In this paper, we propose to compute the electronic circular dichroism (ECD) spectra of chiral molecules using a real-time propagation of the time-dependent Schrödinger equation (TDSE) in the space of electronic field-free eigenstates, by coupling TDSE with a given treatment of the electronic structure of the target. The time-dependent induced magnetic moment is used to compute the ECD spectrum from an explicit electric perturbation. The full matrix representing the transition magnetic moment in the space of electronic states is generated from that among pairs of molecular orbitals. In the present work, we show the ECD spectra of methyloxirane, of several conformers of L-alanine, and of the Λ-Co(acac)3 complex, computed from a singly excited ansatz of time-dependent density functional theory eigenstates. The time-domain ECD spectra properly reproduce the frequency-domain ones obtained in the linear-response regime and quantitatively agree with the available experimental data. Moreover, the time-domain approach to ECD allows us to naturally go beyond the ground-state rotationally averaged ECD spectrum, which is the standard outcome of the linear-response theory, e.g., by computing the ECD spectra from electronic excited states.

1.
P.
Lazzeretti
,
Adv. Chem. Phys.
75
,
507
(
1989
).
2.
P.
Lazzeretti
,
Handbook of Molecular Physics and Quantum Chemistry
(
Wiley
,
2003
), Vol. 3, p.
53
.
3.
C.
Diedrich
and
S.
Grimme
,
J. Phys. Chem. A
107
,
2524
(
2003
).
4.
T. D.
Crawford
,
Theor. Chem. Acc.
115
,
227
(
2006
).
5.
T. D.
Crawford
,
M. C.
Tam
, and
M. L.
Abrams
,
J. Phys. Chem. A
111
,
12057
(
2007
).
6.
I.
Warnke
and
F.
Furche
,
Wiley Interdiscip. Rev.: Comput. Mol. Sci.
2
,
150
(
2012
).
7.
S. S.
Andrews
and
J.
Tretton
,
J. Chem. Educ.
97
,
4370
(
2020
).
8.
N.
Berova
,
L. D.
Bari
, and
G.
Pescitelli
,
Chem. Soc. Rev.
36
,
914
(
2007
).
9.
M.
Scott
,
D. R.
Rehn
,
P.
Norman
, and
A.
Dreuw
,
J. Phys. Chem. Lett.
12
,
5132
(
2021
).
10.
N.
Niemeyer
,
M.
Caricato
, and
J.
Neugebauer
,
J. Chem. Phys.
156
,
154114
(
2022
).
11.
D. M.
Rogers
,
H.
Do
, and
J. D.
Hirst
,
Mol. Phys.
120
,
e2133748
(
2022
).
12.
M.
Schreiber
,
R.
Vahrenhorst
,
V.
Buss
, and
M. P.
Fülscher
,
Chirality
13
,
571
(
2001
).
13.
F.
Gendron
,
B.
Moore
 II
,
O.
Cador
,
F.
Pointillart
,
J.
Autschbach
, and
B.
Le Guennic
,
J. Chem. Theory Comput.
15
,
4140
(
2019
).
14.
A. E.
Hansen
and
T. D.
Bouman
,
J. Am. Chem. Soc.
107
,
4828
(
1985
).
15.
T. B.
Pedersen
,
H.
Koch
, and
K.
Ruud
,
J. Chem. Phys.
110
,
2883
(
1999
).
16.
J.
Kongsted
,
T. B.
Pedersen
,
A.
Osted
,
A. E.
Hansen
,
K. V.
Mikkelsen
, and
O.
Christiansen
,
J. Phys. Chem. A
108
,
3632
(
2004
).
17.
D. A.
Fedotov
,
S.
Coriani
, and
C.
Hättig
,
J. Chem. Phys.
154
,
124110
(
2021
).
18.
J. H.
Andersen
,
K. D.
Nanda
,
A. I.
Krylov
, and
S.
Coriani
,
J. Chem. Theory Comput.
18
,
1748
(
2022
).
19.
G.
Bringmann
,
K.-P.
Gulden
,
B.
Holger
,
J.
Fleischhauer
,
B.
Kramer
, and
E.
Zobel
,
Tetrahedron
49
,
3305
(
1993
).
20.
S.
Grimme
and
C.
