Development and Applications of Methods for Determination of Three-Dimensional Molecular Structures

点击翻译按钮获取中文摘要

分子の立体的な構造は活性や物性を決める重要な要素の1つであり，近年のコンピュータ性能の向上により高精度かつ大規模な3次元（3D）分子構造データの獲得と蓄積が可能になってきた。本研究では，データサイエンスの活発化と相まって今後さらに活発化すると予想される3D分子データ活用のための新技術の確立と実証を目指し，データ化学と離散情報学を融合させた効率的アルゴリズムを開発し，分子の3D幾何構造に関する応用研究を実施する。具体的には，我々が最近開発した汎用的3D分子類似度判定法G-RMSDを中心に新規アルゴリズムを開発し，分子設計や化学反応予測等における従来法では困難な問題の解決に挑戦する。令和３年度までに，(1)分子間のRMSD最小値の最適解を保証する厳密解法の開発・実装，(2) G-RMSDの数値演算のMATLABからOctave（フリーオープンソース）ベースへの移植，(3)化学応用のための分子動力学シミュレーションの実施を行った。令和４年度は特に上記3点目の化学応用について，分子動力学（MD）シミュレーションによる化学反応経路過程に存在する点としてサンプリングされる分子構造群を最もエネルギーの低い経路を辿る線で繋ぐ再安定経路を同定する新手法開発を重点的に進めた。具体的には，種々の小分子を対象に第一原理MD計算と網羅的な化学反応経路探索計算をそれぞれCP2KとGRRM（いずれもプログラムコード）を用いて実施し，基礎データを蓄積した。これと並行して，最安定経路同定のための手法を開発し，実装した。基礎データ計算とプログラム開発・実装は現在も継続中であり，令和5年度には化学応用の最初の成果を出す予定である。