地球規模のエネルギー問題を解決し、持続可能な脱炭素社会を実現する上で、エネルギーの貯蔵・変換効率化は重要な課題です。そのため、世界中で光触媒や太陽電池、化学エネルギー生産、代替エネルギーに至る広い分野に関連して、効率的な電子移動媒体に関する学術的・実用的な研究が展開されています。
『エネルギーをみんなに そしてクリーンに』
2015年に国連総会で採択された地球規模の持続可能な開発目標（SDGs：Sustainable Development Goals）では、温暖化対策を成長につなげるクリーンエネルギー戦略を策定しています。
当研究室では、この目標に向けて、効率的な電子移動・エネルギー移動に関する研究を展開し、次の分野で貢献することを目指しています。
- 電子移動触媒（Electron Transfer Catalyst）
- 生物模倣型電子移動補酵素（Biomimetic ET Coenzyme）
- 太陽光エネルギーの活用（Solar Power）
人工の電子移動媒体の中で、光合成中心を担うユビキノンの反応モデルのように、生物を模倣したQuinone―Hydroquinone（Q―H2Q）の酸化還元は、真に効率的なエネルギー変換を実装するための有望なメカニズムの一つです。他方、好気性生物は酸素分子（O2）を利用することで大きなエネルギーを生み出し、飛躍的な進化を遂げてきました。“生体内電子伝達系”では、キノイド系補酵素複合体を介し、食物を“燃す”ことなく、O2によって効率的に代謝・伝達してエネルギー源に変換しています。
O2は、電子（Ⅰ）とプロトン（Ⅱ）を受け取り最終的に水へと代謝される過程で、大きなエネルギー障壁を迎えます（Fig.1）。一般に障壁を超えるために投じられたエネルギーの大半は、仕事をすることなく熱として放出（燃す）されますが、生物はエネルギー障壁に存在する量子トンネル（反応経路の抜け道）を使い、エネルギーを無駄なく仕事量に変換することを得意としています。その反応の中核をなすキノイド―酸素化学種間のエネルギー移動は、理論上、最大のエネルギー効率を実現することのできる、最も期待される生物模倣型エネルギー変換手法であり、重要な研究対象であり続けています。
その中でも、酸素の一電子還元体であるsuperoxide radical anion（O2•−）と還元型キノンであるH2Qは、プロトン電子共役移動反応（proton-coupled electron transfer: PCET）のトンネル効果を介した効率的なエネルギー移動を実現することが明らかとなりつつあります。そこで当研究では、このO2•−－H2Q間のPCET反応を更に効率化する要素を明らかとし、エネルギー貯蔵・変換を担う電子移動触媒の開発のための知見を得ることを目的としています。
Home
Research FieldsElectrochemistry of O2酸素の電気化学Quantum Chemistry of Radicalラジカルの量子化学A...
続きを読む静電ポテンシャルを抑えたタンパク質溶解補助剤の開発
タンパク質治療薬（抗体、インスリン、酵素補充療法などを含む）の低溶解性・低安定性の克服が，現代の創薬研究における重要な課題のひとつになっている。しかし、複雑な構造を持つタンパク質...
続きを読むGaussian Tips
Keyword & Example (input file)OptFreqTSDFTB3LYPIRCGu...
続きを読むError List
Error United Atom Topological Model (UA0 parameters set). UA0: Hydrogen xx has 2 bonds. ...
続きを読む協奏的ET-PTを介したtocopherol類のスーパーオキサイド消去
二つのσ軌道プロトンがπ電子移動を制御するエネルギー境界線抗酸化ビタミンの一つであるVitamine E群は、生体内の脂質や細胞膜において健康上重要なラジカル消去機能を果...
続きを読むComputational environment
Cluster Linux Server当研究室では、Linux 上で構成されたLoad Sharing Facility （負荷分散機構 :LSF）を導入した計算環境を...
続きを読むElectrochemistry of dioxygen
Cyclicvoltammetry of O2/O2•− in aprotic solventFig.1. Cyclic voltammograms f...
続きを読むSitemap
[sitemap]
続きを読むプロトン電子共役移動反応（For SDGs）
地球規模のエネルギー問題を解決し、持続可能な脱炭素社会を実現する上で、エネルギーの貯蔵・変換効率化は重要な課題です。そのため、世界中で光触媒や太陽電池、化学エネルギー生産、代替エ...
続きを読む酸素の量子トンネルを使ったエネルギーの効率的な取り出し方
酸素とキノイド骨格間の協奏的PCET反応（concerted proton-coupled electron transfer: PCET）は、量子力学的にはトンネル効果（量子ト...
