JP2003012566A - Molecular simulation method - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、棒状分子の高次構
造を予測するための分子シミュレーション方法、並びに
分子に任意の引力を与えた際に、高次構造がどのように
変化し、また、温度に対してどのような挙動をするかを
予測する結晶構造予測分子シミュレーション方法に関す
る。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a molecular simulation method for predicting the higher-order structure of a rod-shaped molecule, and how the higher-order structure changes when an arbitrary attractive force is applied to the molecule, and The present invention relates to a crystal structure prediction molecular simulation method for predicting what behavior behaves with respect to temperature.
【０００２】[0002]
【従来技術】最近の情報化社会の発展とともに、電子情
報と人間をつなげる接点であるディスプレイやハードコ
ピーの技術の重要性がますます高まっている。昔から情
報媒体として使われている“紙”の有効性は、単に携帯
性や保存性だけではなく、人間の情報認識方法や思考方
法と関係している。そのため、ＣＲＴ やＬＣＤ など従
来の表示媒体だけでは十分ではなく、メモリー性があり
形態的にも画像品質の点でもペーパーライクな表示媒体
の実現が待たれている。2. Description of the Related Art With the recent development of an information-oriented society, the importance of display and hard copy technologies, which are the points of contact between electronic information and humans, is increasing. The effectiveness of "paper", which has been used as an information medium for a long time, is related not only to portability and storability but also to human information recognition methods and thinking methods. For this reason, conventional display media such as CRTs and LCDs are not enough, and there is a need for a paper-like display medium that has memory properties and is morphologically and image-quality.
【０００３】このような表示媒体への要求に対し、記録
材料側からのアプローチとしてさまざまなリライタブル
記録媒体が検討されてきた。特に実用性の高さから熱エ
ネルギーの制御で書き替え可能な記録媒体の開発が盛ん
に行われている。たとえば、高分子中に脂肪酸粒子を分
散した複合膜の透明・白濁変化を利用したリライタブル
記録媒体は、すでに磁気カード用の表示媒体として広く
使われている。さらにハードコピーに近い白地に黒発色
画像の形成が可能なリライタブル記録媒体を得るため、
ロイコ染料の可逆発色現象の利用が考えられた。Various rewritable recording media have been studied as an approach from the recording material side to meet the demand for such a display medium. In particular, a rewritable recording medium is being actively developed by controlling thermal energy because of its high practicality. For example, a rewritable recording medium that utilizes the transparent / white turbidity change of a composite film in which fatty acid particles are dispersed in a polymer has already been widely used as a display medium for magnetic cards. Furthermore, to obtain a rewritable recording medium capable of forming a black color image on a white background similar to a hard copy,
The use of the reversible coloring phenomenon of leuco dyes was considered.
【０００４】代表的なロイコ染料は一般的な感熱記録紙
に用いられているフルオラン化合物であり、顕色剤と呼
ばれる酸性物質の作用によりラクトン環が開き発色す
る。感熱紙ではこの発色状態を安定にとり得るロイコ染
料と顕色剤との組み合わせが用いられているが、基本的
にはロイコ染料の発色反応は可逆的であり、たとえば塩
基性物質の作用によって消色することがわかっている。A typical leuco dye is a fluoran compound used in general heat-sensitive recording paper, and its lactone ring opens to develop color by the action of an acidic substance called a color developer. In thermal paper, a combination of a leuco dye and a color developer that can stabilize this color development state is used, but basically the color development reaction of the leuco dye is reversible, and for example, the action of a basic substance erases the color. I know I will.
【０００５】リライタブル記録媒体では、十分な発色濃
度が得られ、画像が完全に消去できる発色・消色特性を
もつことは前提であるが、発色画像の熱安定性と消色速
度も実用的に重要な特性となる。特に、使用環境や書き
替え処理時間から考えると、発色画像の耐熱性は高く、
なるべく速く消去できることが要求される。このような
特性には、長鎖型顕色剤の分子集合構造形成能がかかわ
っていると考えられる。It is premised that the rewritable recording medium has sufficient coloring density and has a coloring / decoloring characteristic capable of completely erasing the image, but the thermal stability and the erasing speed of the colored image are also practical. It becomes an important characteristic. In particular, considering the usage environment and the rewriting processing time, the color images have high heat resistance,
It is necessary to be able to erase as quickly as possible. It is considered that such characteristics are related to the ability of the long-chain type developer to form a molecular assembly structure.
【０００６】しかしながら、走査型トンネル顕微鏡（Ｓ
ＴＭ）のような分子の形を計測できる手法をもってして
も、実験的にこのような特性が分子のどのような性質に
影響されているかを明らかにすることが非常に困難であ
った。さらに透過型電子顕微鏡(ＴＥＭ)で高次構造の解
析を行う場合、結晶性が高い材料においては高次構造が
ある程度判別可能であるが、結晶性が低い材料では高次
構造を明らかにすることができなかった。However, the scanning tunneling microscope (S
It has been very difficult to experimentally clarify what kind of properties these molecules have, even with a method capable of measuring the shape of molecules such as TM). Furthermore, when analyzing higher-order structures with a transmission electron microscope (TEM), higher-order structures can be distinguished to some extent in materials with high crystallinity, but higher-order structures should be clarified in materials with low crystallinity. I couldn't.
