チュートリアル

GaussianNBO電荷計算
V11.3.2
2022年12月12日

株式会社クロスアビリティ

Copyright 2008-2023 X-Ability Co., Ltd.

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本書について•本書はWinmostar V11の使用例を示すチュートリアルです。

•初めてWinmostar V11をお使いになる方はビギナーズマニュアルを参照してください。

•各機能の詳細を調べたい方はユーザマニュアルを参照してください。

•

本書の内容の実習を希望される方は、講習会を受講ください。
– Winmostar導入講習会：基礎編チュートリアルの操作方法のみ紹介します。
– Winmostar基礎講習会：理論的な背景、結果の解釈の解説、基礎編チュートリアルの操作方法、基礎編以外のチュートリアルの一部の操作方法を紹介します。
– 個別講習会：ご希望に応じて講習内容を自由にカスタマイズして頂けます。

•本書の内容通りに操作が進まない場合は、まずよくある質問を参照してください。

•よくある質問で解決しない場合は、情報の蓄積・管理のため、お問合せフォームに、不具合の再現方法とその時に生成されたファイルを添付しご連絡ください。

•

本書の著作権は株式会社クロスアビリティが有します。株式会社クロスアビリティの許諾な
く、いかなる形態での内容のコピー、複製を禁じます。
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概要
エタノール(C2H5OH)分子の構造最適化計算及びその最適化構造でのNatural Bond Orbital(NBO)
電荷計算を、B3LYP/6-31G*レベルでGaussianを用いて実行します。NBO電荷は、NaturalPopulation Analysis(NPA)電荷とも呼ばれます。
最後に、様々な基底関数でNBO電荷とMulliken電荷を比較し、電荷計算の基底関数依存性を示します。Mulliken電荷はどのソルバでも計算可能ですが、基底関数依存性が大きく、リチウム原子を含むなどイオン性の特徴を持つ分子では、異常な値になる場合があります[1]。

[1] A. E. Reed, R.B. Weistock, F. Weinhold, J. Chem. Phys. 83, 735 (1985).
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Winmostar V11の動作モード
V11にはプロジェクトモードとファイルモードの2つの動作モードが用意されています。
本書ではプロジェクトモードでの操作方法を解説します。

ファイルモードの操作方法はV10のGaussianチュートリアルを参照してください。

プロジェクトモード V11新機能
ユーザは個々のファイルを意識することなくジョブを管理できます。
基本的にこのモードを推奨します。
ファイルモード
ユーザは個々のファイルを明示的に作成、管理します。操作方法はV10以前と一緒です。
継続ジョブを作成するときに、ファイルモードまたはV10以前では都度継続元ジョブの最終構造を表示する必要がありますが、プロジェクトモードでは自動で最終構造が引き継がれます。
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I. 系のモデリング1. Winmostarを起動し、新規プロジェクト（3次元構造を入力）をクリックします。（すでに起動している場合はファイル｜新規プロジェクトをクリックします。）
2. プロジェクト名に「nbo」と入力し保存をクリックします。

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I. 系のモデリング1. フラグメントを選択が-CH3の状態で、その右にあるReplaceボタンを2回クリックし、エタンを作成します。
2. フラグメントを選択を-OHに変更し、Replaceボタンを1回クリックし、エタノールを作成します。

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II. 計算の実行
1. ソルバを選択メニューでGaussianを選択して、ワークフロー設定ボタンをクリックします。
2. Gaussian Workflow SetupウィンドウでDetailsボタンをクリックします。

3. Gaussian Keyword SetupウィンドウでPopから「(full,npa)」を選択し、OKボタンをクリックします。

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II. 計算の実行
1. Gaussian Workflow SetupウィンドウでOKボタンをクリックします。
2. ジョブの設定ウィンドウで実行ボタンをクリックします。

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III.結果解析
1. 計算が終了してwork1_GAU_OPTの作業フォルダの状態がENDに変化した後、作業フォルダのwork1_GAU_OPTをクリックし、アクションのCoordinate(Final),Charge&Dipoleをクリックします。
2. メインウィンドウ右上のラベル/電荷から「NBO電荷」を選択すると、分子表示エリアにNBO電荷が表示されます。

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III.結果解析
1. 編集｜電荷を編集をクリックします。メッセージ「現在のファイル形式では…」ではいをクリックすると、NBO電荷一覧表が表示されます。
2. ラベル/電荷メニューから番号&元素を選択すると、原子の番号が表示されます。

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IV.NBO電荷とMulliken電荷の比較•

下の表では、B3LYP/6-31G(d)最適化構造で、基底関数を変えた場合のB3LYP法でのNBO電荷とMulliken電荷の変化をまとめています。NBO電荷はSTO-3G以外ではおおむね同じ値ですが、Mulliken電荷は基底を良く(基底関数を追加)しても、一定の値に収束しません。

•各原子のNBO電荷は、基底関数の依存性が小さく、さらに実験の感覚と合う場合が多いことから、よく用いられています。

•各原子のMulliken電荷は、その原子に属する基底関数の重なり積分と電子密度を掛けた値の合計で算出します。隣の原子にまで広がる分散(diffuse、+)関数などがあると、隣の原子の電子を計算上横取りすることになり、基底関数を変えると電荷が大きく変わる場合があります。
表 B3LYP法でのエタノール分子のNBO電荷とMulliken電荷 (構造：B3LYP/6-31G(d))

STO-3G
6-31G(d)6-31+G(d)6-311G(d,p)
6-311++G(d,p)

1C-0.19
-0.70
-0.71
-0.59
-0.60

NBO
2C
8O
9H
0.05 -0.30 0.20
-0.09 -0.76 0.47
-0.12 -0.78 0.49
0.00 -0.73 0.45
-0.03 -0.74 0.46

1C-0.23-0.44-0.64-0.31-0.39

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Mulliken
2C8O
9H-0.04 -0.29 0.19
-0.03 -0.61 0.39
-0.12 -0.66 0.46
-0.02 -0.40 0.24
-0.19 -0.34 0.24
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最後に
•

各機能の詳細を調べたい方はユーザマニュアルを参照してください。

ユーザマニュアル

Winmostar 講習会の風景•

本書の内容の実習を希望される方は 、Winmostar導入講習会、Winmostar基礎講習会 、または個別講習会の受講をご検討ください。（詳細はP.2）•

本書の内容通りに操作が進まない場合は、まずよくある質問を参照してください。

•

よくある質問で解決しない場合は、情報の蓄積・管理のため、お問合せフォームに、不具合の再現方法とその時に生成されたファイルを添付しご連絡ください。
以上
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