続きを読むPCET反応を介したMesalazineによるスーパーオキサイド消去
潰瘍性大腸炎およびクローン病は、大腸や消化管における非特異的炎症性腸疾患（Inflammatory bowel disease）であり、厚生労働省により難治性特定疾患（難病）に指...
続きを読むナフトキノン誘導体が活性酸素を生成するエネルギー境界線を解明
～二つのσ軌道プロトンがπ電子移動を制御するトンネル効果～還元型ナフトキノン（NQ）誘導体は、フェノール系抗酸化物質やビタミンK類など、多くの天然物に含まれる活性酸素消去...
続きを読むAprotic Electrochemistry
E-Chem cellFor electrochemical measurements in non-aqueous (aprotic) solutions, a two...
続きを読む研究テーマ Research
The Nakayama Group aims to develop a fundamental understanding of chemical reactions, esp...
続きを読むIn vivo metabolic mechanism of dioxygen
O2•−, which is generated by various factors in the living body, is a central substance of...
続きを読む専門分野・設備 Field
Electrochemistry (E-chem)Electrochemical cell/EC frontierElectrochemistry is the ...
続きを読むアビガンの活性酸素種による分解メカニズム
AbstractElectrochemical analyses aided by density functional theory calculation...
続きを読む置換基の誘起効果はProton-coupled electron transferを促進するのか？抑制するのか？
Figure 1. Six diabatic electronic states for PCET between O2•− and H2Qs involving one ET ...
続きを読むComputational Chemistry
当研究室では、化学実験と並んで、取得データの解析・理解に計算科学的手法（in silico）を用いています。数値データについて、数学的モデルとその定量的評価法を構築し、あるいは計...
続きを読む電気化学・量子化学計算の薬学応用（pharmaceutical）
生体内に取り込まれた医薬品の多くは、血液中に移行して患部や作用部位に運ばれ、薬効を果たし、或いは代謝分解され、体外に排出されます。この薬理作用や代謝は、体内酵素や細胞機能...
続きを読む中間体ラジカルの分解を防いだキノイド分子の創製
キノイド分子は、共役構造に基づく電子受容体として作用し、生物の電子移動補酵素として、或いは化学原料として知られている。例えば、ユビキノン（英: ubiquinone, 略...
続きを読む抗酸化物質による活性酸素消去機構
抗酸化物質による活性酸素消去に関する研究は、古く1800年代から現在に至るまで展開されています。近年は特に癌や生活習慣病の原因化学種として活性酸素種（Reactive Oxyge...
続きを読む担当講義 Class
情報処理基礎実習1回生 前期毎週 月・木 3-4限三田洞キャンパス 4F 村山記念情報センター講義ノート 学内専用（G Su...
続きを読むお問い合わせ
[contact-form-7 id="1234" title="コンタクトフォーム 1"]
続きを読むタンパク質内部構造酸化と立体構造破綻
概要（Oxidation of internal bonds of proteins）『タンパク質の老化』を防ぐことが様々な老齢性脳疾患の治療薬開発に繋がるという信念の元...
続きを読む直交π平面を有するフェノール類のプロトン電子共役移動反応の磁場制御
プロトン電子共役移動反応(Proton-Coupled Electron Transfer : 以下 PCET)は、ポリフェノール類やビタミン類による抗酸化メカニズムであり、熱力...
続きを読むポリフェノール類の活性酸素消去メカニズム
ポリフェノール性抗酸化物質による活性酸素消去に関する研究は、古く1800年代から現在に至るまで展開されています。近年は特に癌や生活習慣病の原因化学種として活性酸素種（Reacti...
続きを読む技術情報 Note
当研究室で利用している各種ツールについて、備忘録として情報を書き留めています。Linux distributionCentOSGaussian 16...
続きを読むPublications
Electronic Inductive and Resonance Effects of Substituents on Concerted Two-proton-coupl...
続きを読むアクセス Access
Gifu Pharmaceutical Univsersity 〒501-1196 1-25-4, daigaku-nishi, Gifu, Japan 058-230-...
続きを読むリンク Link
Related Institutions[browser-shot url="https://www.gifu-pu.ac.jp/kiki/"...
続きを読む医薬品・栄養素等の酸化分解メカニズム
医薬品や健康機能食品、食事から摂取する栄養素は、生体内で作用・吸収されるまでに代謝されて分解し、機能性を発揮するまでに有効濃度が低下してしまいます。この代謝機構は、消化器...
続きを読むキノン類の酸化還元特性が制御する抗癌活性（Ferroptosis）
アントラサイクリン系抗生物質（anthracycline antibiotics）は、がん化学療法に用いられる薬剤の一群であり、三つの作用機序 *1-3 によって多くの種類のがん...
続きを読む
