分子クラスター中での化学反応の計算化学的研究方法の開発とその応用

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本研究では、まず溶液中の溶質分子を原子あるいはフラグメントの集合体であるとし、それらの相互作用ポテンシャル(フラグメントポテンシャル、FP)を非経験的分子軌道法を用いて量子力学の第一原理から求め、それを簡単な関数系でフィットし、マクロな効果を含まない2体ポテンシャルを求めることを行い、それを用いて分子クラスタ中での反応を分子動力学法(MD)を用いて視覚的に解析することを試みた。FPを求める前に、溶液中のホルムアルデヒドの構造変化やダイポールモーメントの変化を定性的に見るために、すでに松岡等によって報告されている水のポテンシャルを用いて、超臨界状態という特異な状態の水溶液中におけるホルムアルデヒド分子の構造変化を計算した。ホルムアルデヒドの水溶液を調べた理由は、すでに広く利用されている水のポテンシャル(MCY)があったことと、ホルムアルデヒド分子は大きなダイポールモーメントをもつので、溶媒和によるホルムアルデヒドの分子構造などの変化が大きく出ることを期待したためである。繰り込む水分子を増やしていくと徐々に結合距離、ダイポールモーメントともに増加していき、ある一定値に収束することがわかった。MDを用いた計算では、超臨界流体中でも特異な分子クラスタの形成がなされているとは言えないという結果となり、現在解析を進めているところである。また状態の変化を定量的に見積もるために、巨大次元の状態密度を計算するプログラムを開発し、ネットワークで結合された簡単な並列計算環境で実行させたところ、ス-パコンピュータに匹敵する性能を発揮した。