山口大学教務システム - 3242020230-計算化学特論

開講年度	開講学部等
2026	大学院創成科学研究科（博士前期）
開講学期	曜日時限	授業形態	AL（アクティブ・ラーニング）ポイント
後期	月9～10		2.0
時間割番号	科目名[英文名]			使用言語	単位数
3242020230	計算化学特論[Advanced Computational Chemistry]			日本語	2
担当教員（責任）[ローマ字表記]					メディア授業
谷誠治					ー
担当教員[ローマ字表記]
谷誠治
特定科目区分		対象学生		対象年次	1～2
ディプロマ・ポリシーに関わる項目			カリキュラムマップ(授業科目とDPとの対応関係はこちらから閲覧できます)

授業の目的と概要

化学に関する専門科目を広く履修することで、化学の専門的知識を身につけ、新たな知識獲得のための学習を継続していける能力を身につける（CP2、DP）。化学に関する専門科目の中で、「計算化学」は、原子・分子レベルにおける化学現象を理解する上で非常に役に立つ手法である。また、最近では実験計画の立案に利用されるケースが増加している。計算化学的手法を正しく使いこなせるよう、分子力学法、分子軌道法および電子密度汎関数法に関する計算化学的手法の基礎知識について、計算化学ソフトウェアを使いながら解説する。

授業の到達目標

１）分子力学法、分子軌道法および密度汎関数法の基礎知識を習得する（CP2）
２）分子構造を構築し、理論計算を実行できる
３）計算結果を理解できる

知識・理解の観点分子力学法、分子軌道法、密度汎関数法、分子動力学法などの計算化学的手法の特徴を説明できる（DP1-1、1-2、3）。
思考・判断の観点目的に応じた、適切な計算手法を提案できる。
計算結果を理解できる。
関心・意欲の観点分子の性質を分子軌道で説明する意欲を持つ。
態度の観点分子構造を構築し、理論計算の実行、および計算結果の整理ができる。
技能・表現の観点量子化学計算プログラムGaussian 16Wを用いて分子軌道計算ができるようになる。

授業計画

【全体】

分子軌道法、密度汎関数法、基底関数、半経験的方法、分子力学法および分子動力学法を解説し、その使用方法や基本的な利用例について説明する。

	項目	内容	授業時間外学習	備考

第1回	計算化学	計算化学の概要を説明する．	Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら復習(３時間以上)すること。

第2回

分子軌道法

ab initio (Hartree-Fock) 法と配置間相互作用を説明する．

Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら課題／問題を解き、復習(３時間以上)すること。

第3回

密度汎関数理論

密度汎関数理論 (DFT) の概要と、ab initio法との違いについて説明する．

Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら復習(３時間以上)すること。

第4回

基底関数

最小基底系、Split-valence系、分極関数、diffuse関数について説明する．

Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら課題／問題を解き、復習(３時間以上)すること。

第5回

半経験的方法

AM1、PM3やPM6などの半経験的分子軌道法について説明する．

Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら復習(３時間以上)すること。

第6回

構造最適化

ab initio法やDFT法により、簡単な分子の構造最適化を行う．

Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら課題／問題を解き、復習(３時間以上)すること。

第7回

励起状態

励起状態の計算方法について説明する．

Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら課題／問題を解き、復習(３時間以上)すること。

第8回

化学反応

電子密度の視覚化と反応経路の設計・計算を行う．

Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら課題／問題を解き、復習(３時間以上)すること。

第9回

振動解析

エンタルピーとエントロピーの計算を行う．

Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら課題／問題を解き、復習(３時間以上)すること。

第10回

遷移状態

遷移状態の構造最適化、活性化エネルギーの算出等を行う．

Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら課題／問題を解き、復習(３時間以上)すること。

第11回

分子力学法

計算方法の概要を説明する．

Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら復習(３時間以上)すること。

第12回

分子力場

ポテンシャルエネルギー関数について説明する．

Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら課題／問題を解き、復習(３時間以上)すること。

第13回

分子動力学法

分子動力学法について説明する．

Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら復習(３時間以上)すること。

第14回

モンテカルロ法

モンテカルロ法について説明する．

Moodle上の資料・教科書を読んで予習（１時間以上）し、資料・教科書・参考書などを参照しながら復習(３時間以上)すること。

第15回

まとめI

分子軌道法と密度汎関数理論計算の適用

Moodle上の資料・教科書を読んで授業内容を見返すこと。資料・教科書・参考書などを参照しながら復習すること。(４時間以上)

※AL（アクティブ・ラーニング）欄に関する注
・授業全体で、AL（アクティブ・ラーニング）が占める時間の割合を、それぞれの項目ごとに示しています。
・A〜Dのアルファベットは、以下の学修形態を指しています。
【A：グループワーク】、【B：ディスカッション・ディベート】、【C：フィールドワーク（実験・実習、演習を含む）】、【D：プレゼンテーション】

A: --%　B: --%　C: 20%　D: --%

成績評価法

レポート　100%

教科書にかかわる情報

教科書	書名	電子構造論による化学の探究（第二版）				ISBN	0963676989
教科書	著者名	J.B.Foresman, AE. Frisch	出版社	Gaussian				出版年	1998

教科書	書名	コンピュータ・シミュレーションの基礎				ISBN	4759808566
教科書	著者名	岡崎進	出版社	化学同人				出版年	2000

備考

参考書にかかわる情報

備考

資料等は Moodle上で公開する。

メッセージ

プログラムの発達にともなって誰でも簡単に量子化学・密度汎関数理論計算が行えるようになった。使い方が簡単なだけに基礎知識なしに誤用して、とんでもない間違いを犯すことのないよう、計算化学分野の基礎知識を学んでほしい。

キーワード

量子化学、分子軌道法、基底関数、密度汎関数理論、構造最適化、遷移状態、励起状態、分子力学、分子動力学

持続可能な開発目標（SDGs）

(教育)すべての人に包摂的かつ公正な質の高い教育を確保し、生涯学習の機会を促進する。

(インフラ、産業化、イノベーション)強靱（レジリエント）なインフラ構築、包摂的かつ持続可能な産業化の促進及びイノベーションの推進を図る。

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