Journal of Computer Chemistry, Japan
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MOPAC2016新ハミルトニアンによる水素結合,Diels-Alder 反応, イソシアネートのウレタン化反応,光異性化反応等 のシミュレーション解析と評価
染川 賢一上田 岳彦
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論文ID: 2017-0069

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Abstract

最近のMOPAC2016ハミルトニアンPM7を用いて, 基礎的な化学結合, 水素結合(Hb), 立体選択的Diels-Alder (DA) 反応, 実用的なイソシアネートのウレタン化反応そして光異性化反応等のシミュレーション解析を行い, その構造とエネルギー情報につき、実験値および他の計算値と比較評価した. 上記一部につき前報[1]では PM6法で可成りの理解は得られたが, 問題点のあることも指摘した. PM7での解析では、分子内、分子間の結合 距離とエネルギーの小さい変化の評価で向上が見られ, 分散力算出等の改善の有効性が示唆された. 例えば上記 反応2例では、より大きい水素結合エネルギー(EHb)と分子間相互作用エネルギー(ELn)の算出で安定錯体 (B)の存在推定と, より実験値に近い活性化エネルギー(Ea)が見積られ, Figure 1等の反応プロセスと遷移状態(TS)の評価改善が推定され, またBなどの低温での解析実験法を提案した. 簡便で定量性の改善された MOPAC2016は教育や実験の現場等で積極的活用が期待される.

Figures
Figure 1.

 PM7simulations of water dimer and methanol dimer structures (Å).

Figure 2.

 PM7 simulation of the (PhNCO + 2MeOH) reaction: The complex (B), transition state (TS: C), product (D) and relative energies (ΔHf). (Each Hf energy (kcal mol−1)). (subscript: Hb; Hydrogen bond, In; Interaction and a; activation).

Figure 3.

 IRC data of urethane (D) formation via the complex (B) from the (PhNCO + 2MeOH) reaction.

Figure 4.

 PM7-TS simulation of DA reaction (BD + ET), and the complex (B), transition state (TS: C) and product (D) energies: relative energies ΔHf (kcal mol−1).

Figure 5.

 Stereoselective (CP + MA) DA reaction processes, and the two complexes (Bend, Bexo), transition states (TSend, TSexo), and products (Dend, Dexo).

Figure 6.

 Valence isomerization of substituted dithienylethenes (VIo.Ph, VIc.Ph) and (VIo.CHO, VIc.CHO).

Tables
Table 1. Comparison of the complex B, TS (C), and product D(a − f) structures in Figure 3 by PM7, PM6 and B3LYP/6-31+G (d,p) [3]
Table 2. Comparison of the energies (EHb, EIn and Ea in kcal mol−1) in Figure 2 by PM7, PM6 and B3LYP/6-31+G (d,p) [3]
Table 3. Comparison of the CPU time and TS structures (a − f) by PM7, PM6, MP2-Full etc. for the reaction PhNCO + 2H2O
Table 4. Comparison of the energies (EIn and Ea (kcal mol−1)) in Figure 4 by PM7, PM7-TS, CBS-QB3 [7] and MP2-FULL etc., and two experimental data [8], [9]
Table 5. Comparison of the three energies (EIn, Ea and ED) for DA stereoisomers in Figure 5 by PM7-TS and B3LYP/6-31+G (d,p) [3] etc.
Table 6. Thermal stability (ΔHf) estimation of valence isomers, (VIo.Ph, VIc.Ph) and (VIo.CHO, VIc.CHO) by PM7, B3LYP/6-31G* and PM6
参考文献
 
© 2018 日本コンピュータ化学会
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