プロトタイプの溶媒効果の反応密度官能理論研究水溶液中のSN2反応

二分子求核置換（SN2）反応は、有機化学における基本的かつ代表的な反応であり、反応速度は基礎となる溶媒の選択に敏感です。本明細書では、水溶液における2つのパラダイム反応の自由エネルギープロファイルに対する溶媒効果、すなわち、推定されたマルチスケール反応密度官能理論（RXDFT）法を使用して、計算に量子密度汎関数理論を使用して計算するための量子密度汎関数理論を使用することにより、溶媒効果を調査します。溶媒和寄与に対処するための古典的密度官能理論と相まって、固有の反応自由エネルギー。溶媒効果は、気相から水溶液への化学反応の自由エネルギープロファイルの変化を調べることにより、RXDFTで定量的に対処されます。RXDFTに基づくSN2反応の水溶液中の自由エネルギープロファイルの完全な説明は、特定の反応パラメーター化（SRP）量子モデル、QM/MMおよびRISM/SCF法の結果とよく一致します。全体として、RXDFTメソッドは、自由エネルギープロファイルを予測し、化学反応の溶媒効果に満足のいく精度と低い計算コストを伴う効率的なツールです。

The bimolecular nucleophilic substitution (SN2) reaction is a fundamental and representative reaction in organic chemistry, and the reaction rate is sensitive to the choice of underlying solvents. Herein, we investigate the solvent effect on the free energy profiles of two paradigm reactions in aqueous solution, i.e., symmetric and asymmetric SN2 reactions, by using the proposed multiscale reaction density functional theory (RxDFT) method, which employs quantum density functional theory for calculating the intrinsic reaction free energy coupled with classical density functional theory for addressing solvation contribution. The solvent effect is quantitatively addressed with RxDFT by examining the changes in the free energy profile of the chemical reaction from the gas phase to the aqueous solution. The complete descriptions of the free energy profiles in aqueous solution for the SN2 reactions based on RxDFT agree well with the results from the Specific Reaction Parameterization (SRP) quantum model, QM/MM and the RISM/SCF method. Overall, the RxDFT method is an efficient tool to predict the free energy profile and address the solvent effect of chemical reactions with satisfactory accuracy and low computational cost.