ぴりかで化学
非常勤講師：山本博志 講義補助資料
1999年1月にPirikaのホームページを開設して以来、20年が過ぎた。最初はJAVAのプログラムを公開してきたが、ツギハギ、ツギハギで見通しが悪くなってきたので、思い切って整理し直すことにした。リンク切れが出るかもしれないがご容赦頂きたい。不具合等があった場合フィードバックを頂けると嬉しいです。
JAVAとHTML5
JAVAというのはプログラム言語の一つで、プログラムをバイトコードに変換し、様々なコンピュータで同じプログラムを動作させる仕組みだ。各種のコンピュータにJRE(Java Runtime Enviroment)という環境をインストールし、そのJREがプログラムを解釈して動作する。ほとんどのブラウザーでJAVAはサポートされているがセキュリティーの関係でJAVAを動かすことを禁止しているコンピュータもある。Android OSはJAVAをサポートしているがiPad, iPhoneなどのiOSはJAVAをサポートしていない。
HTML5はホームページなどを表示するための新しい規格で、FireFox, Chrome, Safari, Operaなどのブラウザーがサポートしている。マイクロソフトのインターネット・エクスプローラーはIE9からHTML5をサポートし始めたが、実装が不完全で今のところ動作しないと思って欲しい。IE９以下では動作しない。プログラム自体はJavaScriptという言語で記載されて、ブラウザーがそれを解釈して実行する。HTML5はiOSでもサポートされているため、iPadなどでも動作する。
企業で行う計算機化学
企業で「計算機化学」を使って計算を行う場合、何を期待して計算を行うのだろうか？ 自分の講義は「分子シミュレーション」を学生に教えて欲しいということだが、化学工学の学生に分子シミュレーションはかなり難しいので、計算機化学全般の講義になっている。その計算機化学の位置づけを自分なりにまとめておこう。（対象の領域によっては異論もあるだろうし、専門家の先生によっては意見も異なるだろう。あくまでも私個人の見解だ。）
1. 分子軌道計算は原子核の位置は固定して、分子の周りを回る電子の軌道を考える。
HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)やLUMOなどのフロンティア電子を取り扱い、反応性、光学特性、発光、分析結果との相関など様々に応用されている。福井謙一先生のノーベル賞、ガウシアンを開発したPopleがノーベル賞を受賞しているくらいで非常に広範囲に利用されている。自分は、遷移状態計算など分析では得られない情報が多く得られるので多用している。（遷移状態の振動を見るプログラムがこちらにあるので参照のこと）電荷、反応性、分子間相互作用、どんな原子でも計算できる優位性がある。
2. モンテカルロ計算は確率を使って統計的に物性などを処理する。原子や分子の動きをシミュレートしたり、ポリマーの重合過程などをシミュレートしたりする。モンテカルロ法を使ってどんなポリマーができるか計算するプログラムがこちらにあるので参照して欲しい。
3. 有限要素法計算は空間をメッシュに切り、格子点の状態を考える。最近、コンピュータが非常に高速になり、流動解析、熱移動解析などに多く使われるようになってきた。自分は格子ボルツマン法などは使うが、有限要素法はほとんど使ったことがない。撹拌レイノルズ数などは自分はニューラルネットワーク法を使って解析してしまうが、流体解析など有限要素法で行なっている例も多くある。
4. 分子力学計算は原子核がバネでつながっていると考え、原子核の位置を考える。生体高分子などの最安定化構造、立体配座などに使われてきたが、最近は余り使われないような気がする。AllingerのMM2が有名である。Pirikaの3次元構造をクリーンするときには分子力学計算を使っている。
5. 分子動力学（MD)は分子の運動を考える。いわゆる“分子シミュレーション”はこの分子動力学を示す。ガラスの溶融特性、ポリマーの溶液物性、タンパク質の高次構造などを計算するのに使われる。実際にこれを計算しようとすると、いわゆるスーパーコンピュータレベルの計算機能力を必要とするので、化学工学の学生が気軽に使ってみる、というレベルではまだない。簡単なMDのソフトはこちらにおいてあるので参照のこと。
企業で重要なのはこの順番であるように思える。
いわゆる計算機化学には分類されないが、化学工学の学生は、化学工学用のシミュレーション・ソフト、ASPENやUNIFAC、Pirikaで紹介しているような物性推算のソフトが重要になるだろう。
ENGINEERING: 化学工学2019.8.18 ASOGにiを入れよう ウィルソン・パラメータ、マーギュラス・パラメーターなどの計算を扱う。超臨界炭酸ガスの物性、攪拌動力の計算なども追加した。 |
TCPE: 物性化学2018.12 沸騰の科学 |
POLYMER: 高分子化学2013.5.21 MOPACを使ったラジカル重合演習 ポリマーの物性、モノマーの物性、重合シミュレーションなどをまとめ直した。 |
MO : 分子軌道2013.4.2 MOPAC計算環境の構築 3次元構造の組み立て、CNDO/2計算、QEQ計算などの計算を扱う。分子軌道計算で計算した遷移状態をライブラリー化した。 |
Chemo-Infomatics: 情報化学2018.8.23 マテリアル・ゲノム 2013.9.24 有機化合物の水への溶解性を情報化学的に処理した。 自分は様々な化学系解析用ソフトウエアーを自作している。ニューラルネットワークや多項式展開法、その他の多くのプログラムを作ってきた。どのような時、どういう解析ツールを使うか？ |
その他の化学2011.6.20 分子動力学（MD)のソフト開発 |
アカデミア大学行った講義、学会での発表などで、上の分類に入らないものはここで紹介していく。 |
MOOC(Massive Open Online Course)2012.11 横浜国大、講義資料 現実の材料を開発する場合には、様々な物性が絡みあって非常に複雑になる。それを解きほぐしてモデル式を組み上げていく能力は非常に重要になってきている。 |
化学系プログラミング2019.9.3 計算して理解する化学系電子教科書作り。ePub3プログラミングに挑戦。 特に化学系のプログラムについてまとめておく。 |
2012.1.10
JAVAのコピー＆ペーストができないという問題が指摘された。これはjava.policyを書き換えればいいそうだ。Windowsを使っているなら、こちらの記事を参照してください。
Macでは、ライブラリー/JAVA/HOMEに行き、そこのsecurityのフォルダーのオーナーに自分を入れて、その中のjava.policyを書き換える。詳しくはこちらの記事を参照（英語）。
grant {
permission java.awt.AWTPermission "accessClipboard";
};
自分は全部書き換えてしまった。 もとのファイルに付け加えれば良い。（自己責任でやってください！）
2013.2.9 MacでもJava PolicyToolが使えるそうだ。自分のホームディレクトリーに.java.policyを書き込めばシステムのSeculityをいじらなくても変更できる。SafariはローカルのJava Appletを走らせる事ができなくなった。MacのWeb共有を立ち上げて、ライブラリー/WebServer/Documents/にプログラムを置き、http://localhost/から呼び出せば良い。localhostではなくhttp://10.0.1.2/などと入れてしまいお気に入りに登録してしまうと、立ち上げ直した時などに番号が変わる事があり呼び出せなくなる。
ハンセンの溶解度パラメータ（HSP)：
これについては膨大な量になるので、別途説明する。
