計算化学 ソフトウェア

本書の情報

有機化学のための 量子化学計算入門 －Gaussianの基本と有効利用のヒント－

Introduction to Quantum-Chemical Calculations for Organic Chemistry －Basics and Tips for Effective Utilization of Gaussian－

＜著者＞
東京都立大学准教授　博士（工学）　西長　亨
HPCシステムズ株式会社 計算化学シニアエキスパート　博士（工学）　本田　康
（共著）

＜出版元＞
株式会社裳華房

＜詳細情報＞
Ｂ５判／224頁／２色刷／定価3850円（本体3500円＋税10％）送料は弊社負担／2022年6月発行
ISBN 978-4-7853-3523-6　 C3043

＜本書概要＞
量子化学計算に興味はあってもどうすればいいのかわからない、有機系をはじめとするすべての実験化学者のための「習うより慣れろ」的実践マニュアル。
初学者でも無理なく最初のハードルを越えられるよう、計算を始めるための環境整備から、計算ソフトGaussianの基本と特性、実際の使い方から困ったときの対処法まで、具体的な応用例を示しながら丁寧に解説する。

量子化学計算でできること

・分子の最適化構造の予測

・分子の物性値や各種スペクトルの予測

・分子の電子状態の解析

・化学反応の解析

・新たな化学概念の提案

（本書p.5～ より）

目次 （章タイトル）

詳細目次

はじめに
　

1．量子化学計算で何ができるか？

　1.1　シミュレーション手法の概観・特徴比較
　　1.1.1　研究対象のスケールとシミュレーション手法の選択
　　1.1.2　化学系シミュレーション手法の特徴比較
　1.2　量子化学計算でできること
　1.3　量子化学計算の応用事例
　1.4　おわりに
　参考文献

2．計算実行のための環境づくり

　2.1　量子化学計算ソフト
　　2.1.1　Gaussianの概要・特徴
　　2.1.2　その他の量子化学計算ソフトの概要・特徴
　2.2　ビューアーソフト
　　2.2.1　GaussViewの概要・特徴
　　2.2.2　その他のビューアーソフトの概要・特徴
　2.3　支援計算ソフト
　2.4　計算機・クラウド環境
　　2.4.1　オンプレミス運用とクラウド運用
　　2.4.2　岡崎スパコンの利用
　2.5　計算時間と並列効率
　2.6　おわりに
　参考文献

3．計算手法と基底関数

　3.1　とりあえずお勧めの方法を知りたい人へ
　3.2　量子化学計算の簡単な理論的背景
　　3.2.1　シュレーディンガー方程式
　　3.2.2　シュレーディンガー方程式の近似
　　3.2.3　計算手法と基底関数
　3.3　計算手法
　　3.3.1　ハートリー -フォック法
　　3.3.2　電子相関と電子相関理論
　　3.3.3　密度汎関数理論
　3.4　基底関数
　　3.4.1　基本基底関数
　　3.4.2　追加基底関数
　　3.4.3　有効内殻ポテンシャル
　3.5　計算条件の選択
　　3.5.1　DFT汎関数の選択指針
　　3.5.2　基底関数の選択指針
　参考文献

4．Gaussianの基本的な使い方

　4.1　GaussianとGaussViewの基礎知識
　4.2　Gaussianでの計算の流れ
　4.3　Gaussian入力ファイルの構成
　　4.3.1　Link 0コマンド
　　4.3.2　ルートセクション
　　4.3.3　分子指定セクション
　4.4　GaussViewによる入力ファイルの作成
　　4.4.1　一般的な分子構造の構築例
　　4.4.2　分子構造構築時でのその他の便利な機能
　　4.4.3　入力ファイルの作成
　4.5　テキストエディタによる入力ファイルの編集
　4.6　Gaussianジョブの実行
　　4.6.1　GaussViewからの実行
　　4.6.2　UNIX/Linuxでの実行
　4.7　一般的な注意事項
　　4.7.1　入力ファイルのチェック
　　4.7.2　計算開始直後のチェック
　演習問題

