DFTの分散力補正

DFT計算は、簡便に"ある程度"正しい分子の電子状態を見積もることができるので、私のような末端計算化学ユーザーに頻用される計算手法です。
そのなかでもよく使われるのが、B3LYPを汎関数とするものでしょう。

 しかし弱点も多くあり、その中のひとつが長距離間ではたらく相互作用を見積もれないというものです。そもそも、それを記述するような項が汎関数に含まれていない、ということだそうです。（ここの一ページ目が分かりやすい）

 π-π相互作用なんかが大事な場合は当然このままでは困ったことになりますし、水素結合について見積もる場合にも分散力は大事です。 これを解決する手段として、長距離補正項をもたせた汎関数というのが開発されてきました。。
その中の１つ、分散力補正項を汎関数に入れたいときの記述方法を、書き記しておきます。

 EmpiricalDispersion=XXX

 このようなキーワードをインプットファイルに記入します。
XXXには、FD、GD3、GD3BJ　が入ります。
それぞれ Petersson-Frisch 分散力、Grimme の D3 分散力、および、D3BJ 分散力モデルが使えます。

 下に、直近の計算で使ったインプットの例を載せておきます。

 # opt=tight freq=raman upbepbe/def2TZVP EmpiricalDispersion=GD3BJ geom=connectivity Int=ultrafine
なかなか見つからなかったのですが、ヒューリンクスのGaussian16の販売促進ページに新しい機能として紹介されていましたが、ウチの09でも、GD3BJは利用可能でした。（他、ためしてません！）
共同研究をしている理論屋さんは、計算コストがあんまりかからないのに、結果が格段によくなるからグリンメさん、半端ないっておっしゃってました。
僕のやってる系は、二分子が会合したような構造なので、これを入れたほうが良いようでした。フェニル基がぶつかったりしている系を触っているかたは是非、いれときましょう！

 追記、以下のページでも説明されています。G09でも、一般的な汎関数についてはサポートされているようです。

 コンフレックス上に上げられているマニュアル
http://www.conflex.co.jp/gaussian_support/dft.html

 Dr. Yu, Jen-Shiang K.のページ
http://wild.life.nctu.edu.tw/~jsyu/compchem/g09/g09ur/k_dft.htm

 ユーチューバーが、理論背景についてもう少し丁寧に解説してくれています。
https://www.youtube.com/watch?v=Ow6EfkImXQc

 文献
Adamo, C.; Barone, V. J. Chem. Phys. 1999, 110, 6158–6170
Grimme, S.; Antony, J.; Ehrlich, S.; Krieg, H. J. Chem. Phys. 2010, 132, 154104
Grimme, S.; Ehrlich, S.; Goerigk, L. J. Comput. Chem. 2011, 32, 1456–1465

コメント

コメントを投稿

このブログの人気の投稿

VNCで見ている画面と自分のマシンの間でのコピー&ペースト

イメージ
VNCについての備忘録、３つ目です。 [ VNCサーバー設定の備忘録 ] [ VNCはとても便利！ ] VNCでつないでいるコンピュータ上の情報を、自分のマシンに持ってこようと思うとテキストとして保存してftpとかできますが、めんどくさすぎます。 そんなときに便利なのが、VNC viewerを介したクリップボードの共有です。 VNCで立ち上げている相手側のマシン上のターミナルに、 「vncconfig」と打ち込むだけです。 これを走らせると、ターミナルが vncconfig に専有されているような状況になるので、他のプログラムを同時に走らせて置きたいときは、「vncconfig &」としましょう。 「&」は、バックグラウンドで走りなさい！という意味です。 参考：Linuxコマンドブックビギナーズ また、vncconfigが走っているよ〜という画面が立ち上がりますが、これがうざい場合、 「-nowin」を間に挟めばポップアップ画面が出ないようです。 英語ですが、オプションコマンドなどの一覧のリンクは こちら 。
続きを読む

