MoleditPy PySCF Calculator Plugin Tutorial

目的

エタン分子の C-C 単結合を回転させた際のポテンシャルエネルギー曲面（PES）をスキャンし、エネルギー変化と分子構造の相関を観察します。回転障壁は実験的に約 12 kJ/mol であることが知られています。

操作手順

Step 1: 分子モデルの構築

1. エタンの描画:
   • メインキャンバスにて、炭素2つを繋げた構造（C-C）を描画します。
   • 自動的に水素が付加されるため、これは エタン (C₂H₆) となります。
2. 変換と起動:
   • "Convert 2D to 3D" をクリックして立体構造へ変換します。
   • Extensions > PySCF Calculator を起動します。

Step 2: スキャン設定と実行

1. Job Typeの選択:
   • Calculation タブにて、Job Type を Relaxed Surface Scan に設定します。
   • Method を RKS、Functional を b3lyp、Basis を sto-3g に設定します。
   • これは各回転角で構造最適化を行いながらエネルギーを計算するモードです。
2. スキャン変数の設定:
   • Job Type 横にある Configure Scan ボタンをクリックします。
   • 動作: アプリケーションが「スキャン設定モード」に入ります。
3. 二面角の定義:
   • メイン画面（3Dビュー）に戻ります。
   • 回転角（二面角）を定義するため、原子を 水素 → 炭素 → 炭素 → 水素 の順に4つクリックして選択します。
4. パラメータ設定と実行:
   • 現在の角度が表示されたダイアログが出現します。
   • Start を 0 に設定します。
   • End を 180 に設定します。
   • Steps を 10 に設定します。
   • Run Calculation をクリックします。順次計算が実行されます。
   

Step 3: 結果のアニメーション再生

全ステップの計算が完了するまで待ちます。終了すると自動的に Scan Results ウィンドウが表示されます。

1. グラフの確認:
   • 表示されたポテンシャルエネルギー曲線を確認します。
   • 極大（山）: 0°, 120°。これらはエネルギーが高い不安定な 重なり形 (Eclipsed) です。
   • 極小（谷）: 60°, 180°。これらは安定な ねじれ形 (Staggered) です。
   • 計算されたエネルギー障壁も、実験値と同様に 約 12 kJ/mol になっていることを確認しましょう。
   
2. 回転の可視化:
   • ウィンドウ内の Play ボタンをクリック（またはスライダーを操作）します。
   • メイン画面の分子モデルがグラフと連動して回転し、構造変化がアニメーション表示されることを確認します。