Bannwarth
,
J. Chem. Phys.
145
,
054103
(
2016
).
21.
D.
Varsano
,
L. A.
Espinosa-Leal
,
X.
Andrade
,
M. A. L.
Marques
,
R.
di Felice
, and
A.
Rubio
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
11
,
4481
(
2009
).
22.
S.
Pipolo
,
S.
Corni
, and
R.
Cammi
,
Comput. Theor. Chem.
1040-1041
,
112
(
2014
).
23.
J. J.
Goings
and
X.
Li
,
J. Chem. Phys.
144
,
234102
(
2016
).
24.
J.
Mattiat
and
S.
Luber
,
Chem. Phys.
527
,
110464
(
2019
).
25.
J.
Mattiat
and
S.
Luber
,
J. Chem. Theory Comput.
18
,
5513
(
2022
).
26.
L.
Konecny
,
M.
Kadek
,
S.
Komorovsky
,
K.
Ruud
, and
M.
Repisky
,
J. Chem. Phys.
149
,
204104
(
2018
).
27.
E.
Makkonen
,
T. P.
Rossi
,
A. H.
Larsen
,
O.
Lopez-Acevedo
,
P.
Rinke
,
M.
Kuisma
, and
X.
Chen
,
J. Chem. Phys.
154
,
114102
(
2021
).
28.
W. D.
Liu
,
J. Q.
Wang
,
S. F.
Yuan
,
X.
Chen
, and
Q. M.
Wang
,
Angew. Chem., Int. Ed. Engl.
60
,
11430
(
2021
).
29.
O.
Baseggio
,
D.
Toffoli
,
G.
Fronzoni
,
M.
Stener
,
L.
Sementa
, and
A.
Fortunelli
,
J. Phys. Chem. C
120
,
24335
(
2016
).
30.
L.
Chang
,
O.
Baseggio
,
L.
Sementa
,
D.
Cheng
,
G.
Fronzoni
,
D.
Toffoli
,
E.
Aprà
,
M.
Stener
, and
A.
Fortunelli
,
J. Chem. Theory Comput.
14
,
3703
(
2018
).
31.
D.
Toffoli
,
A.
Russi
,
G.
Fronzoni
,
E.
Coccia
,
M.
Stener
,
L.
Sementa
, and
A.
Fortunelli
,
J. Phys. Chem. Lett.
12
,
5829
(
2021
).
32.
M.
Monti
,
M.
Stener
, and
M.
Aschi
,
J. Comput. Chem.
43
,
2023
(
2022
).
33.
D.
Toffoli
,
M.
Medves
,
G.
Fronzoni
,
E.
Coccia
,
M.
Stener
,
L.
Sementa
, and
A.
Fortunelli
,
Molecules
27
,
93
(
2022
).
34.
H.
Jang
,
N. J.
Kim
, and
J.
Heo
,
Comput. Theor. Chem.
1125
,
63
(
2018
).
35.
E.
Molteni
,
G.
Onida
, and
G.
Tiana
,
J. Phys. Chem. B
119
,
4803
(
2015
).
36.
J.
Autschbach
,
T.
Ziegler
,
S. J. A.
van Gisbergen
, and
E. J.
Baerends
,
J. Chem. Phys.
116
,
6930
(
2002
).
37.
J.
Autschbach
and
T.
Ziegler
,
J. Chem. Phys.
116
,
891
(
2002
).
38.
J.
Autschbach
,
S.
Patchkovskii
,
T.
Ziegler
,
S. J. A.
van Gisbergen
, and
E. J.
Baerends
,
J. Chem. Phys.
117
,
581
(
2002
).
39.
S.
Pipolo
and
S.
Corni
,
J. Phys. Chem. C
120
,
28774
(
2016
).
40.
E.
Coccia
,
J.
Fregoni
,
C. A.
Guido
,
M.
Marsili
,
S.
Pipolo
, and
S.
Corni
,
J. Chem. Phys.
153
,
200901
(
2020
).
41.
E.
Coccia
,
F.
Troiani
, and
S.
Corni
,
J. Chem. Phys.
148
,
204112
(
2018
).
42.
E.
Coccia
and
S.
Corni
,
J. Chem. Phys.
151
,
044703
(
2019
).
