| 科目名[英文名] | |||||
| 有機材料構造特論Ⅰ [Structures of Organic Materials I] | |||||
| 区分 | 前期課程科目 | 選択必修 | 単位数 | 2 | |
| 対象学科等 | 対象年次 | ～ | 開講時期 | 1学期 | |
| 授業形態 | 1学期 | 時間割番号 | 1060211 | ||
| 責任教員 [ローマ字表記] | |||||
| 尾﨑 弘行, 岡本 昭子 [OZAKI Hiroyuki, OKAMOTO Akiko] | |||||
| 所属 | 工学部 | 研究室 | メールアドレス | ||
| 概要 |
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有機材料は有機分子の集合体であり、有機材料の特性のかなりの部分が構成分子によって決まる。分子の構造・反応・機能を決めるのは電子のふるまいであるから、分子の電子構造に注目して有機材料の設計を行うことは重要である。本講義では、関連する学部科目に引き続き電子構造を検討する方法と電子構造に基づいて分子の特性を論ずる方法を学ぶ。 Google Classroom クラスコード：l4kqyyz |
| 到達基準 |
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(1) 各自の専門の研究に専念している間に失われたミクロな物理化学に関する素養の回復を図る。 (2) 紙と鉛筆で分子の電子構造、安定性、反応性を検討する能力を身につける。 (3) 将来各自の研究で必要が生じたときに、量子化学計算を実行したり、関連論文を読破したりできるように、独力でさらなる学習を行うための足がかりをつくる。 本科目のディプロマ・ポリシーの観点：履修案内のカリキュラムマップを参照すること。 |
| 授業内容 |
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第 1 回：現時点でのミクロな物理化学を忘れた度合を認識するため簡単な復習テストを行う。正答率の芳しくない箇所を取り上げてヒントを与え、受講者が思い出すことを支援する。 第 2 回：前回の復習テストの結果を踏まえて、学部時代に学んだ基礎的な事項を復習する。項目としては、波動関数の意味、AO の形状とエネルギー、水素類似原子、多電子原子、変分原理、LCAO 近似、結合性 MO と反結合性 MO、Hueckel 近似等が想定される。 第 3 回： l 対 l の軌道相互作用の原理を復習後、2 対 1 の軌道相互作用の原理を導く。 第 4 回：群論を利用した MO の構築について復習後、幾何構造と電子構造の相関を Walsh ダイアグラムにより議諭する。 第 5 回：幾何構造－電子構造相関の実例を受講者に身近なポリマーで説明する。特に側鎖の立体配座が共役ポリマーの電子構造と特性を変え得ることを学ぶ。 第 6 回：カルボニル化合物、ベンゼン、複素環などのπ電子系を組み立てる。芳香族性について言及する。基本的分子に対する経験的計算の出力を解読する。 第 7 回：化学種 A の被占軌道と化学種 B の空軌道の相互作用は、A の HOMO と B の LUMO の間で最も効果的に起こり、両 MO の広がりが反応の位置選択制を支配することを学ぶ。 第 8 回：化学種 A、B が同時に 2 ヵ所で結合を作るため、軌道の広がりよりも対称性が反応の立体選択性を支配する場合や、1 分子を便宜的に 2 つに分けた部分構造同士の位相の合ったHOMO－LUMO 相互作用で生成物が決まる場合を学ぶ。 第 9 回：軌道位相の連続条件から反応の立体保持や反転を脱明する。軌道対称性の保存の観点から、軌道相関図を利用して対称許容反応か対称禁制反応か判別する。 第 10 回：有機分子とその集合体の電子構造をエネルギーと波動関数の両面から実験的に調べる方法と解析例について紹介する。 第 11 回：非経験的計算の基礎として、Li に対して 3 つの AO の積を試行関数として変分計算を行うと妙な結果が得られることを示し、Pauli の原理の重要性を再認識する。スピンと軌道の両方を考慮した波動関数 (スピン軌道) から成る、反対称化された波動関数 (Slater 行列式) をつくる。 第 12 回：Slater 行列式を試行関数として用いて基底状態のエネルギー期待値を算出する。 第 13 回：規格直交条件を付帯条件としてスピン軌道を変化させ､エネルギー期待値の極値を求めることにより、最良のスピン軌道の組を見出すための Hartree-Fock 方程式を得る。 第 14 回：空間軌道が LCAO で表される場合の Hartree-Fock 方程式 (Hartree-Fock-Roothaan 方程式) を求める。基底関数系について簡単に触れる。 第 15 回：非経験的計算の出力例を解説後、期末試験を行う。 |
| 履修条件・関連項目 |
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工学部有機材料化学科の量子化学 I・II および構造化学 (またはこれらと同等の科目) の単位を取得済みであること。 授業時間に加え、本学の標準時間に準ずる予習と復習を行うこと。 |
| テキスト・教科書 |
| 参考書 |
| 適宜プリントを配布する。 |
| 成績評価の方法 |
| 期末試験 50 %、平常点 (授業中の質疑応答; 下記参照) 50 %で評価する。 |
| 教員から一言 |
| 現実の系を単純化するための化学的モデルの意義と限界を理解するとともに､"ブラックボックス化" を極力避ける姿勢を身につけていただきたい。授業中に 1 人ずつ指名して質問するので、科学的な説明・議論を行う能力の涵養を図ることを期待する。 |
| キーワード |
| 軌道のエネルギー・広がり・対称性・相互作用、幾何構造－電子構造相関、化学反応性、Slater 行列式、Hartree-Fock (-Roothaan) 方程式 |
| オフィスアワー |
| 講義ある週の水曜日 18:00 - 19:00 |
| 備考１ |
| 初回のテストの結果が芳しくない場合は、より多くの回数を復習に充て、その分量の内容を最終回の方から割愛する場合がある。 |
| 備考２ |
| 参照ホームページ |
| 開講言語 |
| 日本語 |
| 語学学習科目 |
| 更新日付 |
| 2022/03/17 17:35:41 |