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Prediction of Phase Transition Behavior by Machine Learning to Interpret Molecular Arrangement and Application to Photofunctional Liquid Crystals

通过机器学习预测相变行为以解释分子排列及其在光功能液晶中的应用

基本信息

批准号：
22KJ1964
负责人：
須賀健介
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

分子の化学構造のみから分子集合体のバルク物性を予測することは、狙いの材料を開発する速度やコストを下げる点から重要である。このようなトランススケール科学の発展を目指し、当該年度は以下の3つの研究を行った。1.液晶データセット「LiqCryst」に含まれる化合物データを拡張し、2億件以上の液晶様構造を含むin silico液晶化合物ライブラリを構築した。ルールベース方式により、合成容易性の高い液晶様構造を大量生成した。生成した構造が「LiqCryst」に含まれているか、一般化合物データセット「ZINC15」に含まれているかを判断する分類評価を機械学習により行ったところ、in silicoライブラリ中の97%の構造が「LiqCryst」中の構造に類似していると評価された。このin silicoライブラリを用いることで、液晶の化合物空間上での教師なし学習など機械学習の幅を広げることができる。2.相転移エンタルピーの大きい分子群として期待される羽ばたく分子FLAPの集積挙動や光構造変化挙動を電子状態の調整により制御した。導入する置換基の種類を変えることで、結晶パッキング構造が変わること、また溶液状態において光構造変化が起こるか否かが変わることを明らかにした。この分子群は最終到達目標である「狙った相転移挙動を示す機能性液晶材料」を開発する際に基本骨格として用いられる可能性を秘めている。3.MD計算によりFLAP分子から記述子を生成する際に必要な力場を作成した。一般的な力場であるGAFFではFLAP分子のCOT二面角を過大評価する傾向があり、正確なパッキング予測や配座変化の活性化障壁の評価に問題があった。今回作成した力場により、FLAP分子の最安定COT二面角や配座変化の活性化障壁を量子化学計算の結果と同程度にしたMD計算が可能になった。これは妥当な記述子生成へと繋がることが期待される。

The chemical structure of molecules and the physical properties of molecular aggregates are predicted. The development speed and development speed of materials are important. This year, the following three research projects were carried out. 1. Liquid crystal structure "LiqCryst" contains more than 200 million liquid crystal structures containing silicone liquid crystal compounds. The liquid crystal structure is easy to synthesize and produced in large quantities. 97% of structures in "LiqCryst" are similar to structures in "ZINC15" and "ZINC15" are similar to structures in "LiqCryst". The liquid crystal compound is used in space for teaching and mechanical learning. 2. The phase shift of the large molecular group is expected to be controlled by the aggregation of the molecular FLAP and the change of the electronic state. The type of substitution group introduced is different from that of the crystal structure. The molecular group finally reaches the goal of "phase shift and movement, indicating the possibility of functional liquid crystal materials" when developing basic structures. 3. The necessary force field for calculating FLAP molecules General force field analysis of COT dihedral angle of FLAP molecules tends to be too large, correct prediction and evaluation of activation barriers. The most stable COT dihedral angle and activation barrier of FLAP molecule are calculated by quantum chemistry method. This is a good description of the child generation.