Systematic exploration of the mechanism of chemical reactions: the global reaction route mapping (GRRM) strategy using the ADDF and AFIR methods

文献情報

出版日 2013-01-14
DOI 10.1039/C3CP44063J
インパクトファクター 3.676
著者

Satoshi Maeda, Koichi Ohno


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要旨

Global reaction route mapping (GRRM), a fully-automated search for all important reaction pathways relevant to a given purpose, on the basis of quantum chemical calculations enables systematic elucidation of complex chemical reaction mechanisms. However, GRRM had previously been limited to very simple systems. This is mainly because such calculations are highly demanding even in small systems when a brute-force sampling is considered. Hence, we have developed two independent but complementary methods: anharmonic downward distortion following (ADDF) and artificial force induced reaction (AFIR) methods. ADDF can follow reaction pathways starting from local minima on the potential energy surface (PES) toward transition structures (TSs) and dissociation channels. AFIR can find pathways starting from two or more reactants toward TSs for their associative reactions. In other words, ADDF searches for A → X type isomerization and A → X + Y type dissociation pathways, whereas AFIR finds A + B → X (+ Y) type associative pathways. Both follow special paths called the ADDF path and the AFIR path, and these tend to pass through near TSs of corresponding reaction pathways, giving approximate TSs. Such approximate TSs can easily be re-optimized to corresponding true TSs by standard geometry optimizations. On the basis of these two methods, we have proposed practical strategies of GRRM. The GRRM strategies have been applied to a variety of chemical systems ranging from thermal- and photochemical-reactions in small systems to organometallic- and enzyme-catalysis, on the basis of quantum chemical calculations. In this perspective, we present an overview of the GRRM strategies and some results of applications. Their practical usage for systematic prediction is also discussed.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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