京都大学ELCAS(エルキャス)

平成27年度以前のレポート

化学

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実習指導

金 賢得 (量子化学研究室 助教)

チューター

植野 正嗣(博士課程 3回生)
伊藤 広伸(博士課程 1回生)

ボランティア

なし

実施場所

理学研究科 6号館 158号室

実習内容

まず、第一原理計算について、量子力学的視点からその原理説明を行い、代表的なソフトウェアであるGaussianについて、その操作方法を説明しながら簡単な分子についてデモンストレーションを行い、当該分子の持つ特性の解説を行った。

それを受けて、各自が考えてきた自分の計算したい分子について、Gaussianを用いて実際にひとりひとりが量子化学計算を行った。それぞれの学生がグルコースなど、自分の興味のある分子を考えて、インプットファイルを作成し、計算を実行し、結果のファイルの解析まで行った。特に、HOMOやLUMOの解析や、分子内振動の振動数の解析、そして初期構造と最適化構造の構造の違いについて、考察をした。

ひとりひとり興味のある分子について量子化学計算している様子。
ひとりひとり興味のある分子について量子化学計算している様子。

量子化学計算の体験後、自発的にGaussianを操作して、各自が計算している様子。
量子化学計算の体験後、自発的にGaussianを操作して、各自が計算している様子。


量子化学計算した結果の分子構造を興味深く考察している様子。
量子化学計算した結果の分子構造を興味深く考察している様子。


受講生の感想

  • 自分でカフェインという分子を選んで構造最適化計算を行った。大きな分子は初期構造を作るのも大変で、計算もストップしがちになり、大きな分子の計算は相当大変なんだろうなと実感した。
  • 今まで実際に手を動かした実験しかしたことのない僕にとって、すごく画期的に思えました。家でもできるそうなので、実際に家でインストールしてやってみたいと思います。
  • 物理や数学が基礎になっていて難しかったが、教科書に載っている安定構造以外の様々な分子を見れて楽しかった。エネルギーやばね的な分子振動の様子も様ざまな種類があり、高校で習う分子の姿は本当にほんの一部なんだと実感できた。しかし、高校の化学を理解しないと今回の実習内容も理解できないので、まずは高校での勉強を頑張りたいと思いました。
  • またひとつ化学の新しい分野を知ることができました。どの分子もくねくね動いている姿がかわいかったです。量子化学の本を紹介していただいたので、読んでみようと思います。
  • 自分で考えた分子だけでなく、以前に別のELCASでの実験で出てきた有機分子を計算でき、とてもよかった。コンピュータにしかできない分子の動きやエネルギーの計算は量子化学計算の大きな特徴であることが分かった。ぜひ家でもインストールして自分の力で挑戦してみたい。
  • 今回実際に量子化学計算をコンピュータ上でしてみて、この手法の威力を実感できた。たとえば分子のどこに化学結合が生じやすいかも電荷の偏りで説明できると理解できました。計算条件によって制度や計算時間が大きく変わり、その条件の設定の大切さが実感できた。
  • 実際のGaussianの計算はひとりひとり丁寧に教えていただいたこともあり、すぐに慣れることができた。慣れてからは、アセトン、グリセリン、ナフタレンなど、気になる分子を次々に計算するのが楽しくて仕方なかった。実験をしない化学は高校では学べないので、とてもいい経験でした。

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