International Symposium on Halogen Bonding (ISXB2), PO26, 2016.6.6-10, Gothenburg (Sweden). 5Yutaka Tsubomoto, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, Behavior of the E E' Bonds (E, E' = S and Se) in Cystine, Glutathione, and the Derivatives, Elucidated by AIM Dual Functional Analysis, 5th Workshop of Selenium and Sulfur Redox and Catalysis (WSeS-5), L04, 2016.5.21, Tokai University (Hiratsuka, Japan). 6 Satoko Hayashi and Waro Nakanishi, Behavior of the E E' Bonds (E, E = S, Se, and Te) in HE-*-E'H and MeE-*-E'Me', Elucidated by AIM Dual Functional Analysis, 5th Workshop of Selenium and Sulfur Redox and Catalysis (WSeS-5), P02, 2016.5.21, Tokai University (Hiratsuka, Japan). 7 坪本裕 林聡子 中西和郎, グルタチオンジカルコゲニドの配座解析とカルコゲン - カルコゲン相互作用の挙動解明, 日本化学会第 96 春季年会, 2F1-19, 2016.3.24-27, 同志社大学京田辺キャンパス ( 京都 ) 8 井上宗之 林聡子 中西和郎, ベンゼンの 1,2- 位におけるチオ基間の非結合相互作用, 日本化学会第 96 春季年会, 3PC-063, 2016.3.24-27, 同志社大学京田辺キャンパス ( 京都 ) 9 杉林祐至 林聡子 中西和郎, AIM 二元関数解析法によるベンゼン π 系における H- H---π 型水素結合の動的および静的挙動の解明, 第 42 回有機典型元素化学討論会, O- 31, 2015.12.3-5, 名古屋大学野依記念学術交流館 ( 愛知 ) 10 大槻昭太 永田健吾 西澤望 林聡子 中西和郎, AIM 二元関数解析法による 1,5-( ジカルコゲナ ) カンのモノおよびジカチオン二量体におけるカルコゲン - カルコゲン相互作用の挙動解明, 3C09, 2015.9.24-26, 愛媛大学 松山大学 ( 愛媛 ) 11Yuji Sugibayashi, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, DYNAMIC AND STATIC BEHAVIOR OF HALOGEN BONDS OF THE Y-X-- -π TYPE (X, Y = F, Cl, Br AND I) IN BENZENE AND OTHER π-systems, ELUCIDATED BY AIM-DFA, The 7th International Meeting on Halogen Chemistry (HALCHEM VII), L-03, 2015.9.3-6, CZESTOCHOWA (Poland).

12Satoko Hayashi, Yuji Sugibayashi, and Waro Nakanishi, DYNAMIC AND STATIC BEHAVIOR OF HYRDOGEN BONDS OF THE X-H- --π TYPE (X = F, Cl, Br, I, RO-H AND RR N-H; R, R = H AND/OR Me) IN BENZENE π-system, ELUCIDATED BY AIM- DFA, The 7th International Meeting on Halogen Chemistry (HALCHEM VII), P-16, 2015.9.3-6, CZESTOCHOWA (Poland). 13 Waro Nakanishi, Kohei Matsuiwa, and Satoko Hayashi, BEHAVIOR OF HYDROGEN BONDS FROM PURE CLOSED SHELL TO SHARED SHELL INTERACTION REGIONS, ELUCIDATED BY AIM-DFA, The 11th International (ICHAC-11), KN16-70, 2015.6.14-19, Caen 14 Nozomu Nishizawa, Kohei Matsuiwa, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, BEHAVIOR OF E---E INTERACTIONS IN NEUTRAL AND CHARGED 1,5- (DICHALCOGENA)CANES, ELUCIDATED BY AIM- DFA, The 11th International Conference on Heteroatom Chemistry (ICHAC-11), P14, 2015.6.14-19, Caen 15Yuji Sugibayashi, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, DYNAMIC BEHAVIOR OF THE Y-X---π INTERACTIONS (X, Y = F, Cl, Br, AND I) IN BENZENE π SYSTEM, ELUCIDATED BY AIM-DFA, The 11th International (ICHAC-11), P15, 2015.6.14-19, Caen 16Kengo