[スポンサーリンク]

一般的な話題

計算化学:汎関数って何?

[スポンサーリンク]

先日の学会ポスター発表会場にて

 

発表者:「・・・というわけで、DFT計算によりこの反応経路を証明しました。」

質問者:「素晴らしい発表でした。しかし、それDFT計算じゃないですよね?」

発表者:「えっ!DFT計算ですけど。。。」

質問者:「DFTってB3LYPとかですよね?M06ってDFTじゃないですよね?」

発表者:「M06はDFT計算で使う汎関数のひとつですが、、、」

質問者:「、、、失礼しました。」

 

 

学会等で計算化学についての発表を見ていると「全くDFT計算分かっていないな」と感じる事が多々あります。そんな勘違いをなくすために、今回は汎関数について非常に簡単に説明したいと思います。

 

 

量子計算化学

量子化学計算では、ある分子の波動関数Ψを求める事が出来れば、その分子に関する様々な情報が得られるという考えに基づいています。それは例えば、分子の最安定構造、反応性、物性の予測などなどです。しかし、Schrödinger方程式を厳密に解く事は、実際にはほぼ不可能です。そこで、計算化学では厳密ではないにせよ、Schrödinger方程式の解を求める方法を用います。

ひとつ目は、ハミルトニアンを計算しやすい形に変える事です。これは、計算化学においては、どのような計算手法を選択するかということになります。ハミルトニアンの数式を解けるものに変えてしまうものの例として、HF法DFT法等があり、解ける部分を先に解き、解けない部分の効果を後から近似的に足す例として、MP2法などがあります。

ふたつ目は、波動関数の自由度を制限する事です。これは、計算化学においては、どのような基底関数を選択するかという事になります。これについては、今回の記事では触れず次回説明します。

量子化学計算では、inputファイルで「計算手法/基底関数」といった形で指定します。

 

DFT計算って何?

HF法では、ハミルトニアンの中の一部を近似し波動関数を直接求めようとするのに対し、DFT計算では、波動関数の代わりに電子密度を求めようとします。

DFT計算では、波動関数に対するSchrödinger方程式と等価な電子密度に対する方程式としてKohn-Sham方程式を用います。

Schrödinger 方程式

Kohn-Sham方程式は交換相関汎関数Veffを用います。この汎関数に何を用いるかによって計算の精度が決まります。
Kohn-Sham

汎関数

交換相関汎関数は、交換汎関数相関汎関数からなり、それぞれ電子のスピンに由来する効果電子相関に由来する効果を記述しています。

汎関数の種類

それぞれいろいろな関数が知られていますが、相性が良いものを組み合わせなければなりません。使いやすいように、これらがセットとなっている交換相関汎関数も下図に示すように知られています。

交換相関汎関数

 

これらの中で最も有名なものがB3LYPです。つまり、冒頭の会話で質問者は、「B3LYP=DFT計算」と考えていましたが、DFT計算で用いられる様々な汎関数のうちのひとつにB3LYPがあるという方が正しいのです。

B3LYPは最も良く用いられている汎関数ですが、B3LYPにも欠点はあります。水素結合、van der Waals力を見積もれなかったり、遷移金属の電子状態を正確に計算できなかったりという点です。

万能な汎関数というものは存在せず、系によって最適な汎関数を用いなければなりません。欠点を修正するために長距離補正や分散力補正を組み込んだものや、計算時間を短縮するために半経験的汎関数などもあります。この辺については、各自でお調べください。

次回は、基底関数のことについて簡単に触れたいと思います。

 

関連書籍

[amazonjs asin=”406154330X” locale=”JP” title=”すぐできる 量子化学計算ビギナーズマニュアル (KS化学専門書)”][amazonjs asin=”4798500895″ locale=”JP” title=”有機分子の分子軌道計算と活用―分子軌道法を用いた有機分子の性質と基本的反応の計算”]
Avatar photo

ゼロ

投稿者の記事一覧

女の子。研究所勤務。趣味は読書とハイキング ♪
ハンドルネームは村上龍の「愛と幻想のファシズム」の登場人物にちなんでま〜す。5 分後の世界、ヒュウガ・ウイルスも好き!

関連記事

  1. 第18回日本化学連合シンポジウム「社会実装を実現する化学人材創出…
  2. フッ素のチカラで光学分割!?〜配向基はじめました〜
  3. 学術変革領域研究(A) 「デジタル有機合成」発足とキックオフシン…
  4. 第57回ケムステVシンポ「祝ノーベル化学賞!金属有機構造体–MO…
  5. 電気化学的HFIPエーテル形成を経る脱水素クロスカップリング反応…
  6. 有機化学を俯瞰する -有機化学の誕生から21世紀まで–【後編】
  7. 【8/25 20:00- 開催!】オンラインイベント「研究者と描…
  8. 「人工知能時代」と人間の仕事

注目情報

ピックアップ記事

  1. 第152回―「PETイメージングに活用可能な高速標識法」Philip Miller講師
  2. 留学せずに英語をマスターできるかやってみた(2年目)
  3. CASがSciFinder-nの画期的逆合成プランナーの発表で研究・開発の生産性向上を促進
  4. 配位子で保護された金クラスターの結合階層性の解明
  5. 高専シンポジウム in KOBE に参加しました –その 2: 牛の尿で発電!? 卵殻膜を用いた燃料電池–
  6. 第35回 生物への応用を志向した新しいナノマテリアル合成― Mark Green教授
  7. 化学にインスパイアされたジュエリー
  8. 3成分開始剤系を用いたリビングラジカル重合
  9. 米メルク、「バイオックス」回収で第2・四半期は減収減益
  10. 炭素を1つスズに置き換えてみたらどうなる?

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2014年12月
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031  

注目情報

最新記事

CIPイノベーション共創プログラム「有機電解合成の今:最新技術動向と化学品製造への応用の可能性」

日本化学会第106春季年会(2026)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「有機電解合…

CIPイノベーション共創プログラム「世界を変えるバイオベンチャーの新たな戦略」

日本化学会第106春季年会(2026)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「世界を変え…

年会特別企画「XAFSと化学:錯体, 触媒からリュウグウまで –放射光ことはじめ」

放射光施設を利用したX線吸収分光法(XAFS)は、物質の電子状態や局所構造を元素選択的に明らかにでき…

超公聴会 2026 で発表します!!【YouTube 配信】

超公聴会は、今年度博士号を取得する大学院生が公聴会の内容を持ち寄ってオンライン上で発表する会です。主…

日本化学会 第104春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part II

さて、Part Iに引き続きPart II!年会をさらに盛り上げる企画として、2011年より…

凍結乾燥の常識を覆す!マイクロ波導入による乾燥時間短縮と効率化

「凍結乾燥は時間がかかるもの」と諦めていませんか?医薬品や食品、新素材開発において、品質を維…

日本化学会 第104春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Part I

まだ寒い日が続いておりますが、あっという間に3月になりました。今年も日本化学会春季年会の季節です。…

アムホテリシンBのはなし 70年前に開発された奇跡の抗真菌薬

Tshozoです。以前から自身の体調不良を記事にしているのですが、昨今流行りのAIには産み出せな…

反応操作をしなくても、化合物は変化する【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか温度を測ること…

ジチオカーバメートラジカル触媒のデザイン〜三重項ビラジカルの新たな触媒機能を発見〜

第698回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院工学研究科(大井研究室)博士後期課程1年の川口…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP