Journal of Computer Chemistry, Japan
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9 巻 , 1 号
(Dedicated to the late Prof. Kazuhide MORI)
選択された号の論文の13件中1~13を表示しています
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巻頭言
研究論文
  • Takayoshi ISHIMOTO, Masanori TACHIKAWA
    9 巻 (2010) 1 号 p. 1-8
    公開日: 2010/01/04
    ジャーナル フリー
    We have applied the fully variational molecular orbital (FVMO) method to systematically improve the values of energy-components, that is, the kinetic energy of electron and potential energy, as with that of total energy. The FVMO method enables us to describe accurate values of energy-components, since the quantum-mechanical Virial and Hellmann-Feynman theorems are completely satisfied due to the optimization of the exponents and centers in Gaussian-type functions (GTFs) basis sets. In the calculation of H2 molecule, we have found that the energy components and total energy with FVMO method using only [6s] GTFs are actually improved more than those with the conventional MO using a much larger basis set including the multiple polarization functions of [6s3p2d1f]. Additionally, drastic improvement of virial ratios for several hydride molecules with the FVMO method is demonstrated in the current work. The energy-component analysis using the FVMO method would be a powerful tool to elucidate various chemical problems.
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  • 笹金 光徳
    9 巻 (2010) 1 号 p. 9-14
    公開日: 2010/01/04
    ジャーナル フリー
    本論文では,森らの開発したFVMO法による分子軌道法のプログラムであるGAMERAにROHFのパートやC2vの対称性を考慮したコードを付け加えた筆者が,1999年に試行したまま未発表になっている水素原子の2p軌道や3d軌道を1s型Gauss型関数系(GTFs)だけで表現することを試みた結果について,報告する.試行の結果,水素原子の2p軌道を記述するために,空間的に反対称化されるよう2つ1s型GTFの組みを作ることによって,同数の2p型GTFによる展開と若干値が高いもののほぼ同等のエネルギーが得られることが分かった(Table 2).また,そのとき最適化された軌道指数はすべての場合において,同数の2p型GTF展開による最適値に十分近くわずかに大きな値であった(Table 3).一方,3d軌道に対しては,現状のプログラムでは正確な解析はできなかったが,やはり1s型GTF4つを1組にすることによって,同様の結果が得られる可能性があることを確かめた.水素原子の2p軌道や3d軌道が1s型GTFだけでうまく表現できるということは,FVMO法を用いれば究極的には1s型GTFだけでも通常の分子の計算が可能であることを示唆している.1s型GTFの基底関数だけを用いた分子軌道プログラムの開発にあたっては,それが可能か,優位性はあるか,問題点はないか,といったことを十分吟味しなくてはならないが,本報告では,このあたりについては深く言及しない.
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  • Takayoshi ISHIMOTO, Masanori TACHIKAWA
    9 巻 (2010) 1 号 p. 15-20
    公開日: 2010/01/04
    ジャーナル フリー
    To elucidate the adequate molecular exponents for sp3-, sp2-, and sp-hybrid characters, we have performed the optimization for both geometry and Gaussian-type function (GTF) exponents using various hydrocarbon molecules. We have found that the scale factor 1.2 is significant for the p-type GTFs in sp3-carbon, as well as hydrogen. The optimized molecular exponents give a flexible description of σ and π bonds in C-C chemical bonds induced by the difference of hybrid states. We also confirmed the efficiency of our calculation concerning the total energy and geometrical parameters in comparison with the results using the high quality basis sets.
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  • Masato KANEKO, Taro UDAGAWA, Masanori TACHIKAWA
    9 巻 (2010) 1 号 p. 21-28
    公開日: 2010/01/04
    ジャーナル フリー
    The geometric isotope effect (GIE) on low barrier hydrogen-bonded systems of acetic acid dimer, formic acid dimer, and their anion clusters is analyzed by HF and hybrid DFT levels of the multi-component molecular orbital (MC_MO) method, which directly includes nuclear quantum effect of proton/deuteron. Our optimized geometries for both neutral and anionic species with HF level of MC_MO method have reproduced the overall tendency of the GIE of the corresponding experimental ones. On the other hand, the results for anionic clusters with hybrid BHandHLYP functional of MC_MO method give poor agreement due to the underestimation of the barrier height of hydrogen-bonding. Our multi-component analysis clearly demonstrates that the hydrogen-bonding interaction energy is strongly affected by the distribution of nuclear wavefunction.
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  • 森 和英, 中野 隆, 松林 雄一, 香川 浩
    9 巻 (2010) 1 号 p. 29-36
    公開日: 2010/01/04
    ジャーナル フリー
    この論文は酸化チタン触媒活性中心の分子モデルを提唱し,このモデルが酸化チタン触媒作用の本質を表しているかについて,水分解反応のシミュレーションによって示す.分子モデルのHOMOが活性中心のチタン原子と酸素原子から構成されていることが示された.次に水分子を分子モデルに吸着させた後,水を強制的に解離し反応のエネルギー極小経路を探索した.水分子は活性中心のチタン原子直上に吸着し,吸着した水分子の水素原子は最終的に隣接する活性中心チタン原子上に移動するが,直接移動するのではなく隣接する酸素原子上を経由して移動することがわかった.隣接チタン原子上に移動した水素原子は水分子におけるイオン結合的状態からラジカル結合的状態に変化し,水素原子の還元が起こっていることがわかった.
