化学者のための備忘録

1. 計算化学とは

　計算化学とは、量子化学や理論化学の問題をコンピュータを活用しながら方程式を解き、数値解を得ることを目的とした理論化学の一分野です。ここで言う方程式とはシュレディンガー方程式を近似した方程式であり、現在主流となっている計算手法はその近似方程式の違いによって大きく2つに分けられます。

　計算化学を上手に活用することで、分子の遷移状態や、反応経路、エネルギー、NMRやIRのスペクトルなどといった理論的パラメータを得ることができます。

　私がもっぱら専門としているのはこの中でも反応メカニズム解析であり、本ブログでは反応メカニズム解析にフィーチャーして記事を書いていく予定です。

2. 計算化学における注意

　計算化学は便利ですが、計算結果が必ず現実の系を正しく反映しているとは限らないことに注意が必要です。計算的には進行しうる活性化エネルギーの反応でも、実際には進行しないことはよくあります。最も信頼できるデータは実験データであり、計算化学は一般的にそれらを支持するものであるという理解が誠実なのではないかと思います。

　しかし、計算化学でないと見ることのできない反応の遷移状態や、実験的に確認することの難しいパラメータなど、計算化学の得意な場面は多く存在します。計算結果が何を意味し、どこまでの信頼性があり、どういった場面で活用可能なのかをよく吟味することが計算化学を用いる上では非常に重要と言えるでしょう。

3. Gaussianとは

　さて、冒頭述べましたように計算化学ではシュレディンガー方程式を近似した方程式を解くことで数値解を得ています。というのも、シュレディンガー方程式は水素原子や水素分子イオンといった非常に簡単な分子以外は解くことのできない方程式であるため、なんらかの近似処理をしてあげる必要があるためです。

　Gaussianとはそうやって近似された方程式を分子軌道法や密度汎関数法を用いて解析する世界で最も研究者に使われている計算化学プログラムです。

Gaussian | HPCシステムズ・計算化学ソリューション, https://www.hpc.co.jp/chem/software/gaussian/　より

Gaussianに計算をしてもらうためにはInputファイル（拡張子.com または.gjf ）と呼ばれるファイルを作成する必要があります。このInputファイルの作り方は今後まとめます。このInputファイルの指示に従って、Gaussianは入力された分子に関する計算を行います。

4. 計算の進め方(反応メカニズム解析)

　以下では反応メカニズム解析における計算の進め方を概説いたします。反応メカニズム解析において、計算は"Opt→Scan→TSopt→IRC→Opt"の順に進みます。これらの細かい解説は次回行います。簡単に説明すると、

Opt：作成した構造の最適化
Scan：遷移状態を探索する目的で分子の結合長や結合角などを動かす
TSopt：遷移状態の構造最適化
IRC：遷移状態を挟む初期物質と生成物の方向にそれぞれ構造を変化させる

となります。

参考文献

https://www2.itc.nagoya-u.ac.jp/pub/pdf/pdf/vol05_02/169_185kouza.pdf：分子軌道法計算プログラム Gaussian 03　－その 1－

1. Mendelay Desktopのインストール

　しばしば、Mendelay Reference Managerを入れている方がいらっしゃるかと思いますが、最近できたばかりのMendelay Reference Managerでは使い方を解説して下さっているサイト等が少なく、旧来より使用されていたMendelay Desktopの方がトラブルシューティングなどしやすく何かと便利な気がします。そのため、私もMendelay Desktopをおすすめいたします。

　Mendelay Desktop (というかMendelay Reference Managerがメインになっているのですが…)はこちらのリンクからダウンロードできます。中段のLern moreからダウンロードできました。

左上の赤字部分のDownload Nowではなく、中断のLearn moreからMendelay Desktopはインストールできました。

2. Citation Plugin for MS Word のインストール

　インストール後に最初に案内されるかと思いますが、Citation Plugin for MS Wordを入れましょう。もし、インストールしないまま先に行ってしまった場合は、画面上部のToolsからInstall MS Word Pluginを選択しましょう。

3. Wordで使い方の確認

　Microsoft Wordを開き、”参照設定“に以下の欄ができたことを確認しましょう。

　まずは、Insert or Edit Citationを押してみましょう。以下のような画面が出てくると思います。ここから、自分の引用したい文献の著者、タイトル、発行年を入力し、得られた論文を選択しましょう。(あらかじめ、適当な論文をMendelayにアップロードしておきましょう。)

　適当な論文を選択し、OKを選択しましょう。すると、その際においていたカーソル部分に以下のように(1)と書かれると思います。(自分の引用ルールによって(1)だったり[1]だったり、(名前年)だったりするとは思います。)

私はJournal of the American…というStyleで引用してみたため、(1)になりました。

　その後、いくつか引用が終了したら、最後に上部のInsert Bibliographyを選択しましょう。以下のように、引用した数だけ、引用リストが作成されます。これで、論文などで参考文献を作成する手間が省けました。

4. 参考文献の引用ルールをカスタマイズする

4-1. 参考文献引用フォーマットの編集サイトを開く

　自身が引用する際の引用スタイルを自己流に統一したい場合、まずはMendelay上でView > Citation Style > More Styles…を選択しましょう。

　自身の真似したいジャーナルが決まっていて、それが検索によって出てくる場合は最高なのですが、ほとんどそんなことは無いと思われますので、自己流のカスタマイズが必要です。その場合は、最も近いと思われるジャーナルを右クリックし、Edit Styleをクリックしましょう。(上側にあるGet More Stylesを選択して検索すると近しい候補が出てくると思います。)

私は、ACS Catalysisを編集の際の鋳型として選択しました。

4-2. INLINE CITATIONSを編集

　ここまでの操作がうまくいっている場合は、以下のような画面が表示されると思います。以下の画像について、各数字を説明いたします。

NLINE CITATIONS：文中の引用箇所に表示される引用マークです。Word上では、Insert or Edit Citationを押すことで表示された(1) とか[1]とか[管理人,2022]とかがこれに該当します。①の四角で囲われている部分は引用例になります。
BIBLIOGRAPHY：最後に参考文献をまとめる際に、表示する表記法が例として表示されています。
Title：なんてことはないです。自分がこれから作るカスタマイズされた引用形式に自分だけのタイトルを付けてあげましょう。

続いて、下記画像のように左側の① INLINE CITATIONSの欄にあるLayoutをクリックし、以下の画面に移ります。

Text formatting：引用符の書かれ方を設定します。Bold(太字)、アンダーバー、右上表示、または左下表示など、好きに選べます。
Affixes：引用符の前後に必ず表示する文字を設定できます。prefixに前側の文字、suffixに後ろ側の文字を入れます。例えば、(かっこ)、,(コンマ)などでしょうか。実は、この後のcitation-numberと書かれている欄に移った際にも同じ項目があるため、私はそこでこの(カッコ)を設定しました。delimaterは各項目を区切る際の区切り文字の指定ですが、引用符には関係が無いと思われます。(BIBLIOGRAPHYでまた出て来ます。)

　次に、Layoutの下側のcitation-number(variable)と書かれた場所(私の画面ではそうですが、各々異なる表記になっているかと思います。)をクリックします。すると、編集画面は以下のように変わると思います。（ちなみに、(名前, 年)の形式など、数字だけではない形式になっている人/したい人は細かい設定になっていると思いますが、すぐにはわかりませんでした。お力になれずすみません…。）

Type：通常はvariableだとは思いますが、macro(authorやtiitleなど決められたものを抜き出す。)、term(予めMendelay側で決められた文字？)、value(自分の好きな文字列)にも変更できるようです。variableではDOIなんかも設定できるみたいですね。
Text formatting：先ほどとほぼ同じですが、今回はAffixesにはこの変更は適用されません。すなわち、中の引用符の部分だけが変更の対象となっているようです。
Affixes：ここで[](カッコ)を設定いたしました。多分Layoutの方でやってても変わらないと思います。

4-3. BIBLIOGRAPHYを編集

　次はその下段にあるBIBLIOGRAPHYの編集に移ります。Layoutは先程と同じで、citation-numberも先程と同じと思われます。

author

　Namesで著者全体の書き方に関して指示が出せます。私は全ての著者を記述した後に,(コンマ)でジャーナル名に移りたいため、Affixesのsuffixを”,“にしました。

　Nameでは著者名の書き方について細かく指定できます。

delimiter：各著者の間の区切りの文字の指定です。ACSでは;(セミコロン)が主流です。
and：著者の最後の一人を書く前に”and”と書くか、”&”と書くか、もしくは何も書かないかを指定する欄です。
delimite-precedes-et-al：delimiterをet al.の前でも使うかどうかを設定できます。(例：K. Joe et al.→K Joe, et al.)
delimiter-precedes-last：et al.を用いない時、delimiterを最後の著者の前でも使うかどうかを設定できます。(例：Joe and Brown→Joe, and Brown)
et-al-min：下の6を参照。
et-al-use-last：et-al-min以上の著者がいた場合、et-al-use-first人までを表示してet al.を用いるという設定ができます。
et-al-use-last：よくわからないけれどfalseにしておきました。
initialize：著者の名前をイニシャル化するかどうかを設定できます。true一択です。
initialize-with：イニシャルを何の文字で表現するかを指定します。ピリオド一択です。
name-as-sort-order：それぞれの著者の名前を”名字-名前”で表示するか、”名前-名字”で表示するかを設定しているみたいです。
sort-separator：名前とイニシャルの間を何の文字で区切るかを指定します。

title

　論文のタイトルの表示方法ですが、ここまで来るともはや説明はほぼ要らない気がします。渡しの場合、論文のタイトルは表示する必要が無いため、項目自体を消します。

　まず、① EXAMPLE上でtitleに該当する部分をクリックすると、② 左記の項目におけるtitleに該当する階層に移動します。最後に、③ ボタン上で“–”をクリックすれば削除完了です。

最後に

　私の場合は、issue(カッコで囲われた数字、volumeの隣)を削除、DOIを削除、全体の末尾に存在したピリオドを削除して、自分好みの引用スタイルが完成しました。セミナー発表用はこのカスタマイズで、論文用ではDOIとissueを除いてタイトルは復活させる形になるかと思うので、それもそれで作れば良いのかなと思います。

　こうしてできた引用形式は、冒頭で触れたWordでのプラグインを用いる場合はもちろん使えますが、Mendelay Desktop上で論文を選択し、右クリック > Copy As > Formatted Citationからクリップボード上にコピー可能です。Power Pointなどでガンガン活用しましょう。

　何かわかりにくいところ等ありましたら、コメントで教えていただけましたら幸いです。お目通し頂きありがとうございました。

5. 余談

　ところで、et al.は本来ラテン語なのでイタリック表記が化学系では好まれていますが、その設定方法がわかりませんでした。しかし、et al.くらいならWordでもPower Pointでも全検索でet alをすべて選択し、イタリックに置換すればいいのでまあいっかという結論に落ち着きました。どなたかMendelay上での設定方法がわかればぜひ教えて下さい。

6. 追記(2023/08)

Mendelay Desktopは今はもうダウンロードすらできないみたいですね。残念です。Pythonなどを使ってうまく合流できるといいなと思いました。