Gaussianによる遷移状態探索とIRC計算③

Posted at 2026-07-27

Gaussianによる遷移状態探索とIRC計算②

量子化学計算では、反応がどのような経路で進行するのかを調べるために、遷移状態（Transition State：TS）の探索や極限的反応座標（IRC：Intrinsic Reaction Coordinate）計算が広く利用されています。これらの計算を行うことで、反応物から生成物へ至る最小エネルギー経路（Minimum Energy Path）を解析し、想定した反応機構が妥当であるかを確認できます。

本記事では、GaussianとGaussViewを用いて遷移状態探索を行う方法から、振動計算による遷移状態の確認、IRC計算の設定、さらにIRC計算で得られた反応物・生成物側の構造を最適化する手順まで、一連の流れを解説します。これから反応機構解析を始める方や、TS計算・IRC計算の基本的な進め方を学びたい方は、ぜひ参考にしてください。

ミニマムエネルギーパス法・等高線図法を用いた遷移状態探索 : 入力ファイルの作成

ここでは、Diels-Alder反応を例に、Gaussianを用いたミニマムエネルギーパス法・等高線図法による遷移状態探索の手順を解説します。

まず、生成物の構造を作成します。

その後、GaussViewの[R]をクリックすると、[Redundant Coordinate Editor]が表示されます。

[Add]をクリックし、[Unidentified]を[Bond]、[Add]を[Scan Coordinate]に変更します。

次に、生成物側で形成される結合の原子を選択します。ここでは、C(1)とC(2)を順番にクリックし、[Take]を[10]、[Size]を[0.1]に設定します。

同様に、もう一方の結合についてもC(3)とC(4)を選択し、[Take]を[10]、[Size]を[0.1]に設定します。

ファイルを保存し、テキストエディタで開くと、以下のような入力ファイルが作成されています。

%chk=temp.chk
%mem=64GB
%nprocshared=52
# opt=modredundant hf/3-21g geom=connectivity

Title Card Required

0 1
 C                 -3.12499037   -2.69935111    0.05244915
 C                 -1.60676980   -2.73219738    0.06975846
 C                 -1.11092350   -1.25237842   -0.02366308
 C                 -1.71653961   -0.36922270    1.09349589
 C                 -3.27462850   -0.28809115    0.99234272
 C                 -3.80036509   -1.71282999    1.00195797
 H                 -0.04383033   -1.24601995    0.05489731
 H                 -1.26777402   -3.21493187    0.96247861
 H                 -1.23208406   -3.26264903   -0.78061301
 H                 -3.69104177   -3.32189382   -0.60855493
 H                 -1.44981809   -0.79846949    2.03663259
 H                 -1.31928290    0.62161083    1.02044776
 H                 -3.63529805    0.25190524    1.84276696
 H                 -3.59500900    0.20731997    0.09969265
 H                 -4.59039275   -2.01374909    1.65785736
 H                 -1.40775462   -0.84363565   -0.96691311

 1 2 1.0 6 1.0 10 1.0
 2 3 1.0 8 1.0 9 1.0
 3 4 1.0 7 1.0 16 1.0
 4 5 1.0 11 1.0 12 1.0
 5 6 1.0 13 1.0 14 1.0
 6 15 1.0
 7
 8
 9
 10
 11
 12
 13
 14
 15
 16

B 5 4 S 10 0.1
B 2 3 S 10 0.1

ここで、計算キーワードに[opt=modredundant]が設定されていることを確認してください。また、入力ファイルの最後には、以下の2行が追加されています。

[B 5 4 S 10 0.1]
[B 2 3 S 10 0.1]

これは、指定した2つの結合距離を変化させながら構造最適化を行うための設定です。

[B 5 4]と[B 2 3]は、それぞれ原子番号5と4、原子番号2と3の間の結合を反応座標として指定しています。

[S 10 0.1]は、指定した結合距離を0.1 Å刻みで10ステップ変化させることを意味します。

この計算によって、2つの結合距離を反応座標としたエネルギー変化を調べることができます。得られた結果を利用して等高線図を作成し、反応物から生成物へ至るミニマムエネルギーパスを探索します。