JP2011198221A - Molecular structure construction system, method, program, and storage medium - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子間の結合次数を自動設定可能な分子構造構築システム、方法、プログラム、及び、記憶媒体に関する。 The present invention relates to a molecular structure construction system, method, program, and storage medium capable of automatically setting the bond order between atoms.
コンピュータの高性能化に伴い、ドラッグデザインなどの先端研究における分子軌道計算、分子動力学計算など理論化学計算のニーズが高まっている。これらの理論化学計算を実行するには、計算手法のみならず計算対象となる分子の構造を入力データに用いる必要がある。ドラッグデザインなどの先端研究では、分子動力学的手法を用いて物性を算出する状況が多々生じることから、適切な初期分子構造を構築する必要性が増している。このようなニーズから、分子構造構築の作業効率を向上させることを目的として、グラフィック表示機能を利用した分子設計システムが実用化されている。 As computer performance increases, the need for theoretical chemistry calculations such as molecular orbital calculations and molecular dynamics calculations in advanced research such as drug design is increasing. In order to execute these theoretical chemical calculations, it is necessary to use not only the calculation method but also the structure of the molecule to be calculated as input data. In advanced research such as drug design, there are many situations in which physical properties are calculated using molecular dynamics techniques, so the need to construct an appropriate initial molecular structure is increasing. In view of these needs, a molecular design system using a graphic display function has been put into practical use for the purpose of improving the work efficiency of molecular structure construction.
分子動力学計算では原子間に働く力場ポテンシャルを設定するために、適切な結合次数の情報を必要とする。従来より、ユーザがＧＵＩ上で結合軸を選択し、各結合軸について適切な結合次数を一つ一つ設定することが行われているが、原子数が多く構造が複雑な場合にはユーザへの負担が大きい。 Molecular dynamics calculations require information on the appropriate bond order in order to set the force field potential acting between atoms. Conventionally, a user selects a bond axis on the GUI and sets an appropriate bond order for each bond axis one by one. However, if the number of atoms is large and the structure is complicated, the user is notified. The burden of is great.
また単なる負担だけでは済まない問題として、低分子の場合には目視による結合軸の判別と修正が可能であっても、高分子では目視での判定が非常に困難な場合が生じる場面もある。このような問題に対して、結合次数の自動判定法として、任意に選択した２個の原子対の結合の強さを示す結合次数を計算し、その結果を用いて原子間の結合の有無を判定することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。 In addition, as a problem that cannot be dealt with just a burden, there are cases where it is very difficult to make a visual judgment with a polymer even though it is possible to discriminate and correct the bond axis with a low molecular weight. To solve this problem, the bond order indicating the strength of the bond between two arbitrarily selected atom pairs is calculated as an automatic method for determining the bond order, and the result is used to determine whether there is a bond between atoms. It has been proposed to determine (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上述した従来の手法では、事前に分子軌道計算を実行する必要が生じ、構造を表示するためだけに多大な計算が必要になってしまう。また結合次数の判定基準として特許文献１の段落００１８に示されている数１は、実際には2つの原子軌道に関する電子密度を表現しており、全ての原子軌道の考慮が必要な結合次数の判定に用いることは適切でない。
However, in the conventional method described above, it is necessary to perform molecular orbital calculation in advance, and a large amount of calculation is required only for displaying the structure. The
従って、各原子に設定されている原子軌道数と電子数を考慮した手法ではないため、各原子間結合に対して結合次数を適切に判定することができない、また、高分子であってもユーザに負担をかけることなく分子を設計することができない等の問題があった。 Therefore, it is not a method that takes into account the number of atomic orbitals and the number of electrons set for each atom, so the bond order cannot be properly determined for each interatomic bond. There was a problem that the molecule could not be designed without imposing a burden on.
開示の分子構造構築システムは、分子の原子配置に基づいて、配置された原子毎に電子数及び軌道数と結合後の末端状態を示す結合フラグとを対応させた原子データ構造と、原子間を結合する結合軸毎に結合次数を対応させた結合軸データ構造とを少なくとも有するデータ構造を記憶した記憶領域と、前記原子間を結合可能な距離閾値に従ってσ結合を行い、前記結合次数を１加算し、該σ結合された原子の電子数及び軌道数を１ずつ減算し、該減算によって末端原子になると前記結合フラグを更新するσ結合手段と、前記結合フラグを参照して、第一原子に前記σ結合される第二原子のうち、一の第二原子を残して他第二原子が末端である場合、該第一原子と該一の第二原子とにπ結合を行い、該電子数及び軌道数を１ずつ減算し、前記結合次数を１加算するπ結合手段と、を有するように構成される。 The disclosed molecular structure construction system is based on an atomic arrangement of molecules, an atomic data structure in which the number of electrons and orbitals and a bond flag indicating a terminal state after bonding are associated with each other, A storage area storing at least a data structure having a bond axis data structure in which a bond order is associated with each bond axis to be coupled, and a σ bond is performed according to a distance threshold that can bond the atoms, and the bond order is incremented by one. Subtracting the number of electrons and the number of orbits of the σ-bonded atom by one, σ-binding means for updating the bond flag when it becomes a terminal atom by the subtraction, and referring to the bond flag, Among the second atoms to be σ-bonded, when one second atom is left and the other second atom is a terminal, a π bond is made between the first atom and the one second atom, and the number of electrons And subtract the number of orbits one by one Π coupling means for adding 1 to a number.
上記手段を機能としてコンピュータが処理する方法、上記手段を機能としてコンピュータに実行させるためのプログラム、及び、そのプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体とすることもできる。 A method in which a computer processes the above means as a function, a program for causing a computer to execute the above means as a function, and a computer-readable storage medium storing the program can also be used.
開示の分子構造構築システムによって、分子の３次元構造構築に際し、構造に応じて原子間の結合次数を自動的に判断できるため、分子設計を容易に行うことができる。 The disclosed molecular structure construction system can automatically determine the bond order between atoms according to the structure when constructing a three-dimensional structure of the molecule, so that the molecular design can be easily performed.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。原子間結合に対して結合次数の自動判定を可能とする本実施例に係る分子の３次元構造構築処理を実行する分子構造構築システムは、図１に示されるようなハードウェア構成を成す。図１は、分子構造構築システムのハードウェア構成を示す図である。図１において、分子構造構築システム１００は、コンピュータによって制御される端末であって、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１と、メモリユニット１２と、表示ユニット１３と、出力ユニット１４と、入力ユニット１５と、通信ユニット１６と、記憶装置１７と、ドライバ１８とを有し、システムバスＢに接続される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The molecular structure construction system for executing the molecular three-dimensional structure construction processing according to the present embodiment that enables automatic determination of the bond order with respect to the interatomic bond has a hardware configuration as shown in FIG. FIG. 1 is a diagram showing a hardware configuration of a molecular structure construction system. In FIG. 1, a molecular
ＣＰＵ１１は、メモリユニット１２に格納されたプログラムに従って分子構造構築システム１００を制御する。メモリユニット１２には、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read-Only Memory）等が用いられ、ＣＰＵ１１にて実行されるプログラム、ＣＰＵ１１での処理に必要なデータ、ＣＰＵ１１での処理にて得られたデータ等を格納する。また、メモリユニット１２の一部の領域が、ＣＰＵ１１での処理に利用されるワークエリアとして割り付けられている。
The
表示ユニット１３は、ＣＰＵ１１の制御のもとに必要な各種情報を表示する。出力ユニット１４は、プリンタ等を有し、利用者からの指示に応じて各種情報を出力するために用いられる。入力ユニット１５は、マウス、キーボード等を有し、ユーザが分子構造構築システム１００が処理を行なうための必要な各種情報を入力するために用いられる。通信ユニット１６は、例えばインターネット、ＬＡＮ（Local Area Network）等に接続し、外部装置との間の通信制御をするための装置である。記憶装置１７には、例えば、ハードディスクユニットが用いられ、各種処理を実行するプログラム等のデータを格納する。
The
分子構造構築システム１００によって行われる処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read-Only Memory）等の記憶媒体１９によって分子構造構築システム１００に提供される。即ち、プログラムが保存された記憶媒体１９がドライバ１８にセットされると、ドライバ１８が記憶媒体１９からプログラムを読み出し、その読み出されたプログラムがシステムバスＢを介して記憶装置１７にインストールされる。そして、プログラムが起動されると、記憶装置１７にインストールされたプログラムに従ってＣＰＵ１１がその処理を開始する。尚、プログラムを格納する媒体としてＣＤ−ＲＯＭに限定するものではなく、コンピュータが読み取り可能な媒体であればよい。本実施例に係る処理を実現するプログラムは、通信ユニット１６によってネットワークを介してダウンロードし、記憶装置１７にインストールするようにしても良い。また、ＵＳＢ対応の分子構造構築システム１００であれば、ＵＳＢ接続可能な外部記憶装置からインストールするようにしても良い。更に、ＳＤカード等のフラッシュメモリ対応の分子構造構築システム１００であれば、そのようなメモリカードからインストールするようにしても良い。
A program for realizing the processing performed by the molecular
先ず、３次元分子構造構築について概要を図２で説明する。図２は、分子の３次元構造構築を説明するための図である。分子構造構築システム１００において、最初に、表示ユニット１３に表示されたＧＵＩ上に、ユーザによって原子配置が行われる（ステップＳＩ）。
First, an outline of the construction of a three-dimensional molecular structure will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining the construction of a three-dimensional structure of a molecule. In the molecular
表示ユニット１３のスクリーン上に作業用のメインウィンドウを持ち、メインウィンドウに表示される3次元分子構造の原子アイテムを、マウスなどのポインティングデバイスのクリックやドラッグアンドドロップかキーボード操作によって選択し、さらにメインウィンドウ上の3次元分子構造に対するマウスなどのポインティングデバイスのドラッグアンドドロップ、またはメインウィンドウのコマンドメニューに対するポインティングデバイスやキーボードでの選択、メインウィンドウ上のコマンドエリアに対するポインティングデバイスのドラッグアンドドロップ、もしくはキーボードによるファイルなどの入力により、ユーザによる原子配置、また、以降必要に応じてこのようにユーザによる操作が行われる。
It has a main window for work on the screen of the
次に、ＣＰＵ１１が、ユーザによって成された原子配置に係る情報に基づいて、距離がしき値以下となる原子間に結合軸を設定して（ステップＳＩＩ）、軌道数及び電子数に基づいて結合次数を設定し、結合次数を示した分子構造を表示ユニットに表示させる（ステップＳＩＩＩ）。
Next, the
ＣＰＵ１１によって実行されるステップＳＩＩ及びＳＩＩＩに係る分子の３次元構造構築処理は、図３に示す手順で行われる。図３は、分子の３次元構造構築処理の全体フローを示す図である。
The three-dimensional structure construction process of molecules according to steps SII and SIII executed by the
図３において、ＣＰＵ１１は、ユーザによって成された原子配置に係る情報に基づいて、後述される図４に示すデータ構造３０に値を設定し（ステップＳ１）、また、原子座標を読み込む（ステップＳ２）。
In FIG. 3, the
次に、ＣＰＵ１１は、距離がしきい値以下の原子間毎に結合軸を設定する（ステップＳ３）。ＣＰＵ１１は、データ構造３０において、距離がしきい値以下となる原子対の原子毎に、結合軸に係る情報を設定する。
Next, the
そして、ＣＰＵ１１は、軸端原子対の１軌道１電子ずつをσ結合に設定する（ステップＳ４）。ＣＰＵ１１は、データ構造３０において、ステップＳ２で特定した原子対の原子毎に、σ結合に係る情報を設定する。
Then, the
また、ＣＰＵ１１は、軸端原子の１軌道２電子を孤立電子対に設定する（ステップＳ５）。ＣＰＵ１１は、データ構造３０において、原子対の原子毎に、孤立電子対に係る情報を設定する。
Further, the
更に、ＣＰＵ１１は、軸端原子対の１軌道１電子ずつをπ結合に設定する（ステップＳ６）。ＣＰＵ１１は、データ構造３０において、原子対の原子毎に、π結合に係る情報を設定する。
Furthermore, the
そして、ＣＰＵ１１は、電子数と軌道数の残りから原子電荷を設定する（ステップＳ７）。ＣＰＵ１１は、データ構造３０において、原子対の原子毎に、原子電荷に係る情報を設定する。
Then, the
原子電荷を設定した後、ＣＰＵ１１は、原子対間の全結合数を軸の結合次数に設定する（ステップＳ８）。ＣＰＵ１１は、データ構造３０において、結合軸毎に、結合次数係る情報を設定する。そして、ＣＰＵ１１は、この処理を終了する。
After setting the atomic charges, the
次に、分子の３次元構造構築処理にて使用されるデータ構造３０について図４で説明する。図４は、データ構造を示す図である。図４に示すデータ構造３０は、メモリユニット１２又は記憶装置１７の記憶領域（以下、単に記憶領域と言う）に展開され、分子の３次元構造構築処理にて情報を格納することによって設定し、又は、格納された情報を参照するためのデータ構造である。
Next, the data structure 30 used in the three-dimensional structure construction process of molecules will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing a data structure. The data structure 30 shown in FIG. 4 is set in a storage area of the
データ構造３０は、ヘッダ３１と、分子データ３２と、元素データ３３とを有する。また、分子データ３２は、更に、分子メイン３２ｍと、原子データ３２ａと、結合軸データ３２ｂとを有する。
The data structure 30 includes a
ヘッダ３１は、分子データポインタ（Ｍ）と、元素データポインタ（Ｅｌ）と、イベントデータポインタ（Ｅ）とによるデータ構造を有する。分子データポインタ（Ｍ）は、分子データ３２が格納されている先頭アドレスを示すポインタであり、元素データポインタ（Ｅｌ）は、元素データ３３が格納されている先頭アドレスを示すポインタであり、イベントデータポインタ（Ｅ）は、イベントデータが格納されている先頭アドレスを示すポインタである。
The
分子データ３２に関して、分子メイン３２ｍは、原子データポインタ（Ａ）と、結合軸データポインタ（Ｂ）と、原子数（ｎ）と、結合軸数（ｎｂ）とによるデータ構造を有する。原子データポインタ（Ａ）は、原子データ３２ａが格納されている先頭アドレスを示すポインタであり、結合軸データポインタ（Ｂ）は、結合軸データ３２ｂが格納されている先頭アドレスを示すポインタである。分子データ３２のデータ構造を、分子データ構造Ｍとする。
Regarding the
また、原子数（ｎ）は、この分子データ３２で管理される原子の個数、つまり、ユーザがＧＵＩ上に配置した原子の個数であり、また、原子データ３２ａの数に相当する。結合軸数（ｎｂ）は、この分子データ３２で管理される結合軸の個数、つまり、分子の３次元構造構築処理で自動的に設定した結合軸の個数であり、結合軸データ３２ｂの数に相当する。
The number of atoms (n) is the number of atoms managed by the
原子データ３２ａは、原子順序番号（ａ）と、原子元素番号（Ｎ）と、位置座標（ｃ）と、電子数（ｎ）と、軌道数（ｍ）と、結合フラグ（ｂｆ）と、含有結合軸数（ｎｂ）と、含有結合軸番号（ｂ）と、原子電荷（ｑ）とによるデータ構造を有する。原子データ３２ａのデータ構造を、原子データ構造Ａとする。
結合フラグ（ｂｆ）は、結合軸を設定可能かどうかという状態を表すフラグである。例えば、結合フラグ（ｂｆ）の初期値をＦとし、軌道数（ｍ）と電子数（ｎ）とがゼロであれが「Ｆ」、また、軌道数（ｍ）か含有結合軸数（ｎｂ）がゼロでなく、含有結合軸番号（ｂ）に関与する他の原子ｊについて結合フラグ（ｂｆ）が「Ｆ」となる結合が１つ、残りの結合はすべて「Ｔ」の場合には値を「Ｃ」とする。処理の過程において、他の原子ｊについて結合フラグ（ｂｆ）が「Ｃ」となる結合が１つ、残りの結合はすべて「Ｔ」の場合にも値を「Ｃ」とする。 The combination flag (bf) is a flag that represents a state indicating whether or not a combination axis can be set. For example, when the initial value of the bond flag (bf) is F, the number of orbitals (m) and the number of electrons (n) is “F” if the number is zero, or the number of orbitals (m) or the number of contained bond axes (nb). Is not zero, and there is one bond whose bond flag (bf) is “F” for the other atoms j involved in the contained bond axis number (b), and the remaining bonds are all “T”. “C”. In the course of processing, the value of “C” is set even when one bond whose bond flag (bf) is “C” for another atom j and all the remaining bonds are “T”.
結合軸データ３２ｂは、結合軸順序番号（ｂ）と、ベクトル（ｖ）と、結合次数（ｂｔ）と、両端原子番号（ａ）とによるデータ構造を有する。結合軸データ３２ｂのデータ構造を、結合軸データ構造Ｂとする。 The bond axis data 32b has a data structure with a bond axis sequence number (b), a vector (v), a bond order (bt), and both-end atomic numbers (a). The data structure of the bond axis data 32b is referred to as a bond axis data structure B.
元素データ３３は、基準電子数設定（ｎ０）と、基準軌道数設定（ｍ０）と、結合半径（ｒ）とによるデータ構造を元素毎に有する。元素データ３３のデータ構造を、元素データ構造Ｅｌとする。
The
図４のデータ構造３０において、例えば、ある原子の原子データＡの結合フラグｂｆは、「Ａ−＞ｂｆ」というポインタで表現できる。また、例えば、元素データ３３について、各元素（ｉと表現する）について少なくともＥｌ［ｉ］−＞ｒ、Ｅｌ［ｉ］−＞ｎ０、Ｅｌ［ｉ］−＞ｍ０という要素を持つと表現できる。
In the data structure 30 of FIG. 4, for example, the bond flag bf of the atom data A of an atom can be expressed by a pointer “A-> bf”. For example, the
原子データ構造Ａについて、原子順序番号Ａ−＞ａは内部座標における識別番号である。原子元素番号Ａ−＞Ｎは元素記号もしくは元素の原子番号である。含有結合軸数Ａ−＞ｎｂは原子が有する他原子との結合軸数である。Ａ−＞ｎｂの値は、入力構造から原子半径Ｅｌ−＞ｒを元に、原子対を成していると推定される結合軸の数を表す。結合軸識別番号Ａ−＞ｂ［ｎｂ］は、結合軸数に含まれる各結合軸の含有結合軸番号ｂの集合データである。 For atomic data structure A, atomic sequence number A-> a is an identification number in internal coordinates. Atomic element number A-> N is an element symbol or an atomic number of an element. The number of contained bond axes A-> nb is the number of bond axes with other atoms of the atom. The value of A-> nb represents the number of bond axes presumed to form an atomic pair based on the atomic radius El-> r from the input structure. The bond axis identification number A-> b [nb] is set data of the included bond axis number b of each bond axis included in the number of bond axes.
位置座標Ａ−＞ｃ［３］は原子の３次元座標の各成分である。電子数Ａ−＞ｎは図３の処理動作によって初期値Ｅｌ−＞ｎ０から０にまで変動し得る。軌道数Ａ−＞ｍは図３の処理動作によって初期値Ｅｌ−＞ｍ０から０にまで変動し得る。 The position coordinate A-> c [3] is each component of the three-dimensional coordinates of the atom. The number of electrons A-> n can vary from the initial value El-> n0 to 0 by the processing operation of FIG. The number of trajectories A-> m can vary from the initial value El-> m0 to 0 by the processing operation of FIG.
結合フラグＡ−＞ｂｆは、結合軸を設定可能かどうかという状態を表すフラグである。設定例としてはＡ−＞ｂｆの初期値をＦとし、Ａ−＞ｍとＡ−＞ｎがゼロであればＴ、またＡ−＞ｍかＡ−＞ｎｂがゼロでなく、Ａ−＞ｂに関与する他の原子ｊについてＡ［ｊ］−＞ｂｆがＦとなる結合が１つ、残りの結合はすべてＴの場合には、値をＣとする。またＡ−＞ｑは原子上の電荷を表す。 The combination flag A-> bf is a flag indicating a state of whether or not the combination axis can be set. As an example of setting, if the initial value of A-> bf is F and A-> m and A-> n are zero, then T, and A-> m or A-> nb is not zero, A-> b For another atom j involved in A, if there is one bond where A [j]-> bf is F and all the remaining bonds are T, the value is C. A-> q represents the charge on the atom.
結合軸データ構造Ｂについて、結合軸順序番号Ｂ−＞ｂは全ての結合軸を１対１対応させるために必要な識別番号である。両端原子番号Ｂ−＞ａ［２］は、結合軸の両末端に存在する原子順序番号Ａ−＞ａの部分集合データである。結合次数Ｂ−＞ｂｔについて、初期値は０であり、図３の処理動作によって適切な結合次数へと変動する。ベクトルＢ−＞ｖについては、結合軸を３次元ベクトルと１対１に対応させたものである。 With respect to the bond axis data structure B, the bond axis sequence number B-> b is an identification number necessary for making all the bond axes have a one-to-one correspondence. Both-end atomic number B-> a [2] is a subset data of atomic order number A-> a existing at both ends of the bond axis. With respect to the bond order B-> bt, the initial value is 0, and changes to an appropriate bond order by the processing operation of FIG. The vector B-> v is a one-to-one correspondence between the coupling axis and the three-dimensional vector.
元素データ構造Ｅｌの各要素は、結合半径Ｅｌ−＞ｒ、基準電子数Ｅｌ−＞ｎ０、基準軌道数Ｅｌ−＞ｍ０と表される。 Each element of the element data structure El is expressed as a bond radius El-> r, a reference electron number El-> n0, and a reference orbital number El-> m0.
図５は、データ構造の初期化処理を説明するためのフローチャート図である。図５において、ＣＰＵ１１は、分子データ構造Ｍ及び元素データ構造Ｅｌを構築する（ステップＳ１１）。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the data structure initialization processing. In FIG. 5, the
元素データ構造Ｅｌについて、例えば、原子番号１の水素から９２のウランまで設定する場合には、元素データ構造ＥｌについてＥｌ［１：９２］に必要な記憶領域を確保する。原子半径と基準電子数、基準軌道数については各元素に適切な値を設定する。例えば、原子半径Ｅｌ−＞ｒは各元素のファンデアワールス半径とし、電子数Ｅｌ−＞ｎ０と軌道数Ｅｌ−＞ｍ０は最外殻の数値とする。この場合、水素原子についてはＥｌ［１］−＞ｎ０＝１、Ｅｌ［１］−＞ｍ０＝１であり、炭素原子についてはＥｌ［６］−＞ｎ０＝４、Ｅｌ［６］−＞ｍ０＝４、酸素原子についてはＥｌ［８］−＞ｎ０＝６、Ｅｌ［８］−＞ｍ０＝４となる。
For example, when the element data structure El is set from hydrogen of
分子データ構造Ｍについて、原子データ構造ＡへのポインタＭ−＞Ａ、及び結合軸データ構造ＢへのポインタＭ−＞Ｂに必要な記憶領域を確保し、更に、全原子数Ｍ−＞ｎと全結合軸数Ｍ−＞ｎｂ用の記憶領域を確保する。よって、分子メイン３２ｍの記憶領域が確保される。なお支障がなければポインタＭ−＞Ａ、及びＭ−＞Ｂを設定しなくても良い。 For the molecular data structure M, a storage area necessary for the pointer M-> A to the atomic data structure A and the pointer M-> B to the bond axis data structure B is secured, and the total number of atoms M-> n A storage area for the total number of coupled axes M-> nb is secured. Therefore, a storage area for the molecular main 32m is secured. If there is no problem, the pointers M-> A and M-> B may not be set.
次に、ＣＰＵ１１は、原子の位置座標を入力し（ステップＳ１２）、入力した原子の位置座標の個数に基づいて、原子数ｎを原子数Ｍ−＞ｎに設定する（ステップＳ１３）。そして、ＣＰＵ１１は、原子数ｎ分の原子データ構造Ｍ−＞Ａ［１：Ｍ−＞ｎ］の記憶領域を確保する（ステップＳ１４）。
Next, the
ＣＰＵ１１は、原子を順番に指定する原子順番変数ｉ（以下、単に原子ｉと言う）をゼロに、また、含有結合軸数Ａ−＞ｎｂをゼロに初期化する（ステップＳ１５）。ＣＰＵ１１は、原子ｉを１増やして次の原子を指定し、原子ｉの結合対象となる原子ｊを原子ｉとし（ステップＳ１６）、更に、結合対象の原子ｊを１増やしておく（ステップＳ１７）。
The
そして、ＣＰＵ１１は、原子ｉと原子ｊの距離が夫々の結合半径ｒから定まる閾値より小さいか否かを判断する（ステップＳ１８）。閾値以上の場合、ＣＰＵ１１は、原子ｊを原子ｉの結合対象とせずにステップＳ１７へ戻り、上述同様の処理を繰り返す。一方、閾値より小さい場合、ＣＰＵ１１は、結合軸数Ｍ−＞ｎｂを１増やす。
Then, the
そして、ＣＰＵ１１は、原子ｉに対する結合対象の原子ｊとして原子数Ｍ−＞ｎ分の処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ２０）。原子ｉに対する結合対象の原子ｊ全てに対して処理を終了していない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１４へ戻り、上述同様の処理を繰り返す。
Then, the
一方、原子ｉに対する結合対象の原子ｊ全てに対して処理を終了した場合、ＣＰＵ１１は、原子数Ｍ−＞ｎから１減算した個数分の原子ｉ全てに対して処理を終了したか否かを更に判断する（ステップＳ２１）。原子ｉ全てに対して処理を終了していない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１３へ戻り、上述同様の処理を繰り返す。
On the other hand, when the process is completed for all atoms j to be bonded to the atom i, the