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  • Hiroshi KAGAWA, Hiroto KIKUCHI, Qi GAO, Toshikiho OGIHARA
    9 巻 (2010) 1 号 p. 37-42
    公開日: 2010/01/04
    ジャーナル フリー
    Previously, our research group carried out molecular orbital studies of the interaction between MgATP and the myosin motor domain using the PM3 method of MOPAC97. In this study, we present recalculation results obtained using the PM6 method of MOPAC2009 and discuss the problems that may be encountered in further studies. Previous research carried out by our group in this field is introduced briefly. Furthermore, it is proposed that the increase in the distance between Pγ and the bridging O atom bound to Pβ initiates the dissociation of γ-phosphate from ATP. Our results demonstrate that semi-empirical molecular orbital methods are useful in studying the chemical reactions underlying the initial step of ATP hydrolysis in the myosin motor domain.
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  • Toshihiko OGIHARA, Hiroshi KAGAWA, Qi GAO, Kazuhide MORI
    9 巻 (2010) 1 号 p. 43-46
    公開日: 2010/01/04
    ジャーナル フリー
    The development of functional liposomes using phospholipid liposomes has been performed for some time; however, from the perspectives of efficiency and safety, it is important that the fusion or aggregation of liposomes be controlled and regulated. Phospholipids are ubiquitous in biological membranes; among them, phosphatidylcholines (PC) are commonly used in studies on bilayer membranes and functional liposomes. In addition, the aggregation/disaggregation phenomena of PC liposomes are thought to be caused by heat fluctuations in the membrane during gel-liquid crystal transition. Moreover, a dipole is present in the hydrophilic moiety of PC molecules. Therefore, it is considered that the aggregation phenomenon of phospholipid liposomes might be due to heat fluctuations in the membranes and also the effect of local electric forces caused by the dipole. Therefore, in order to examine the three-dimensional conformation of phospholipid molecules, we calculated the total energy of PC molecules using the molecular orbital method, and 3 optimized structures were found. These structures correlated well with those obtained from other experiments. This shows that the analysis of the molecular structure of phospholipids using the molecular orbital method can be an effective tool to elucidate the interactions between membranes and the properties and functions of phospholipid liposomes.
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  • 大塚 輝人
    9 巻 (2010) 1 号 p. 47-54
    公開日: 2010/01/04
    ジャーナル フリー
    自己分解性の化学物質としてNitrobenzeneの1置換体を例にとり,分解反応の開始温度と温度上昇による結合長の伸びとの相関を評価した.温度上昇による結合長の伸びの評価には,量子化学計算により調和振動子近似を用いた基準振動座標とCartesian座標とのunitary変換と,振動数とを計算した結果を用いて二乗平均として算出したものを分配関数を利用することで,温度の影響を取り込んだ.標準的なデータで分配関数自体を比較することで量子化学計算の手法の評価を行った結果,計算負荷の軽い半経験的分子軌道法のPM3でも計算が可能であることを確認できた.伸びの評価についてPM3で計算した結果,置換基とbenzene環が共役していないものについては,反応開始温度の低いものほど伸びが大きいことが示された.
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  • 北 幸海, 小関 準, 岡田 勇
    9 巻 (2010) 1 号 p. 55-60
    公開日: 2010/01/04
    ジャーナル フリー
    C60分子の結晶中における回転特性、特に安定/準安定方位間の分子配向遷移(回転ジャンプ)間の相関関係を明らかにするため、定温・定圧の分子動力学シミュレーションを実行した。構造相転移温度近傍(方位規則相)において観測された回転ジャンプの解析から、隣接するC60分子は互いに歯車のように"噛み合い" ながら回転ジャンプをしている事が示唆された。また第2近接分子においては、歯車運動とは異なる相関を見いだし、C60分子の回転ジャンプ∼ 3 Å/ps 程度の速度で、周辺分子へ伝搬している可能性が示唆された。
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総説
  • 横島 智, 高 玘, 小林 高雄, 中村 振一郎
    9 巻 (2010) 1 号 p. 61-66
    公開日: 2010/01/04
    ジャーナル フリー
    我々が計算科学を使って分子設計にどのように取り組んでいるかをいくつかの例を挙げて示した。まず、光化学反応における非断熱遷移においてConincal Intersection (CI)の役割は重要であり、この点について説明した。次に、我々が重点をおいて研究しているフォトクロミック分子ジアリールエテンについて、赤外吸収による非破壊読み出し、エレクトロクロミズム、及びポリマー中での振舞いについて取り上げた。さらに、創薬に照準を向けたFMO法による巨大生体分子の化学シフトの計算についても触れた。
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講演会報告
あとがき
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