溶液内分子の電子状態理論の深化

• Project/Area Number: 17750012
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 佐藤 啓文 Kyoto University, 工学研究科, 准教授 (70290905)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2007: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2006: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,600,000); Fiscal Year 2005: ¥200,000 (Direct Cost: ¥200,000)
• Keywords: RISM-SCF / PCM / 電子状態理論 / 連続誘電体モデル

Research Abstract

溶媒和を扱う種々の理論は、これまでの「開発期」を経て、広く応用されつつある段階にあると考えられる。本研究課題では溶媒和理論として代表的なPCMとRISM-SCF/MCSCF法を中心に取り上げ、比較検討するとともに、その結果を踏まえて新理論の構築を目指して課題を遂行してきた。
1.溶媒和によるエネルギー変化に関する知見は数多く得られているが、それ以外の性質についての系統的な研究は殆どない。そこで種々の小分子について、結合次数や有効電荷が溶媒和によってどのように変化するかを調べた。エネルギーについては線型応答性を示す一方で、これらの物理量については、こうした単純な描像が存在しないことが明らかとなった。
2.従来のRISM-SCF法は、しばしばその収束が困難になる。例えば内部に埋め込まれた原子がある場合は有効電荷(ESP)を決定することができずに計算は発散する。そこで、典型的な例であるRuの金属錯体を対象として、森田-加藤の方法とRISM-SCFを結合することで、同錯体の溶媒和構造および電子構造を得ることに初めて成功した。
3.前項目の発散は、ESPが電子波動関数の広がりを正しく表現できないことに起因している。そこでGillらの方法を用いることで、次世代型のRISM-SCF法の開発に成功した。新しい方法はより精密な電子分布を反映できるのみならず、反復計算における収束安定性が著しく向上した。これにより、計算対象が限定されていたRISM-SCF法を、あらゆる化学反応系に対して適用が出来るようになった。
以上、当初掲げていた新理論の開発に成功し、本課題はその目的を遂行することができた。

Research Products

• [Journal Article] Reply to 'Comment on 'A new population analysis: Dipole-moment-conserving charge-set' (2008)
  • Author(s): H. Sato & S. Sakaki
  • Journal Title: Chem. Phys. Lett. 451 Pages: 171-174
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electronic Structure and Solvation Structure of [Ru (CN) 6] 4-/3-in Aqueous Solution: A RISM-SCF Study (2007)
  • Author(s): H. Sato, I. Kawamoto, D. Yokogawa & S. Sakaki
  • Journal Title: J. Mol. Liq. 136 Pages: 194-198
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Alternative couplings of solute-solvent interaction in RISM-SCF method (2007)
  • Author(s): H. Sato, D. Yokogawa, & S. Sakaki
  • Journal Title: J. Mol. Liq. 136 Pages: 190-193
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polyatomic Molecules in Condensed Phase: Bond order index and solvation energy studied by RISM-SCF theory (2007)
  • Author(s): H. Sato, D. Yokogawa & S. Sakaki
  • Journal Title: Condensed Matter Physics 10 Pages: 373-380
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New generation of the reference interaction site model self-consistent field method: Introduction of spatial electron density distribution to the solvation theory (2007)
  • Author(s): D. Yokogawa, H. Sato & S. Sakaki
  • Journal Title: J. Chem. Phys. 126 Pages: 244504-244504
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A New Population analysis : Dipole-moment-conserving Charge-set (2007)
  • Author(s): Sato, H., Sakaki, S.
  • Journal Title: Chem.Phys.Lett. 434 Pages: 165-169
• [Journal Article] Electron Transfer in a Radical Ion Pair : Quantum Calculations of the Solvent Reorganization Energy (2006)
  • Author(s): Caricato, M., Ingrosso, F., Mennucci, B., Sato, S.
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 110 Pages: 25115-25121
• [Presentation] Chemical Reaction in Solution Phase: A combined method of ab initio MO and integral equation theory for liquids (2007)
  • Author(s): H. Sato
  • Organizer: The 2nd Japan-Czech-Slovakia Joint Symposium for Theoretical/Computational Chemistry
  • Place of Presentation: 京都大学
• [Presentation] New generation of the reference interaction site model self-consistent field method (2007)
  • Author(s): D. Yokogawa, H. Sato, S. Sakaki
  • Organizer: The 2nd Japan-Czech-Slovakia Joint Symposium for Theoretical/Computational Chemistry
  • Place of Presentation: 京都大学
• [Presentation] Recent Development of Theoretical Methods for Solvated Molecules (2007)
  • Author(s): H. Sato, A. Ikeda, D. Yokogawa, S. Sakaki
  • Organizer: Joint Conference of JMLG/EMLG Meeting 2007 and 30th Symposium on Solution Chemistry of Japan
  • Place of Presentation: 福岡大学
• [Presentation] Chemical Events in Solution Phase: The view from Molecular Level Descriptions (2007)
  • Author(s): H. Sato
  • Organizer: International Conference of Computational Methods in Sciences and Engineering
  • Place of Presentation: Corfu(ギリシャ)
• [Presentation] 溶液内分子の理論化学:量子化学と統計力学の視点から (2007)
  • Author(s): 佐藤 啓文
  • Organizer: 分子科学討論会2007
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 電子の広がりを露に取り込んだRISM-SCF法と3次元溶媒和構造を効率的に与える積分方程式理論の開発 (2007)
  • Author(s): 横川 大輔、佐藤 啓文、榊 茂好
  • Organizer: 第10回理論化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] 双極子モーメントを再現する有効電荷決定法 (2007)
  • Author(s): 佐藤 啓文、榊 茂好
  • Organizer: 第10回理論化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Book] Continuum Solvation Methods in Chemical Physics (2007)
  • Author(s): H. Sato (B. Mennucci & R. Cammi Eds.)
  • Publisher: John Wiley & Sons, Ltd.
• [Book] 基礎物理化学 (2006)
  • Author(s): 梶本興亜, 寺嶋正秀, 佐藤啓文
  • Total Pages: 437
  • Publisher: 培風館