Natural Bond Orbital (NBO) Analysis, 自然軌道解析をやってみる

イメージ
中心金属と配位子の間の結合次数が知りたい！ しかし、量子化学計算結果を見ても、分子軌道として表示されているので個別のM–L相互作用についてはあんまり良くわかりません。 こんなときに、実験化学者を助けてくれるのが、NBOです。 [Fe(IV)(O)(NH3)5]2+ 錯体 (a) と、そのFe–O間のπ結合に相当するMO (b) と, NBO (c) MOでは、アンモニアにまで軌道が染み出しているのに対し、NBOではそのような染み出しができる限り抑えられており、鉄中心と酸素配位子の間の電子密度に焦点があたっているのがわかる。 名城大、永田先生が、メタンを例に わかりやすい図 を示されています。 これを見て、なんのこっちゃ？という人は、無機化学の教科書の分子軌道や、対称適合線形結合のところを勉強しましょう。[ハウスクロフト無機化学が、まだ割とわかりやすいように思います。] Wisconsin大Madison校、フランク・ワインホルド博士が1980年代に開発した手法で、彼のNBOについての総説は2019年現在、むちゃくちゃ 引用 されています。 この総説 を参考にざっくりと説明すると、NBO解析の手順は以下のとおりです。 0. まず、分子軌道をいつもどおりに計算します。 1. 続いて、得られた分子軌道を構成する原子軌道を切り出します。ここで、それぞれの原子軌道は、直行関係をもつように計算されています。 2. 更に、有機化学の教科書にあるような形で混成させることで、   自然混成軌道（NHO）を作ります。（sp3混成ってやりましたよね。あれです。） 3. 最後にこれらを線形結合させることで、２原子間の結合をシンプルに（あるいは我々の結合の見立てと合致する形で）記述する 自然結合軌道（NBO）を生成します。 一旦、たくさんの関数の足し合わせとして求まった分子軌道を、再び原子軌道 へと切り分けるところが、解析手法のミソ 。 良く分からなければ、とりあえず結合論で学習する、混成軌道を利用した分子の組み立てをやっていると考えれば良いと思います。 原子軌道 → 自然原子軌道（NAO） → 自然混成軌道（NHO） →自然結合軌道（NBO） → 自然局在化分子軌道（NLMO）→ 分子軌道　の順に、原子軌道がミキシングされて行きま
続きを読む

Lanl2DZの使い方

イメージ
第6周期の重〜い金属イオンの錯体の計算をかけることがあったので、備忘録。 金属錯体分子の計算は、有機分子と比較して扱う電子の数が増えるので、ただでさえ遅くなりますが、第5-6周期になると、なおのこと大変。 基底関数によっては、「Xeまでしか対応してません」とか言って、計算が止まる（参考：HCPシステムズの ホームページ ）。 重い元素では、結合に関与してこない内核電荷を真面目に計算せずに、「凍結」した状態として扱う有効内核ポテンシャル近似 （ECP） を用いることが、わたし（遷移金属錯体）の分野では多いです（2017年現在）。いわゆる擬ポテンシャル（Pseudopotential）の一種。論文によっては、フローズンコアと書いている場合もあります。 具体的な手法としては、Lanl2DZ（ロスアラモス国立研究所発のメソッド）、あるいはSDD（シュトゥットガルト-ドレスデンのチーム発）になるかと思います。 [この記事に興味がある方は、もしかしてコッチも読んだほうが・・・ 「SDDを使った重原子を含む分子の計算」 https://whereareelectrons.blogspot.com/2019/07/sdd.html ] 中心金属にECP、配位子に一般的な（6-31G等）基底関数を使って組み合わせる際は、Lanl2DZはダブルゼータ、SDDはトリプルゼータレベルなので合わせた方がよい、という話もあるようです。（計算科学.comさんの 記事 ） （トリプルゼータレベルのLanl2TZなんてのもあるそうです。ただ、gaussian09まではデフォルトでは入っていないので、自分で設定してやることが必要なようです。） 今回計算した金属元素についてはLanl2DZを使っている論文がマジョリティーのようだったので、Lanl2DZを用いましたが、自分のコミュニティーの論文なんかを読んでいるとSDDが多い気がします。 具体的な計算方法 入力ファイルの B3LYP/(基底関数) の部分に、Lanl2DZといれるだけで、計算できます。 この場合、第一、二周期元素にはD95Vという基底関数があてられ、Na-Biの元素にはLos Alamos ECP で内核ポテンシャルを近似した上で、 ダブルゼータレベルの関数で価電子の軌道計算が行われます。 少し
続きを読む