【０００７】長鎖型分子のシミュレーションによる分子
集合構造の解析は、液晶分子においてこれまで幾つかの
検討が行われ、実験結果を再現するシミュレーション方
法が提案されている。例えば、青木圭子、秋山鉄夫、
（物性研究、vol.68,No.3,p.316-319,(1997)）らは、分
子のどのような性質が液晶の秩序相を形成するかを明ら
かにすべく、圧力一定のもとでの分子動力学シミュレー
ションを行っている。ここでは、液晶相が出現する必要
条件の一つである「形状の異方性をもつ」という特徴だ
けを考慮した単純な模型でも、昇温過程においてスメク
チックおよびネマチック液晶を経て異方性液体に相転移
することを示した。この計算例では液晶分子を粗視化し
て計算を行っており、大局的に現象を理解することはで
きるもののより具体的な、分子それぞれの個性を考慮し
た計算はなされていない。Regarding the analysis of the molecular assembly structure by the simulation of the long-chain type molecule, some studies have been conducted so far on the liquid crystal molecule, and a simulation method for reproducing the experimental result has been proposed. For example, Keiko Aoki, Tetsuo Akiyama,
(Physical properties research, vol.68, No.3, p.316-319, (1997)) et al. Have investigated the property of molecules to form an ordered phase of liquid crystals by applying a constant pressure. We are doing a molecular dynamics simulation with. Here, even a simple model that considers only the characteristic of having a shape anisotropy, which is one of the necessary conditions for the appearance of a liquid crystal phase, becomes an anisotropic liquid via smectic and nematic liquid crystals in the process of heating. It showed a phase transition. In this calculation example, the liquid crystal molecules are coarse-grained in the calculation, and although the phenomenon can be understood in a global scale, more specific calculation considering individual characteristics of each molecule is not performed.
【０００８】また、岡崎進、（日本原子力研究所JAERI-
Conf，p.54-72,(1998)）は、脂質二重層膜の長時間分子
動力学シミュレーションを行い、脂質分子の構造や運
動、さらに膜を特徴づける揺らぎを、ナノ秒スケールの
計算で調べている。ここでの計算はアトミックスケール
の計算であり、前者と異なって分子それぞれの個性を考
慮した計算が可能となっているが、計算時間が数ヶ月と
非常に長期間かかるという問題がある。Also, Susumu Okazaki (JAERI-JAERI-
Conf, p.54-72, (1998)) conducts long-term molecular dynamics simulations of lipid bilayer membranes and investigates the structures and movements of lipid molecules and the fluctuations that characterize the membranes, using nanosecond-scale calculations. ing. The calculation here is an atomic scale calculation, and unlike the former, it is possible to consider the individuality of each molecule, but there is the problem that the calculation takes a very long period of several months.
【０００９】また、たとえこれらの方法を用いたとして
も、長鎖型顕色剤の分子挙動が実験結果と合致するよう
な分子動力学シミュレーションはできない。Even if these methods are used, it is not possible to carry out a molecular dynamics simulation in which the molecular behavior of the long-chain type developer matches the experimental result.
【００１０】また特願２０００−２６６９１６号の発明
では、計算は、Δｔ＝１ｆｓを用い、始め１０００Ｋに
て４ｎｓｅｃ計算を行い、熱平衡状態を実現させた上
で、次いで温度を１ｎｓｅｃの間に４００Ｋまで低下さ
せた。その後、４ｎｓｅｃ計算を続けた。しかしなが
ら、これでは計算時間が１週間以上必要となり、パラメ
ーターを変えて計算をすることを考えると多大な計算時
間がかかることで、実用上問題があった。Further, in the invention of Japanese Patent Application No. 2000-266916, the calculation is performed using Δt = 1 fs, the calculation is first performed at 1000 K for 4 nsec to realize a thermal equilibrium state, and then the temperature is increased to 400 K during 1 nsec. Lowered. After that, the calculation of 4 nsec was continued. However, this requires a calculation time of one week or more, and considering that the calculation is performed by changing the parameters, it takes a lot of calculation time, which is a practical problem.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、実験
的な方法では分子の高次構造の解析を容易に行うことが
できないという問題があった。また従来のシミュレーシ
ョン方法では前述したように粗視化したモデルでは、比
較的短時間でシミュレーションによる高次構造解析が可
能であるが、分子設計に応用できるわけではなく、一方
アトミックスケールのシミュレーションでは膨大な計算
時間がかかり、現実的には不可能であるといった問題が
あった。また本発明に近い発明である特願２０００−２
６６９１６号の発明でも計算時間が長く実際的には使用
できないものであった。As described above, there is a problem that the experimental method cannot easily analyze the higher-order structure of the molecule. Moreover, in the conventional simulation method, the coarse-grained model as described above enables higher-order structure analysis by simulation in a relatively short time, but it cannot be applied to molecular design. There is a problem that it takes a long time to calculate and it is impossible in reality. Also, Japanese Patent Application No. 2000-2, which is an invention close to the present invention.
Even the invention of No. 66916 has a long calculation time and cannot be practically used.
