Chem Chem Cher-ee: RHF/6-31G(d,p)レベルにおける過酸化水素の構造最適化・振動解析

Gaussian 09を用いた過酸化水素の構造最適化・および構造解析の計算について記述する。

まず、Gaussian 09 インプットファイル名は「H2O2.gjf」とした。モデル化学をRHF、基底関数を6-31G(d,p)とし、構造最適化と振動解析計算を実行した。分子座標はZ-matrixで記述した。

インプットファイルは TeraPad で編集した。以下に Gaussian 09 インプットを示す。

# RHF 6-31G(d,p) opt freq

H2O2

0 1
H1
O2 1 R1
O3 2 R2 1 A1
H4 3 R1 2 A1 1 A2

R1=0.950
R2=1.475
A1=94.8
A2=120.0

二面体角A2(D1としてもよい)の下は空行を2行必要とする。

これを Gaussian 09 で計算すると、以下の結果が得られた。

E(RHF) ： -150.77696538 a.u.
Point Group ： C₂
O-O 結合距離： 1.39588 Å
O-H 結合距離： 0.94567 Å
H-O-O 結合角： 102.31184 °
内部回転角： 116.33338 °
対称 XY 伸縮振動： 4153.1142 cm^-1
対称 XX 伸縮振動： 1149.1668 cm^-1

対称 YXX 変角振動： 1615.0643 cm^-1
逆対称 XY 伸縮振動： 4153.9529 cm^-1

YXX 変角振動： 1473.7488 cm^-1
ねじれ振動： 385.8429 cm^-1

過酸化水素は主回転軸 C₂ のみをもっているので C₂ 対称性となる。

文献値^*1によると、O-O 結合距離は 1.475 Å、O-H 結合距離は 0.950 Å、H-O-O結合角は 94.8 °、内部回転角は 120.0 °である。

文献値^*2によると、対称 XY 伸縮振動は 3607 cm^-1、対称 XX 伸縮振動 1394 cm^-1、対称 YXX 変角振動 864 cm^-1、逆対称 XY 伸縮振動 3608 cm^-1、YXX 変角振動 1266 cm^-1、ねじれ振動 317 cm^-1である。

以下に、構造最適化された過酸化水素と各振動のアニメーションを図示する。