43.
44.
P.
Grobas Illobre
,
M.
Marsili
,
S.
Corni
,
M.
Stener
,
D.
Toffoli
, and
E.
Coccia
,
J. Chem. Theory Comput.
17
,
6314
(
2021
).
45.
G.
Dall’Osto
,
E.
Coccia
,
C. A.
Guido
, and
S.
Corni
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
22
,
16734
(
2020
).
46.
G.
Dall’Osto
and
S.
Corni
,
J. Phys. Chem. A
126
,
8088
(
2022
).
47.
J. C.
Tremblay
,
T.
Klamroth
, and
P.
Saalfrank
,
J. Chem. Phys.
129
,
084302
(
2008
).
48.
J. C.
Tremblay
,
S.
Klinkusch
,
T.
Klamroth
, and
P.
Saalfrank
,
J. Chem. Phys.
134
,
044311
(
2011
).
49.
P.
Saalfrank
,
F.
Bedurke
,
C.
Heide
,
T.
Klamroth
,
S.
Klinkusch
,
P.
Krause
,
M.
Nest
, and
J. C.
Tremblay
,
Adv. Quantum Chem.
81
,
15
(
2020
).
50.
F.
Bedurke
,
T.
Klamroth
, and
P.
Saalfrank
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
23
,
13544
(
2021
).
51.
E.
Coccia
,
B.
Mussard
,
M.
Labeye
,
J.
Caillat
,
R.
Taïeb
,
J.
Toulouse
, and
E.
Luppi
,
Int. J. Quantum Chem.
116
,
1120
(
2016
).
52.
E.
Coccia
and
E.
Luppi
,
Theor. Chem. Acc.
135
,
43
(
2016
).
53.
E.
Luppi
and
M.
Head-Gordon
,
Mol. Phys.
110
,
909
(
2012
).
54.
E.
Luppi
and
M.
Head-Gordon
,
J. Chem. Phys.
139
,
164121
(
2013
).
55.
M.
Labeye
,
F.
Zapata
,
E.
Coccia
,
V.
Véniard
,
J.
Toulouse
,
J.
Caillat
,
R.
Taïeb
, and
E.
Luppi
,
J. Chem. Theory Comput.
14
,
5846
(
2018
).
56.
E.
Coccia
and
E.
Luppi
,
Theor. Chem. Acc.
138
,
96
(
2019
).
57.
A. F.
White
,
C. J.
Heide
,
P.
Saalfrank
,
M.
Head-Gordon
, and
E.
Luppi
,
Mol. Phys.
114
,
947
(
2016
).
58.
E.
Coccia
,
R.
Assaraf
,
E.
Luppi
, and
J.
Toulouse
,
J. Chem. Phys.
147
,
014106
(
2017
).
59.
J. A.
Sonk
,
M.
Caricato
, and
H. B.
Schlegel
,
J. Phys. Chem. A
115
,
4678
(
2011
).
60.
J. A.
Sonk
and
H. B.
Schlegel
,
J. Phys. Chem. A
115
,
11832
(
2011
).
61.
H. B.
Schlegel
,
S. M.
Smith
, and
X.
Li
,
J. Chem. Phys.
126
,
244110
(
2007
).
62.
N.
Tancogne-Dejean
,
M. J. T.
Oliveira
,
X.
Andrade
,
H.
Appel
,
C. H.
Borca
,
G.
Le Breton
,
F.
Buchholz
,
A.
Castro
,
S.
Corni
,
A. A.
Correa
 et al.,
J. Chem. Phys.
152
,
124119
(
2020
).
63.
T. P.
Rossi
,
M.
Kuisma
,
M. J.
Puska
,
R. M.
Nieminen
, and
P.
Erhart
,
J. Chem. Theory Comput.
13
,
4779
(
2017
).
64.
S. A.
Fischer
,
C. J.
Cramer
, and
N.
Govind
,
J. Chem. Theory Comput.
11
,
4294
(
2015
).
65.
P.
Hoerner
,
M. K.
Lee
, and
H. B.
Schlegel
,
J. Chem. Phys.
151
,
054102
(
2019
).
66.
R.
Rüger
,
M.
Franchini
,
T.
Trnka
,
A.
Yakovlev
,
E.
van Lenthe
,
P.