【００１２】本発明の目的は、短時間の計算時間で分子
それぞれの個性を考慮できるシミュレーション方法を提
供することにある。また、本発明の別の目的は、分子組
成が変化したときに、または温度条件が変化したとき
に、分子が形成する高次構造がどのような状態になるか
を明らかにできるシミュレーション方法を提供すること
にある。An object of the present invention is to provide a simulation method capable of considering the individual characteristics of each molecule in a short calculation time. Another object of the present invention is to provide a simulation method capable of clarifying the state of the higher-order structure formed by a molecule when the molecular composition changes or when temperature conditions change. To do.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような態様を有する。
（１）分子を大きな引力を及ぼす部位（モノマー）と、
それ以外でvan der Waals力程度の力が働く部分（モノ
マー）に分けて計算対象分子モデルを作成し、前記計算
対象分子モデルを必要数空間内に配置させてシミュレー
ションを行い、分子の高次構造を予測する分子シミュレ
ーション方法。分子モデルを配置させる空間は、密度か
ら決定される。密度は実際の実験環境を考慮して、シミ
ュレーションにより明らかにしたい物性から判断して決
定され、一義的に決まるものではない。分子モデルの必
要数は多いほど計算精度を上げることができて好ましい
ものである。しかしながら、現状の計算機速度では分子
モデル数には限界がある。したがって、モデル数は少な
すぎても境界条件の影響を受けやすいため適当ではな
い。そのために、６０以上１０００以下が適当な数字に
なる。しかしながら、分子モデル数はこれに限定される
ものではない。また、前記シミュレーションは分子動力
学法を用いた方法であり、分子モデルにおいて、非結合
性相互作用力として12-6 Lennard-Jonesポテンシャルを
用い、分子末端間においてのみ通常の２倍以上の値と
し、また３体力ポテンシャルを用いて結合の狭角度の動
き易さを組み込み、ポテンシャルパラメーターとしては
Dreidingのパラメーターを用いる。更に、前記分子動力
学法において、van der Waals力程度の力が働く部分が
直鎖アルキルであり、３０以上の分子モデルを２次元平
面において、密度が０．４以上１．２以下に設定し、原
子間の結合長さをＮＩＭＭ法により１．５３Åに固定
し、また計算方法にリンクセル法を適用する。
（２）前記（１）の分子シミュレーション方法におい
て、分子末端間における非結合性相互作用力が通常の３
倍以上９倍以下の値のパラメーターを用いる。
（３）前記（１）、（２）の分子シミュレーション方法
において、更に、分子末端以外である分子鎖の途中に通
常の２倍以上の非結合性相互作用力パラーメーターを導
入する。
（４）前記（１）の分子シミュレーション方法におい
て、分子末端間においてのみ通常の３倍以上９倍以下の
値であり、分子末端以外である分子鎖の途中に通常の２
倍以上の非結合性相互作用力パラメーターを導入する。
（５）前記（１）〜（４）の分子シミュレーション方法
において、計算スタート温度を５００Ｋ以上とする。
（６）前記（１）〜（５）の分子シミュレーション方法
において、計算スタートから所望の温度に到達するまで
に２００万ステップ以上の計算を実行する。
（７）前記（１）〜（６）の分子シミュレーション方法
において、計算スタート後に所望の温度に到達してから
４００万ステップ以上の計算を実行する。
（８）前記（１）〜（７）の分子シミュレーション方法
において、計算スタートから所望の温度に到達するまで
に２００万ステップ以上の計算を実行し、また所望の温
度に到達してから４００万ステップ以上の計算を実行す
る。
（９）前記（１）〜（８）の分子シミュレーション方法
において、計算する時間刻みであるΔｔが０．１ｆｓ
（フェムト秒）以上、好ましくは０．５ｆｓ以上であ
る。
（１０）前記（１）の分子シミュレーション方法におい
て、直鎖棒状分子を計算したときよりも、分子の途中で
屈曲したブーメラン形状の棒状分子の方が、分子の配列
速度がより速く、またより緻密にラメラ構造を形成す
る。
（１１）前記（１）の分子シミュレーション方法におい
て、直鎖棒状分子を計算したときよりも、分子の途中で
屈曲したブーメラン形状の棒状分子の方が、４２０Ｋ以
上の温度で計算を実行したときに分子配列がより速く、
アモルファス構造を形成する。
（１２）分子を大きな引力を及ぼす部位（モノマー）
と、それ以外でvan der Waals力程度の力が働く部分に
分けて計算対象分子モデルを作成し、前記計算対象分子
モデルを必要数空間内に配置させてシミュレーションを
行い、分子の高次構造を予測する分子シミュレーション
方法において、シミュレーションが分子動力学法を用い
た方法であり、分子モデルにおいて、非結合性相互作用
力として12-6Lennard-Jonesポテンシャルを用い、分子
末端間においてのみ通常の２倍以上の値とし、また３体
力ポテンシャルとして結合の狭角度の動き易さを組み込
み、ポテンシャルパラメーターとしてはDreidingのパラ
メーターを用い、van der Waals力程度の力が働く部分
が直鎖アルキルであり、１０以上の分子モデルを２次元
平面において、密度が０．４以上１．２以下に設定し、
原子間の結合長さをＮＩＭＭ法により固定して、また計
算方法にリンクセル法を適用し、３次元構造における２
面角（ねじれ角）を角度ポテンシャルとして入れ込んだ
分子シミュレーション方法。
（１３）前記（１）の分子シミュレーション方法におい
て、熱的に発色と消色を繰り返す表示システムにおい
て、ロイコ染料を発色させる顕色剤を用いたデバイス
で、前記顕色剤が長鎖アルキル基を有するフェノール系
化合物であり、計算した結果として、２次元平面に投影
した分子の形が直線でなくブーメラン形状を保持してい
る分子の方が速くラメラ構造を形成する。
（１４）前記（１３）の分子シミュレーション方法にお
いて、前記ブーメラン形状を保持している分子の屈曲し
ている部分の角度が１００度以上１７０度以下である。
（１５）前記（１３）の分子シミュレーション方法にお
いて、前記ブーメラン形状を保持している分子の屈曲し
ている部分の角度が１２０度以上１６０度以下である。
（１６）前記（１４）の分子シミュレーション方法にお
いて、前記記載ブーメラン形状を保持している分子の屈
曲している部分の角度が１００度以上１７０度以下であ
る分子が、実世界である３次元空間において分子の途中
に存在する２面角が１０度以上９０度以下である。
（１７）前記（１４）の分子シミュレーション方法にお
いて、前記ブーメラン形状を保持している分子の屈曲し
ている部分の角度が１００度以上１７０度以下である分
子が、実世界である３次元空間において分子の途中に存
在する２面角が９０度以上１７０度以下である部分が尿
素結合である。
（１８）前記（１４）の分子シミュレーション方法にお
いて、前記ブーメラン形状を保持している分子の屈曲し
ている部分の角度が１００度以上１７０度以下である分
子が、実世界である３次元空間において分子の途中に存
在する２面角が９０度以上１７０度以下である部分がウ
レタン結合である。
（１９）前記（１４）の分子シミュレーション方法にお
いて、前記ブーメラン形状を保持している分子の屈曲し
ている部分の角度が１００度以上１７０度以下である分
子が、実世界である３次元空間において分子の途中に存
在する２面角が９０度以上１７０度以下である部分がエ
ーテル結合である。The present invention has the following aspects in order to achieve the above object. (1) A site (monomer) that exerts a large attractive force on a molecule,
Other than that, the calculation target molecular model is created by dividing it into parts (monomers) where a force similar to the van der Waals force acts, and the calculation is performed by placing the calculation target molecular model in the required number space and observing the higher order structure of the molecule. Simulation method for predicting The space for placing the molecular model is determined from the density. The density is determined by the physical properties that one wants to clarify by simulation in consideration of the actual experimental environment, and is not uniquely determined. The larger the number of molecular models required, the higher the calculation accuracy, which is preferable. However, the number of molecular models is limited at the current computer speed. Therefore, even if the number of models is too small, it is not suitable because it is easily affected by boundary conditions. Therefore, a suitable number is 60 or more and 1000 or less. However, the number of molecular models is not limited to this. Further, the simulation is a method using a molecular dynamics method, and in the molecular model, 12-6 Lennard-Jones potential is used as the non-bonding interaction force, and the value is twice or more the usual value only between the molecular ends. , In addition, using the three-body force potential to incorporate the easiness of movement in a narrow angle of the bond, the potential parameter is
Use the parameter of Dreiding. Further, in the molecular dynamics method, a portion in which a force about van der Waals force acts is a linear alkyl, and a molecular model of 30 or more is set to have a density of 0.4 to 1.2 in a two-dimensional plane. , The bond length between atoms is fixed to 1.53Å by the NIMM method, and the link cell method is applied to the calculation method. (2) In the molecular simulation method of the above (1), the non-bonding interaction force between the molecular ends is usually 3
A parameter having a value of fold or more and 9 or less is used. (3) In the molecular simulation methods of (1) and (2) above, a non-bonding interaction force parameter twice or more the usual amount is introduced in the middle of the molecular chain other than the molecular end. (4) In the molecular simulation method of the above (1), the value is 3 times or more and 9 times or less of the normal value only between the molecular ends, and the normal 2
Introduce more than double non-binding interaction force parameter. (5) In the molecular simulation methods of (1) to (4) above, the calculation start temperature is set to 500 K or higher. (6) In the molecular simulation methods of the above (1) to (5), calculation is performed for 2 million steps or more from the start of calculation until the desired temperature is reached. (7) In the molecular simulation methods of the above (1) to (6), the calculation of 4 million steps or more is executed after the desired temperature is reached after the calculation is started. (8) In the molecular simulation methods of (1) to (7), the calculation is performed for 2 million steps or more from the start of calculation until the desired temperature is reached, and 4 million steps after the desired temperature is reached. Perform the above calculations. (9) In the molecular simulation methods of (1) to (8), Δt, which is a time step to be calculated, is 0.1 fs.
(Femtosecond) or more, preferably 0.5 fs or more. (10) In the molecular simulation method of the above (1), a boomeranged rod-shaped molecule bent in the middle of the molecule has a higher molecular alignment speed and a higher density than a linear rod-shaped molecule calculated. Form a lamella structure in the. (11) In the molecular simulation method of (1) above, when the calculation is performed at a temperature of 420 K or higher for the boomerang-shaped rod-shaped molecule that is bent in the middle of the molecule, than when the linear rod-shaped molecule is calculated. Faster molecular alignment,
Form an amorphous structure. (12) Sites that exert a large attractive force on molecules (monomers)
And other than that, create a calculation target molecular model by dividing it into parts where a force of about van der Waals force works, arrange the calculation target molecular model in the necessary number space and perform simulation to determine the higher-order structure of the molecule. In the molecular simulation method to predict, the simulation is a method using the molecular dynamics method, and in the molecular model, 12-6 Lennard-Jones potential is used as the non-bonding interaction force, and it is more than twice as much as usual only between the molecular ends. , And the ease of movement of the bond at a narrow angle is incorporated as the three-body force potential, and the Dreiding parameter is used as the potential parameter. In the two-dimensional plane, the molecular model is set to have a density of 0.4 or more and 1.2 or less,
The bond length between atoms is fixed by the NIMM method, and the link cell method is applied to the calculation method.
A molecular simulation method that incorporates the face angle (twist angle) as an angular potential. (13) In the molecular simulation method of (1) above, in a display system in which coloring and erasing are thermally repeated, a device using a developer that develops a leuco dye, wherein the developer has a long-chain alkyl group. It is a phenolic compound that has, and as a result of calculation, a molecule having a boomerang shape, rather than a straight line shape of the molecule projected onto a two-dimensional plane, forms a lamella structure faster. (14) In the molecular simulation method of (13) above, the angle of the bent portion of the molecule holding the boomerang shape is 100 degrees or more and 170 degrees or less. (15) In the molecular simulation method of (13) above, the angle of the bent portion of the molecule holding the boomerang shape is 120 degrees or more and 160 degrees or less. (16) In the molecular simulation method according to (14) above, a molecule in which the angle of the bent portion of the molecule holding the above-mentioned boomerang shape is 100 degrees or more and 170 degrees or less is a real world three-dimensional space. In, the dihedral angle existing in the middle of the molecule is 10 degrees or more and 90 degrees or less. (17) In the molecular simulation method according to (14) above, in the three-dimensional space that is the real world, molecules in which the angle of the bent portion of the molecule holding the boomerang shape is 100 degrees or more and 170 degrees or less A portion having a dihedral angle of 90 degrees or more and 170 degrees or less existing in the middle of the molecule is a urea bond. (18) In the molecular simulation method according to (14), a molecule in which the angle of the bent portion of the molecule holding the boomerang shape is 100 degrees or more and 170 degrees or less is measured in a three-dimensional space in the real world. The urethane bond is a portion having a dihedral angle of 90 degrees or more and 170 degrees or less existing in the middle of the molecule. (19) In the molecular simulation method according to (14), a molecule in which the angle of the bent portion of the molecule holding the boomerang shape is 100 degrees or more and 170 degrees or less is measured in a three-dimensional space in the real world. The portion having a dihedral angle of 90 degrees or more and 170 degrees or less existing in the middle of the molecule is an ether bond.
【００１４】分子動力学法（Molecular Dynamics:Ｍ
Ｄ）の概要
ＭＤ法に基づく計算方法の概要を以下、説明する。ＭＤ
法は基本的に古典力学のニュートンの運動方程式による
数値解析であり、分子集団系において時間に依存する物
理量が求められる。入力パラメーターとして粒子間の力
を用いるが、２体力を用いる場合が多い。力はポテンシ
ャルから容易に求められる。その他に、粒子数、体積、
粒子の質量、タイムステップ（時間刻み）や、分子の初
期配置等を入力する。 Molecular Dynamics (M)
Outline of D) An outline of the calculation method based on the MD method will be described below. MD
The method is basically a numerical analysis by Newton's equation of motion of classical mechanics, and a time-dependent physical quantity is obtained in a molecular collective system. The force between particles is used as an input parameter, but two-body force is often used. Force is easily obtained from potential. In addition, the number of particles, volume,
Enter the particle mass, time step, and initial molecule arrangement.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態を以
下に示す。計算の手法は、次のとおりである。
（１）分子構造を引力が大きい部分とそれ以外の部分の
ビーズモデルに置き換える。
（２）分子モデルを複数個用いて、２次元セル内に配置
する。
（３）初期の構造を高温でシミュレーションし、熱平衡
状態構造を発生させる。
（４）．温度を適当な時間の温度勾配で低下させ、安定
構造を作成する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention are shown below. The calculation method is as follows. (1) Replace the molecular structure with a bead model of a portion having a large attractive force and a portion other than that. (2) A plurality of molecular models are used and arranged in a two-dimensional cell. (3) Simulate the initial structure at high temperature to generate a thermal equilibrium structure. (4). The temperature is lowered with a temperature gradient for an appropriate time to create a stable structure.
【００１６】本発明におけるプログラムは、フォートラ
ンで作成し、Ｕｎｉｘワークステーションマシンである
コンパック製のＤＥＣαにて計算を実行した。計算を実
行するマシンとしてはコンパック製のマシンに限定され
る必要はない。他社の、例えばＩＢＭ製のＲＳ６０００
／ＳＰやＳＧＩ製のＲ１２０００等でもかまわない。The program in the present invention was created by Fortran, and the calculation was executed by the DECα manufactured by Compaq which is a Unix workstation machine. The machine that performs the calculations need not be limited to Compaq machines. RS6000 made by other companies, such as IBM
/ SP or SGI R12000, etc. may be used.
【００１７】例えば計算対象となる長鎖アルキル基を有
する化合物（ＣＨ3−（ＣＨ2）17−Ｃ6Ｈ4−ＯＨ：パラ
オクタデシルフェノール）をビーズモデルに置き換える
と、次のように表すことができる。
○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○
-○-◎
（ここで、○は「ＣＨ2」を、末端の○は「ＣＨ3」を、
◎は「Ｃ6Ｈ4−ＯＨ」を示す。また、ここでは「Ｃ
Ｈ2」をモノマーと定義する。）
そして、○の部分は次の式（１）に従って粒子間の相互
作用を行なう（ε＝ε 0とする）。For example, if a long-chain alkyl group to be calculated is
Compound (CH3-(CH2)17-C6HFour-OH: para
Octadecylphenol) with bead model
And can be expressed as:
○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○-○
-○-◎
(Here, ○ means “CH2, And ○ at the end is “CH3,
◎ means "C6HFour-OH "is shown. Also, here "C
H2Is defined as a monomer. )
And, the part of ○ is the mutual between the particles according to the following formula (1).
Act (ε = ε 0And).
【００１８】[0018]
【数１】 [Equation 1]
【００１９】一方、末端分子間の相互作用（◎の部分）
については、ε=６×ε0とする。つまり大きな引力が働
くことになる。モノマー間には狭角度の調和ポテンシャ
ルが３体間ポテンシャルとして入っている。角度の初期
値は１０９．４７１度である。より正確には図１の様な
モデルとなる。On the other hand, the interaction between the terminal molecules (part marked with ⊚)
Is set to ε = 6 × ε 0 . In other words, a large attractive force will work. A narrow-angle harmonic potential is contained between the monomers as a three-body potential. The initial value of the angle is 109.471 degrees. More precisely, the model is as shown in FIG.
【００２０】ＭＤ法の場合、この分子を等間隔に分子を
１００本、２００Åの２次元セル内に設置し、ボンド長
はＮＩＭＭ法により１．５３Åに固定して計算を実行し
た。計算速度の高速化させるためにリンクセル法を適用
した。温度は束縛法により制御した。角度のポテンシャ
ルは下記の式（２）のとおりである。In the case of the MD method, 100 molecules were placed at equal intervals in a two-dimensional cell of 200 Å, and the bond length was fixed to 1.53 Å by the NIMM method to carry out the calculation. The link cell method is applied to increase the calculation speed. The temperature was controlled by the restraint method. The potential of the angle is as shown in the following formula (2).
【００２１】[0021]
【数２】 [Equation 2]
【００２２】リンクセル法について
リンクセル法とは、系を正方形のセルで分割して、力の
計算時間を短縮する方法のことである。２次元の系で
は、実際相互作用を計算するのは、ある粒子の所属する
セルとその周りに隣接している８つのセル内だけでよく
なる。通常、粒子数が２倍になると計算時間は４倍にな
るが、この方法によって計算時間は約２倍で済むことに
なる。 Link Cell Method The link cell method is a method of shortening the force calculation time by dividing the system into square cells. In a two-dimensional system, it is only necessary to calculate the interaction within the cell to which a particle belongs and the eight cells adjacent to it. Normally, the calculation time is quadrupled when the number of particles is doubled, but the calculation time is approximately doubled by this method.
【００２３】ＮＩＭＭ法について
ＮＩＭＭ法とは、ボンドを拘束する方法である。一般的
なものにはGaussの方法とShakeの方法がある。それらの
長所を生かし、短所を改善したものがＮＩＭＭ法であ
る。Shakeの方法では拘束力を与える未定乗数λｎを決
定するのに反復計算が必要になるが、ＮＩＭＭ法では、
反復計算なしにλｎを決定できる。（λｎを決定するこ
とによってボンド長を固定できる。） NIMM Method The NIMM method is a method of restraining a bond. Common methods are Gauss's method and Shake's method. The NIMM method takes advantage of those advantages and improves the disadvantages. In Shake's method, iterative calculation is required to determine the undetermined multiplier λn that gives the binding force, but in the NIMM method,
Λn can be determined without iterative calculations. (The bond length can be fixed by determining λn.)
【００２４】Ｓｈａｋｅの方法について Shakeの方法とは、ボンド長にある許容誤差εを認めて Shake's method is the same as Shake's method in that there is an allowable error ε in the bond length.
【００２５】[0025]
【数３】
｛上式において、Rn（ｔ）は粒子ｎの時刻tでの位置、D
ｎはボンド長（今回は１．５３Å）を表している。｝[Equation 3] {In the above equation, Rn (t) is the position of particle n at time t, D
n is the bond length (1.53Å this time). }
【００２６】となるまで、未定乗数λｎの決定のための
繰り返し計算を行う。Shakeの方法の欠点はこの繰り返
し計算にある。Iterative calculation for determining the undetermined multiplier λn is performed until The drawback of Shake's method lies in this iterative calculation.
【００２７】計算は、Δｔ＝１ｆｓを用い、始め１００
０Ｋにて１ｎｓｅｃ計算を行い熱平衡状態を実現させた
上で、次いで温度を１ｎｓｅｃの間に４００Ｋまで低下
させた。その後、４ｎｓｅｃ計算を続けた。得られた計
算結果は、分子がラメラ状に並んでいる構造を形成し
た。得られた構造の例を図２、３に示す。図２は発色状
態にある顕色剤の構造の計算結果を示す図であり、図３
は消色状態にある顕色剤の構造についての計算結果を示
す図である。この構造は、透過型電子顕微鏡写真および
走査型トンネル顕微鏡の実験から推定される構造と酷似
した。The calculation uses Δt = 1fs and starts at 100
A thermal equilibrium state was realized by performing 1 nsec calculation at 0 K, and then the temperature was lowered to 400 K during 1 nsec. After that, the calculation of 4 nsec was continued. The obtained calculation results form a structure in which the molecules are arranged in a lamellar shape. An example of the obtained structure is shown in FIGS. FIG. 2 is a diagram showing the calculation result of the structure of the color developing agent in the color-developed state.
FIG. 4 is a diagram showing a calculation result of the structure of a color developer in a decolored state. This structure was very similar to the structure deduced from transmission electron micrographs and scanning tunneling microscope experiments.
【図１】 パラオクタデシルフェノールのビーズモデル
を示す図FIG. 1 is a diagram showing a bead model of para-octadecylphenol.
【図２】 ＭＤによる計算結果を示す図（発色状態の顕
色剤）FIG. 2 is a diagram showing a calculation result by MD (color developing agent in a colored state).
【図３】 ＭＤによる計算結果を示す図（消色状態の顕
色剤）FIG. 3 is a diagram showing a calculation result by MD (developer in a decolored state).
Claims (19)
ー）と、それ以外でvan der Waals力程度の力が働く部
分に分けて計算対象分子モデルを作成し、前記計算対象
分子モデルを必要数空間内に配置させてシミュレーショ
ンを行い、分子の高次構造を予測する分子シミュレーシ
ョン方法において、シミュレーションが分子動力学法を
用いた方法であり、分子モデルにおいて、非結合性相互
作用力として12-6 Lennard-Jonesポテンシャルを用い、
分子末端間においてのみ通常の２倍以上の値とし、また
３体力ポテンシャルとして結合の狭角度の動き易さを組
み込み、ポテンシャルパラメーターとしてはDreidingの
パラメーターを用い、van der Waals力程度の力が働く
部分が直鎖アルキルであり、３０以上の分子モデルを３
次元空間において、密度を０．４以上１．２以下に設定
し、原子間の結合長さをＮＩＭＭ法により固定して、ま
た計算方法にリンクセル法を適用したことを特徴とする
分子シミュレーション方法。1. A calculation target molecular model is created by dividing a molecule into a part (monomer) that exerts a large attractive force and a part in which a force about the van der Waals force acts on other parts, and the calculation target molecule model is used in a necessary number space. In a molecular simulation method that predicts the higher-order structure of a molecule by arranging it inside a molecule, the simulation is a method that uses the molecular dynamics method, and in the molecular model, as a non-bonding interaction force, 12-6 Lennard -Using Jones potential,
A value that is more than twice the normal value only between the molecular ends, and incorporates the easiness of movement of the bond at a narrow angle as the three-body force potential, and uses the Dreiding parameter as the potential parameter, where the force of van der Waals force works Is a straight-chain alkyl, and 3 or more molecular models
In a dimensional space, a density is set to 0.4 or more and 1.2 or less, the bond length between atoms is fixed by the NIMM method, and the link cell method is applied to the calculation method. .
用力を通常の３倍以上９倍以下の値とすることを特徴と
する請求項１に記載の分子シミュレーション方法。2. The molecular simulation method according to claim 1, wherein the non-bonding interaction force between the molecular ends is set to a value that is 3 times or more and 9 times or less than the usual value.
の２倍以上の非結合性相互作用力を更に導入したことを
特徴とする請求項１又は２に記載の分子シミュレーショ
ン方法。3. The molecular simulation method according to claim 1, wherein a non-bonding interaction force that is twice or more the usual amount is further introduced in the middle of the molecular chain other than the molecular end.
端間においてのみ通常の３倍以上９倍以下の値であり、
分子末端以外である分子鎖の途中に通常の２倍以上の非
結合性相互作用力を導入したことを特徴とする請求項１
に記載の分子シミュレーション方法。4. The non-bonding interaction force has a value of 3 times or more and 9 times or less of a normal value only between molecular ends,
2. A non-bonding interaction force that is at least twice the normal force is introduced in the middle of the molecular chain other than at the terminal of the molecule.
The molecular simulation method described in.
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の分子
シミュレーション方法。5. The molecular simulation method according to claim 1, wherein a calculation start temperature is 500 K or higher.
までに２００万ステップ以上の計算を実行することを特
徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の分子シミュレ
ーション方法。6. The molecular simulation method according to claim 1, wherein the calculation is performed in 2 million steps or more from the start of the calculation until the desired temperature is reached.
から４００万ステップ以上の計算を実行することを特徴
とする請求項１〜６のいずれかに記載の分子シミュレー
ション方法。7. The molecular simulation method according to claim 1, wherein after the start of calculation, a calculation of 4 million steps or more is executed after reaching a desired temperature.
までに２００万ステップ以上の計算を実行し、また所望
の温度に到達してから４００万ステップ以上の計算を実
行することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載
の分子シミュレーション方法。8. The calculation is performed for 2 million steps or more from the start of calculation until the desired temperature is reached, and the calculation is performed for 4 million steps or more after the desired temperature is reached. Item 8. The molecular simulation method according to any one of Items 1 to 7.
ｓ（フェムト秒）以上であることを特徴とする請求項１
〜８のいずれかに記載の分子シミュレーション方法。9. The calculated time step Δt is 0.1f.
It is s (femtosecond) or more, and 1 characterized by the above-mentioned.
9. The molecular simulation method according to any one of to 8.
分子の途中で屈曲したブーメラン形状の棒状分子を計算
したときの方が、分子の配列速度がより速く、またより
緻密にラメラ構造を形成することを特徴とする請求項１
記載の分子シミュレーション方法。10. Compared to the case of calculating a linear rod-shaped molecule,
2. A boomerang-shaped rod-shaped molecule that is bent in the middle of a molecule has a higher molecular arrangement speed and a denser lamella structure when calculated.
The described molecular simulation method.
法を用いて直鎖棒状分子を計算したときよりも、分子の
途中で屈曲したブーメラン形状の棒状分子の方が、４２
０Ｋ以上の温度で計算を実行したときに分子配列がより
速く、アモルファス構造を形成することを特徴とする請
求項１記載の分子シミュレーション方法。11. Boomerang-shaped rod-shaped molecules that bend in the middle of the molecule are 42 more than when linear linear rod-shaped molecules are calculated using the molecular simulation method according to claim 1.
The molecular simulation method according to claim 1, wherein the molecular arrangement is faster and an amorphous structure is formed when the calculation is performed at a temperature of 0 K or higher.
マー）と、それ以外でvan der Waals力程度の力が働く
部分に分けて計算対象分子モデルを作成し、前記計算対
象分子モデルを必要数空間内に配置させてシミュレーシ
ョンを行い、分子の高次構造を予測する分子シミュレー
ション方法において、シミュレーションが分子動力学法
を用いた方法であり、分子モデルにおいて、非結合性相
互作用力として12-6 Lennard-Jonesポテンシャルを用
い、分子末端間においてのみ通常の２倍以上の値とし、
また３体力ポテンシャルとして結合の狭角度の動き易さ
を組み込み、ポテンシャルパラメーターとしてはDreidi
ngのパラメーターを用い、van der Waals力程度の力が
働く部分が直鎖アルキルであり、１０以上の分子モデル
を２次元平面において、密度が０．４以上１．２以下に
設定し、原子間の結合長さをＮＩＭＭ法により固定し
て、また計算方法にリンクセル法を適用し、３次元構造
における２面角（ねじれ角）を角度ポテンシャルとして
入れ込んだことを特徴とする２次元の分子シミュレーシ
ョン方法。12. A calculation target molecule model is created by dividing a molecule into a part (monomer) that exerts a large attractive force and a part in which a force about the van der Waals force acts on other parts, and the calculation target molecule model is used in a necessary number space. In a molecular simulation method that predicts the higher-order structure of a molecule by arranging it inside a molecule, the simulation is a method that uses the molecular dynamics method, and in the molecular model, as a non-bonding interaction force, 12-6 Lennard -Use the Jones potential, and set a value that is more than twice the normal value only between the ends of the molecule.
In addition, the ease of movement of the bond at a narrow angle is incorporated as the three-body potential, and Dreidi is used as the potential parameter.
Using the ng parameter, the part where a force of van der Waals force acts is linear alkyl, and the molecular model of 10 or more is set to have a density of 0.4 or more and 1.2 or less in a two-dimensional plane. A two-dimensional molecule characterized in that the bond length of is fixed by the NIMM method, the link cell method is applied to the calculation method, and the dihedral angle (twist angle) in the three-dimensional structure is inserted as an angular potential. Simulation method.
テムにおいて、ロイコ染料を発色させる顕色剤を用いた
デバイスで、前記顕色剤が長鎖アルキル基を有するフェ
ノール系化合物であり、計算した結果として、２次元平
面に投影した分子の形が直線の形状の分子よりもブーメ
ラン形状を保持している分子の方が速くラメラ構造を形
成することを特徴とする請求項１記載の分子シミュレー
ション方法。13. A display system, which uses a developer that develops a leuco dye in a display system in which color development and decoloration are thermally repeated, wherein the developer is a phenolic compound having a long-chain alkyl group. The molecular simulation according to claim 1, wherein, as a result, a molecule having a boomerang shape whose molecule shape projected onto a two-dimensional plane has a lamella structure faster than a molecule having a linear shape. Method.
子の屈曲している部分の角度が１００度以上１７０度以
下であることを特徴とする請求項１３に記載の分子シミ
ュレーション方法。14. The molecular simulation method according to claim 13, wherein the angle of the bent portion of the molecule holding the boomerang shape is 100 degrees or more and 170 degrees or less.
子の屈曲している部分の角度が１２０度以上１６０度以
下であることを特徴とする請求項１３に記載の分子シミ
ュレーション方法。15. The molecular simulation method according to claim 13, wherein an angle of a bent portion of the molecule holding the boomerang shape is 120 degrees or more and 160 degrees or less.
子の屈曲している部分の角度が１００度以上１７０度以
下である分子が、実世界である３次元空間において分子
の途中に存在する２面角が１０度以上９０度以下である
ことを特徴とする請求項１４に記載の分子シミュレーシ
ョン方法。16. A molecule in which a molecule having a boomerang shape has an angle of a bent portion of 100 degrees or more and 170 degrees or less in the middle of the molecule in a three-dimensional space in the real world. The molecular simulation method according to claim 14, wherein the angle is 10 degrees or more and 90 degrees or less.
子の屈曲している部分の角度が１００度以上１７０度以
下である分子が、実世界である３次元空間において分子
の途中に存在する２面角が９０度以上１７０度以下であ
る部分が尿素結合であることを特徴とする請求項１４に
記載の分子シミュレーション方法。17. A two-faced molecule in which the angle of the bent portion of the molecule holding the boomerang shape is 100 degrees or more and 170 degrees or less exists in the middle of the molecule in a three-dimensional space in the real world. The molecular simulation method according to claim 14, wherein a portion having an angle of 90 degrees or more and 170 degrees or less is a urea bond.
子の屈曲している部分の角度が１００度以上１７０度以
下である分子が、実世界である３次元空間において分子
の途中に存在する２面角が９０度以上１７０度以下であ
る部分がウレタン結合であることを特徴とする請求項１
４に記載の分子シミュレーション方法。18. A biplane in which a molecule having a boomerang shape in which a bent portion has an angle of 100 degrees or more and 170 degrees or less exists in the middle of the molecule in a three-dimensional space in the real world. The urethane bond is a portion having an angle of 90 degrees or more and 170 degrees or less.
4. The molecular simulation method described in 4.
子の屈曲している部分の角度が１００度以上１７０度以
下である分子が、実世界である３次元空間において分子
の途中に存在する２面角が９０度以上１７０度以下であ
る部分がエーテル結合であることを特徴とする請求項１
４に記載の分子シミュレーション方法。19. A biplane having molecules in which the angle of the bent portion of the molecule holding the boomerang shape is 100 degrees or more and 170 degrees or less exists in the middle of the molecule in a three-dimensional space in the real world. The portion having an angle of 90 degrees or more and 170 degrees or less is an ether bond.
4. The molecular simulation method described in 4.
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