分子作用場の解析理論と解析システムの開発

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01628001
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 大澤 映二 北海道大学, 理学部, 助教授 (40001763)
• 研究分担者: 細矢 治夫 お茶の水女子大学, 理学部, 教授 (10017204) ; 平野 恒夫 東京大学, 工学部, 助教授 (40011027) ; 中筋 一弘 分子科学研究所, 相関領域, 教授 (60028230) ; 田中 清明 東京工業大学, 工業材料研, 助手 (00092560)
• キーワード: 分子力学 / 分子動力学 / 結晶計算 / 電荷移動錯体 / X線分子軌道 / 非経験的分子軌道法 / 酸化数 / イオン性積層錯体

研究概要

結晶場への分子計算技法の拡張として分子力学法と分子動力学法を検討した。分子力学法を忠実に適用して、結晶中の一分子に関して分子内および分子間の原子対相互作用を評価、構造最適化し、当該中心分子の構造が変化する毎に結晶の再充てんを行う。また結晶構造をシンプレックス法で最適化することによって結晶の完全構造最適化を行うアルゴリズムを作成した。一方分子動力学によって分子集合体に一部でも規則構造が発生した時点で全体を分子力学エネルギー極小化に切り換えることによって実時間スケールの促進をはかるアルゴリズムを考案してベンゼンの結晶化に成功した(大沢・平野)。
X線回折強度データを解析する事により、原子軌道(AO)又は分子軌道(MO)を求める方法を開発中であるが、この方法によってCu錯体中の低対称場にあるCu原子のd軌道を求め、測定した電子密度が、求めたd軌道により十分説明できることを明らかにした。更にCu原子の非調和熱振動による電子雲の歪みを、d軌道関数の示す大きな電子雲の歪みの中から分離して示す事もできた(田中)。
電荷移動錯体の分子集合体場の設計・制御の基礎研究の一環として、既知の電荷移動錯体の結晶構造の整理を行い、TTFおよびTCNQを含む電荷移動錯体の大部分は次の四種類に分類できることがわかった。(1)中性交互積層錯体、(2)イオン性交互積層錯体、(3)イオン性分離積層錯体、(4)部分イオン性分離積層錯体(中筋)。
窒素原子を含む基本的な有機化合物の各原子のまわりの酸化状態についてガウス型の精密な波動関数の電子数解析を系統的に行った結果、分子内で電荷移動の度合いの少ない化合物内の酸化状態について、簡単で有用な規則が得られ、CHON原子の酸化状態が非常に簡単な規則で統一的に理解できることが示された(細矢)。

研究成果

• [文献書誌] E.Osawa: "Energy-Minimum Structur of Hydrocarbon Portion of [4_5](1,2,3,4,5)Ferrocenophane" J.Phys.Org.Chem.2. 602-610 (1989)
• [文献書誌] E.Osawa: "Application of Molecular Mechanics to Natural Product Chemistry" Pure 4 Appl.Chem.61. 597-600 (1989)
• [文献書誌] K.Tanaka: "X-ray Analysis of Wavefunction by the Least-Squares Method Incorporating Orthonormality.I." Acta Cryst.A44. 1002-1008 (1988)
• [文献書誌] H.Hosoya: "Conformational Algorithms for Matching Polynomicls of Graphs from the Characteristies Polynomials of Edge-Weighted Graphs" J.Comput.Chem.10. 698-710 (1989)
• [文献書誌] H.Hosoya: "Exact Dimer Statistics and Characteristic Polynomials of Cacti Lattices" Theor,Chim.Acta. 76. 315-329 (1989)
• [文献書誌] K.Nakasuji: "Synthesis and characterization of Phenalenyl Cations,Radicals and Anions Having Donor and Acceptor Substituents" J.Am.Chem.Soc.111. 9265-9269 (1989)
• [文献書誌] 岡田勲・大沢映二: "分子シミュレーション入門" 海文堂, 227 (1989)
• [文献書誌] H.Hosoya: "Valence Bond Theory and Chemical Structure" Elsevier, 629 (1990)