重原子系に対する量子化学的ＮＭＲ化学シフト計算手法の開発と予測法の構築

量子化学NMR化学位移计算方法的发展及重原子体系预测方法的构建

基本信息

批准号：
16J10586
负责人：
速水雅生
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題は、重原子を含んだ化合物に対して相対論的量子化学に基づき、高精度かつ実用的なNMR化学シフト計算手法の開発と量子化学的見地に基づいた予測法の創出である。この課題を遂行するためには、高精度な核磁気遮蔽定数計算理論の開発は不可欠である。しかし、相対論的量子化学に基づく計算理論は実数で取り扱う非相対論（NR）と異なる複素数の演算が必要であり、一般的な汎用量子化学計算パッケージの拡張では対応できない。前年度は、最も高精度な2成分相対論法の一つである無限次Douglas-Kroll-Hess（IODKH）法に基づく、相対論的NMR化学シフト計算のためのプログラム基盤の構築を行った。続いて、磁気的物性計算においてゲージ原点の選び方によって非物理的に計算精度が低下するというゲージ原点依存性の問題を解決すべく、ゲージ依存原子軌道（GIAO）を用いた核磁気遮蔽定数計算理論の導出し、ゲージ原点依存性を大きく改善した計算理論を構築・実装した。しかし、完全な排除には至っておらず、本年度は完全にゲージ原点非依存な計算理論としてゲージ因子内包型ユニタリー変換（GF-UT）法の提案を行い、IODKH法と組み合わせたNMR化学シフト計算理論の開発を行った。続いて、GF-UT法をベースとしたNMR化学シフト計算アルゴリズムの高速化にむけて、1つ目に全エネルギーの微分量として定義される物性計算に不可欠な積分微分アルゴリズム、特に 2 電子積分微分の高速計算アルゴリズムの開発をと、2 つ目にユニタリー変換にかかる計算時間の削減を目的とした磁場に対する相対論効果の局所性の検討と局所性を活用した効率的なユニタリー変換法の開発を行った。さらに、実用化に向けてこれまで開発してきた NMR 化学シフト計算理論を相対論的汎用量子化学計算プログラムパッケージの一つである”RAQET”へと導入した。

该研究主题是为基于相对论量子化学的化合物而开发一种高度准确且实用的NMR化学移位计算方法，并基于量子化学观点创建预测方法。要完成这项任务，必须开发高度准确的核磁屏蔽恒定计算理论。但是，基于相对论量子化学的计算理论要求与非递归主义（NR）不同的复数操作，该计算数（NR）与实数处理，并且无法通过扩展通用通用通用量子化学计算套件来适应。在上一年，我们基于无限级Douglas-kroll-Hess（IODKH）方法建立了一个相对论NMR化学移位计算的程序基础，这是最准确的两组分量相对论方法之一。接下来，为了解决量规来源依赖性的问题，通过在磁性属性计算中选择量规来源，计算的准确性可以降低，我们已经构建并实施了一种计算理论，该计算理论使用量规依赖性原子轨道（GIAO）并大大提高了量表的起源依赖性。但是，今年我们尚未完全排除该系统，今年我们提出了一种量规因子的单一转换（GF-UT）方法作为完全量规的非依赖性计算理论，并与IODKH方法结合了NMR化学移位计算理论。接下来，为了加快基于GF-UT方法的NMR化学移位计算算法，我们开发了一种对物理性能必不可少的积分差分算法，定义为定义的总能量的差异量，特别是高速计算算法，对于两种电源的积分差异的局部性，我们研究的均具有较高的范围，我们研究了对局部效应的局部性，我们研究的量是否构成了范围，我们研究了均可效应的范围，并将其效应效应。单一转换，并开发了一种利用该地区的有效的统一转换方法。此外，迄今为止已为实际使用而开发的NMR化学移位计算理论已被引入“ Raqet”，这是相对论通用量子化学计算程序包装之一。