chiropy 1.0.4

CHIROpy is a Gaussian binding tool for analyze chiroptical properties.

CHIROpy

Gaussian TD-DFT 計算のファイル生成とキラル光学特性解析を行うユーティリティプログラムです。

• GitHub
• PDF マニュアル

依存関係

Python 3.10 以上と、以下の Python パッケージを必要とします：

• NumPy
• RDKit
• OpenBabel
• NetworkX
• Matplotlib

また、OpenBabel 3.1.* のバイナリプログラムを必要とします。

インストール

# PyPI から最新版をインストール
pip install chiropy

# GitHub から最新版をインストール
pip install git+https://github.com/s-inoue0108/chiropy.git

# インストールの確認
pip list | grep chiropy

# CLI のテスト
chiropy --help

Gaussian インプットの生成 (chiropy ginp)

1分子の化学構造ファイルから、TD-DFT 計算用の Gaussian インプットを生成します。

# 化学構造ファイルからインプットを生成する
chiropy ginp -i *.mol

# ヘルプ
chiropy ginp --help

化学構造ソースとして利用可能なファイル形式は以下の通りです。

拡張子	説明	備考
mol	MDL mol ファイル (V2000/V3000)	1分子のもの
sdf	MDL sdf ファイル (V2000/V3000)	mol ファイルと同等/1分子のもの
mol2	mol2 ファイル	1分子のもの
xyz	xyz ファイル	1分子のもの
pdb	pdb ファイル	1分子のもの
cif	cif ファイル	1分子のもの
out	Gaussian アウトプットファイル	構造最適化後のアウトプットが適する
log	Gaussian アウトプットファイル	構造最適化後のアウトプットが適する

励起状態計算

TD-DFT 計算を用いた励起状態計算を行うためのインプットを生成します。

# 第1励起状態をターゲット・第3励起状態までを探索
# td(root=1, nstate=3) (デフォルト)
chiropy ginp -i *.mol 

# td(root=1, nstate=8)
chiropy ginp -i *.mol --nstate 8

# td(root=2, nstate=4)
chiropy ginp -i *.mol --root 2 --nstate 4

励起状態の構造最適化

--opt オプションを指定すると、--root で指定したターゲットの励起状態を構造最適化します。

# 第1励起状態を最適化
# td(root=1, nstate=3) opt
chiropy ginp -i *.mol --opt

# td(root=1, nstate=8) opt
chiropy ginp -i *.mol --nstate 8 --opt

# td(root=2, nstate=4) opt
chiropy ginp -i *.mol --root 2 --nstate 4 --opt

Gaussian の条件

DFT の汎関数

-f または --functional で指定可能です。デフォルトは b3lyp です。

# CAM-B3LYP に変更
chiropy ginp -i *.mol -f "cam-b3lyp"

基底関数系

-b または --basis で指定可能です。デフォルトは 6-31g(d) です。

# def2-TZVP に変更
chiropy ginp -i *.mol -b "def2tzvp"

# wB97X-D/6-311G(d,p) に変更
chiropy ginp -i *.mol -f "wb97xd" -b "6-311g(d,p)"

有効内殻ポテンシャル

--ecp で指定可能です。指定した ECP を重金属に自動で割り当てます。

# LanL2DZ を指定
chiropy ginp -i *.mol --ecp "lanl2dz"

# def2-SVP/def2-TZVP を指定
chiropy ginp -i *.mol -b "def2svp" --ecp "def2tzvp"

その他のオプション

• 総電荷の変更: -c [charge] (デフォルトは -c 0)
• スピン多重度の変更: -m [multiplicity] (デフォルトは -m 1)
• SCF 収束条件の変更: --scf tight など
• 出力ファイル名を指定 -o [filename]
• 出力ファイルの接尾辞の変更 -s [suffix] (デフォルトは -s "_tddft")
• 出力ファイルの拡張子の変更: -e com (デフォルトは -e gjf)
• Gaussian 出力のレベルの変更: --verbose 1 (デフォルトは --verbose 0)

Gaussian アウトプットの解析 (chiropy gout)

TD-DFT 計算のアウトプットファイルを読み取り、キラル光学特性に関わる物理量を計算して表示します。

# アウトプットファイルを解析する (*.out または *.log)
chiropy gout -i *.out

# ヘルプ
chiropy gout --help

各種物理量は、アウトプットファイルに含まれる電気遷移双極子モーメントの各成分 $(\mu_x, \mu_y, \mu_z)$ および磁気遷移双極子モーメントの各成分 $(m_x, m_y, m_z)$ から、以下のように算出されます。

物理量	記号	定義または計算式
電気遷移双極子モーメント	$\mu$, $\vert \boldsymbol{\mu} \vert$	$(\mu_x, \mu_y, \mu_z)$
磁気遷移双極子モーメント	$m$, $\vert \boldsymbol{m} \vert$	$(m_x, m_y, m_z)$
E-M Angle (deg)	$\theta_{\mu m}$	$\mathrm{Arccos} ~ \dfrac{\boldsymbol{\mu} \cdot \boldsymbol{m}}{\vert \boldsymbol{\mu} \vert \vert \boldsymbol{m} \vert}$
g 値	$g$	$4 \dfrac{\vert \boldsymbol{\mu} \vert \vert \boldsymbol{m} \vert}{\vert \boldsymbol{\mu} \vert^2 + \vert \boldsymbol{m} \vert^2} \cos \theta_{\mu m}$

ETDM および MTDM についてはベクトルを化学構造上にマッピング表示します。

GUI による表示

3次元化学構造をレンダリングし、ETDM および MTDM ベクトルを描画して GUI を表示します。

# GUI で表示
chiropy gout -i *.out

励起状態の選択

--state を指定することで、励起状態を選択することができます。デフォルトは 1 です。

# 第3励起状態の情報を表示
chiropy gout -i *.out --state 3

表示オプション

• --symbol: Ball-and-stick モデルの代わりに元素記号を表示 (より軽量にレンダリングできます)
• --showh: 水素を表示
• --notext: 各種テキストを非表示
• --dark: ダークテーマで表示

その他オプション

• --image: GUI を表示せず、画像をエクスポート
• --summary: GUI を表示せず、結果の概要を標準出力に表示

# state 2 の結果を水素付きで表示して、画像をエクスポート
chiropy gout -i *.out --state 2 --showh --image

# 結果のサマリーを表示
chiropy gout -i *.out --summary