5．構造最適化

　5.1　構造最適化とは
　　5.1.1　構造最適化の原理
　　5.1.2　初期構造選択の重要性
　　5.1.3　極小点の確認：振動解析
　5.2　Gaussianによる構造最適化の手順
　　5.2.1　入力ファイルの作成と出力ファイルの見方
　　5.2.2　部分構造最適化
　　5.2.3　構造最適化後の振動解析
　5.3　構造最適化のポイント
　　5.3.1　初期構造について
　　5.3.2　元素ごとに異なる基底関数を与える場合の構造最適化
　　5.3.3　構造最適化の進捗状況の確認
　5.4　構造最適化の実例
　演習問題
　参考文献

6．分子軌道

　6.1　分子軌道とは
　　6.1.1　原子価結合法と分子軌道法の違い
　　6.1.2　分子軌道の成り立ち
　　6.1.3　分子軌道間の相互作用
　6.2　HOMOとLUMOの性質と利用法
　　6.2.1　HOMOとLUMOの性質
　　6.2.2　フロンティア軌道と反応性
　6.3　Gaussianによる分子軌道計算の手順
　　6.3.1　入力ファイルの作成と出力ファイルの見方
　　6.3.2　分子軌道の可視化
　6.4　応用事例
　演習問題
　参考文献

7．基底状態の物性

　7.1　電荷分布
　　7.1.1　Mulliken密度解析
　　7.1.2　自然密度解析
　　7.1.3　電荷分布、双極子モーメント、静電ポテンシャルの可視化
　7.2　IR・ラマンスペクトル
　　7.2.1　調和近似
　　7.2.2　ＩＲとラマンスペクトルの計算
　7.3　ＮＭＲスペクトル
　　7.3.1　化学シフトの計算
　　7.3.2　ＮＭＲ計算の応用例：NICS
　7.4　溶媒モデル
　　7.4.1　溶媒モデルの概要
　　7.4.2　ＰＣＭ法および関連の方法
　　7.4.3　Gaussianでの溶媒効果の計算例
　演習問題
　参考文献

8．化学反応メカニズム

　8.1　反応経路解析の基礎知識
　　8.1.1　基本用語
　　8.1.2　反応経路解析の一般的な手順
　8.2　反応経路の最適化
　　8.2.1　SCAN法
　　8.2.2　NEB法
　8.3　遷移状態の探索
　　8.3.1　通常法
　　8.3.2　QST2/QST3法
　8.4　遷移状態の妥当性評価
　　8.4.1　振動解析
　　8.4.2　IRC解析
　8.5　遷移状態構造最適化が上手くいかない時
　演習問題

9．開殻系の取り扱い

　9.1　開殻系とは
　　9.1.1　閉殻系と開殻系
　　9.1.2　制限法と非制限法
　9.2　Gaussianによる計算の手順
　　9.2.1　二重項の計算
　　9.2.2　三重項と開殻一重項の計算：SCF解の安定性
　　9.2.3　初期軌道の組み換え
　9.3　応用事例
　　9.3.1　２価の銅の２核錯体の交換相互作用
　　9.3.2　オリゴチオフェンラジカルカチオンπダイマー
　演習問題
　参考文献

10．励起状態の物性

　10.1　励起状態計算の基礎知識
　　10.1.1　励起状態とは？
　　10.1.2　電子状態・分子軌道・電子配置
　　10.1.3　吸光・発光と分子構造の関係
　10.2　励起状態の計算方法
　　10.2.1　励起状態計算手法の概観
　　10.2.2　TD-DFT法
　　10.2.3　基底関数の選択指針
　10.3　Gaussian計算の手順・結果閲覧
　　10.3.1　1点計算
　　10.3.2　構造最適化計算
　　10.3.3　Gaussian計算上の注意
　演習問題
　参考文献

11．計算を有効活用するためのヒント

　11.1　計算の３つの有効活用法
　　11.1.1　想定した仮説の妥当性を計算によって検証する
　　11.1.2　計算結果から新たな仮説を立てる
　　11.1.3　実験の代わりとして計算する
　11.2　計算研究における３つのポイント
　　11.2.1　計算対象のモデル化
　　11.2.2　「計算可能量」への落とし込み
　　11.2.3　計算結果の妥当性評価
　11.3　実験と計算それぞれの利点を意識する
　11.4　おわりに
　参考文献

索引