Philipsen
,
T.
van Vuren
,
B.
Klumpers
, and
T.
Soini
, AMS 2022.1, SCM, Theoretical Chemistry,
Vrije Universiteit
,
Amsterdam, The Netherlands
,
2022
, http://www.scm.com.
67.
R. G.
Parr
and
W.
Yang
,
Density-Functional Theory of Atoms and Molecules
(
Oxford University Press
,
1989
), Vol. 1, p.
1989
.
68.
G.
te Velde
,
F. M.
Bickelhaupt
,
E. J.
Baerends
,
C.
Fonseca Guerra
,
S. J. A.
van Gisbergen
,
J. G.
Snijders
, and
T.
Ziegler
,
J. Comput. Chem.
22
,
931
(
2001
).
69.
A. D.
Becke
,
J. Chem. Phys.
98
,
5648
(
1993
).
70.
C.
Meinert
,
A. D.
Garcia
,
J.
Topin
,
N. C.
Jones
,
M.
Diekmann
,
R.
Berger
,
L.
Nahon
,
S. V.
Hoffmann
, and
U. J.
Meierhenrich
,
Nat. Commun.
13
,
502
(
2022
).
71.
M. E.
Casida
,
Recent Advances in Density Functional Methods: (Part I)
(
World Scientific
,
1995
), pp.
155
192
.
72.
T.
Yanai
,
D. P.
Tew
, and
N. C.
Handy
,
Chem. Phys. Lett.
393
,
51
(
2004
).
73.
A.
Kumar
,
S. E.
Toal
,
D.
DiGuiseppi
,
R.
Schweitzer-Stenner
, and
B. M.
Wong
,
J. Phys. Chem. B
124
,
2579
(
2020
).
74.
A.
Klamt
and
G.
Schüürmann
,
J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2
1993
,
799
805
.
75.
M.
Carnell
,
S. D.
Peyerimhoff
,
A.
Breest
,
K. H.
Gödderz
,
P.
Ochmann
, and
J.
Hormes
,
Chem. Phys. Lett.
180
,
477
(
1991
).
76.
R. C.
Fay
and
R. B.
Von Dreele
,
J. Am. Chem. Soc.
93
,
4936
(
1971
).
77.
K.
Hiramatsu
and
T.
Nagata
,
J. Chem. Phys.
143
,
121102
(
2015
).
78.
V.
Stadnytskyi
,
G. S.
Orf
,
R. E.
Blankenship
, and
S.
Savikhin
,
Rev. Sci. Instrum.
89
,
033104
(
2018
).
79.
M.
Oppermann
,
B.
Bauer
,
T.
Rossi
,
F.
Zinna
,
J.
Helbing
,
J.
Lacour
, and
M.
Chergui
,
Optica
6
,
56
(
2019
).
80.
M.
Kuronuma
,
T.
Sato
,
Y.
Araki
,
T.
Mori
,
S.
Sakamoto
,
Y.
Inoue
,
O.
Ito
, and
T.
Wada
,
Chem. Lett.
48
,
357
(
2019
).
81.
M.
Schmid
,
L.
Martinez-Fernandez
,
D.
Markovitsi
,
F.
Santoro
,
F.
Hache
,
R.
Improta
, and
P.
Changenet
,
J. Phys. Chem. Lett.
10
,
4089
(
2019
).
82.
A.
Sharma
,
S.
Athanasopoulos
,
E.
Kumarasamy
,
C.
Phansa
,
A.
Asadpoordarvish
,
R. P.
Sabatini
,
R.
Pandya
,
K. R.
Parenti
,
S. N.
Sanders
,
D. R.
McCamey
 et al.,
J. Phys. Chem. A
125
,
7226
(
2021
).
83.
M.
Cao
,
S. Q.
Newton
,
J.
Pranata
, and
L.
Schäfer
,
J. Mol. Struct.: THEOCHEM
332
,
251
(
1995
).
84.
S.
Blanco
,
A.
Lesarri
,
J. C.
López
, and
J. L.
Alonso
,
J. Am. Chem. Soc.
126
,
11675
(
2004
).
85.
J.
Fan
and
T.
Ziegler
,
Inorg. Chem.
47
,
4762
(
2008
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.