Nagata, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, BEHAVIOR OF E---E' IN DICATIONIC OLIGOMERS OF CYCLO- E(CH 2 CH 2 CH 2 ) 2 E' (E, E' = S, Se, AND Te) ELUCIDATED BY AIM-DFA, The 11th International Conference on Heteroatom Chemistry (ICHAC-11), P16, 2015.6.14-19, Caen 17Shota Otsuki, Kohei Matsuiwa, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, BEHAVIOR OF LINEAT 1 E--- 2 E INTERACTIONS IN MONO- AND DI-CATIONIC DIMERS OF 1,5- (DICHALCOGENA)CANES: THEORETICAL INVESTIGATIONS, The 11th International (ICHAC-11), P17, 2015.6.14-19, Caen 18 Yutaka Tsubomoto, Yoshiyuki Nagano, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, EXTENDED HYPERVALENT Se 4 4c 6e INTERACTIONS IN BENZENE AND NAPHTHALENE SYSTEMS, The 11th International (ICHAC-11), P25, 2015.6.14-19, Caen 19 Kengo Isoda, Kohei Matsuiwa, Satoko Hayashi,and Waro Nakanishi, BEHAVIOR OF E---E IN NEUTRAL AND CHARGED FORMS OF CYCLO-1,2-EE (CH 2 ) 3 (E, E = O, S, Se, AND Te), ELUCIDATED BY AIM-DFA, The 11th International Conference on Heteroatom Chemistry (ICHAC-11), P27, 2015.6.14-19, Caen 20 松尾力 林聡子 中西和郎, セレン原子の関与する拡張超原子価結合にジアセチレンを介在させた多原子直線状結合系の構築, 日本化学会第 95 春季年会, 3-PC-112, 2015.3.26-29, 日本大学 ( 千葉 ) 21榎川和紘 林聡子 中西和郎, 拡張超原子価を有するアントラキノニルスルフェニルハライドの合成, 第 41 回有機典型元素化学討論会, P-32, 2014.11.27-29, 宇部市文化会館 ( 山口 ) 22 Waro Nakanishi and Satoko Hayashi, Behavior of Linear I-I-X - and X-I-I-X 2- (X = I, Br, Cl) Anions in the Cavity of Me 3 N + (CH 2 ) 6 N + Me 3 : Theoretical Investigations, 1st International Symposium on Halogen Bonding (ISXB-1), OC5, 2014.6.18-22, Porto Cesareo (Lecce, Italy). 23 Kengo Isoda, Satoko Hayashi, Taiki Uenaka, Katsumi Maeda, and Waro Nakanishi, Linear Interaction of Seven Se 2 Br 5 Atoms in Bromine Adduct of Selenanthrene: Formation and the Nature of Se 2 Br 5 7c-10e, 1st International Symposium on Halogen Bonding (ISXB-1), PO23, 2014.6.18-22, Porto Cesareo (Lecce, Italy). 24 Yuji Sugibayashi, Takatsugu Kushiro, Yoshiyuki Nagano, Satoko Hayashi, and Waro Nakanishi, Dynamic Behavior of Interactions Containing Halogens: Influence from Surroundings Elucidated by AIM Dual Functional Analysis, 1st International Symposium on Halogen Bonding (ISXB-1), PO47, 2014.6.18-22, Porto Cesareo (Lecce, Italy). 25 Yutaka Tsubomoto, Satoko Hayashi, Ryota Yoshioka, and Waro Nakanishi, Molecular Bromine Inclusion in Selenanthrene Dibromides: Formation and the Nature of Neutral Br4 4c-6e, 1st International Symposium on Halogen Bonding (ISXB-1), OC5, 2014.6.18-22, Porto Cesareo (Lecce, Italy). 6. 研究組織 (1) 研究代表者中西和郎 (NAKANISHI Waro) 和歌山大学 学内共同利用施設等 名誉教授研究者番号 :80110807 (2) 研究分担者林聡子 (HAYASHI Satoko) 和歌山大学 システム工学部 准教授研究者番号 :00294306