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ピリカでその他の化学

2020.2.9改訂

非常勤講師:山本博志 講義補助資料

分析化学

GCI NMR

MO、分子軌道計算

MD, 分子動力学

電荷計算

かれこれ35年以上前、まだPC-8801を使っていた頃からPCで分子模型を描いて遊んでいた。

PC9801へアップして、FortranでMM2やMNDOのプログラムを打ち込んで走らせていた時もGUIは自分でC言語で書いたものを使っていた。

カルフォニア工科大学にコンピュータ・ケミストリーを学びに留学した。
その際に、Mac II Siを買ってからはマック派になったが、いまだにGUIは自作だ。

言語はBasic、C、C++, JAVA, C#、 Javascriptと変わってきたが、新しい言語を勉強するときには、まず分子構造のお絵かきから入るのは変わっていない。

MOPAC計算環境の構築法(2013.4.2)

貧乏人の為のMOPAC計算機環境の構築法をまとめてみた。化学工学の学生が行う分子軌道計算ならMOPACあたりから入るのが最適だろう。自分でどんどん計算できるように環境を構築してみよう。

MOPAC用分子構造の3Dエディター、Y-Mol (HTML5 version 2013.4.2)

MOPACで計算する用の分子構造はどうやって作ったらいいのでろうか? ChemDraw3Dなどを持っていれば3次元の分子構造は簡単に手に入るだろう。そうしたソフトを買うお金がない場合にはこのY-Molを使って分子を組み立てよう。

MOL(SDF)フォーマットのビュアー(HTML5 version 2012.6.15)

テキストエリアにMOL(SDF)フォーマットの分子構造を入力してReadボタンを押すと分子構造が表示されます。おまけとして、学生のバージョンには(webユーザーはH, C, N, Oのみ)原子の電荷を計算するルーチンが含まれる。

分子軌道CNDO/2、QEQ計算ソフト、YNUSの各機能の説明

今年(2011年)HTML5を勉強するにあたって、プログラムをJavaScriptで作りなおしてみた。こういうことができてしまうと、FlashもJAVAもいらないというAppleの主張も頷ける。

分子の電荷計算(電荷平衡法):

HTML5バージョン(3次元構造からの計算) 2011.5
HTML5バージョン(2次元構造からの計算) 2011.5
JAVAバージョン  2000.2.18
YMB31D

有機反応を行うときなど、有機合成屋さんは、”ここがδ+でここがδ-だから、あーなって、こーなって”という反応式を頭の中だけで自由にやってのける。その基礎は各原子の電気陰性度だ。それを定量的に扱うのが電荷平衡法だ。

分子の半経験的分子軌道計算(CNDO/2):

HTML5バージョン 2011.5
JAVAバージョン 2000.2.14

何故、今更CNDO/2なのかと聞かれることも多い。原子の電荷は電荷平衡法を使って計算してしまうし、分子軌道法で求めたいのはHOMOとLUMOそして軌道の形ぐらいだから、簡単なCNDO/2ぐらいで良い。

遷移状態の計算とライブラリー化

MOPAC、ガウシアンなどを使い色々計算してきた。元が高分子の合成屋で、ある反応が進みやすいかどうか、つまり活性化エネルギーを知りたいというのが、分子軌道計算を行うほとんどの理由だ。計算には時間がかかるが、その間は他の仕事をしていれば良い。この活性化エネルギーを求めるには遷移状態を求めれば良い。それを実験値と比べるとこうなる。遷移状態ライブラリーを作った際、検討したことをまとめる。

遷移状態の振動解析

遷移状態では虚の振動が1つだけ、そして、その振動は反応が進む方向である必要がある。正しい遷移状態が得られたどうか、その振動をアニメーションで見てみる。今までに計算したMOPACの遷移状態計算の結果をデータベース化した。
HTML5バージョン 2011.5
JAVAバージョン 2005.1.14 
使い方はこちらを参照

MOPAC PM3相当の生成熱、HOMO、LUMOの推算

データベースに収録した化合物については、とりあえずMOPACで分子軌道計算を行なっている。その計算結果を元に生成熱などを推算するプログラムを作成した。
JAVAバージョン 2001.1.14

活性化エネルギーの推算

MOPAC、ガウシアンなどでラジカル反応の活性化エネルギーを数多く計算しデータベース化してきた。あるラジカル種がモノマーにアタックする時の活性化エネルギーをいちいち全部分子軌道計算していたのではいくら時間があっても間に合わない。ラジカルとモノマーのそれぞれを分子軌道計算して、その組み合わせの活性化エネルギーがいくつになるか、ニューラルネットで予測してしまおうと考えた。
JAVAバージョン 2005.1.14

分子動力学計算:(HTML5バージョン)

モレキュラー・ダイナミクスのプログラムを作ってみた。他にもこうしたプログラムはたくさんあるだろうが、特徴は電荷平衡法(QEQ)を使って電荷を高速に計算することだ。

QEQ2D:電荷平衡法による電荷の計算(HTML5バージョン)

合成化学などをやるときには分子中の各原子上の電荷はぜひ知りたい所だろう。この方法は原子の電気陰性度とイオン化エネルギーから化学ポテンシャルを計算し、そのポテンシャルが等しくなるまで電荷が流れるという電荷平衡法を基礎にしている。通常は3次元で扱い、結合がなくても空間を介してポテンシャルを考えるが、”初心者のための分子モデリング”という本を読んでいたら、結合のみを介したポテンシャルで計算する場合があるようだ。そこで2次元のお絵かきプログラムと合体させてみた。


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