一方、原子ｉ全てに対して処理を終了した場合、含有結合軸数が決定したことになるため、ＣＰＵ１１は、含有結合軸数ｎｂ分の結合軸データ構造Ｍ−＞Ｂ［１：Ｍ−＞ｎｂ］の記憶領域を確保して（ステップＳ２２）、このデータ構造の初期化処理を終了する。
On the other hand, when the process is completed for all the atoms i, the number of contained bond axes is determined. Therefore, the
つまり、原子データ構造Ａと結合軸データ構造Ｂ用の記憶領域に関しては、与えられた原子とその座標情報を元に生成される。先ず、原子データ構造Ａに関しては原子数をＭ−＞ｎに設定後、原子数分の原子データ構造Ａ［１：Ｍ−＞ｎ］の記憶領域を確保する。次に、結合軸データ構造Ｂに関しては、原子の位置座標をＡ−＞ｃに設定後、原子ｉと原子ｊ間の距離を計算し、その距離が、原子ｉの結合半径Ｅｌ［Ａ［ｉ］−＞Ｎ］−＞ｒと原子ｊの結合半径Ｅｌ［Ａ［ｊ］−＞Ｎ］−＞ｒから定まる閾値よりも小さい場合に結合軸を持つとしてＭ−＞ｎｂの値を１増やす。この処理を全２原子間について実行することで、全結合軸数Ｍ−＞ｎｂが決まり、結合軸数分の結合軸データ構造Ｂ［１：Ｍ−＞ｎｂ］の記憶領域を確保する。 That is, the storage areas for the atomic data structure A and the bond axis data structure B are generated based on the given atoms and their coordinate information. First, regarding the atomic data structure A, after setting the number of atoms to M-> n, the storage area of the atomic data structure A [1: M-> n] is secured for the number of atoms. Next, regarding the bond axis data structure B, after setting the position coordinates of the atoms to A-> c, the distance between the atoms i and j is calculated, and the distance is the bond radius El [A [i [ ]-> N]-> r and the bond radius El [A [j]-> N]-> r is smaller than the threshold determined from the bond radius El [A [j]-> N]-> r, the value of M-> nb is incremented by 1 assuming that the bond axis is present. By executing this process for all two atoms, the total number of bond axes M-> nb is determined, and a storage area of bond axis data structure B [1: M-> nb] corresponding to the number of bond axes is secured.
次に、分子の３次元構造構築処理の詳細フローについて図６から図８で説明する。図６、図７、及び図８は、分子の３次元構造構築処理の詳細フローを示す図である。図６から図８で、ＣＰＵ１１によって行われる結合次数設定に係る一連の処理が示される。
Next, a detailed flow of the molecular three-dimensional structure construction processing will be described with reference to FIGS. 6, 7, and 8 are diagrams illustrating a detailed flow of the molecular three-dimensional structure construction process. 6 to 8 show a series of processes related to the combination order setting performed by the
（初期データ設定及びσ結合の設定）
先ず、ステップＳ３１からステップＳ５６における処理の概要を説明する。原子データの設定について、原子ｉの順序番号Ａ［ｉ］−＞ａには入力した順番号を設定する。原子番号Ａ［ｉ］−＞Ｎには入力原子の原子番号を、座標Ａ［ｉ］−＞ｃには入力原子のＣａｒｔｅｓｉａｎ座標を設定する。また初期電子数にはＡ［ｉ］−＞ｎ＝Ｅ［Ａ［ｉ］−＞Ｎ］−＞ｎ０を、初期軌道数にはＡ［ｉ］−＞ｍ＝Ｅｌ［Ａ［ｉ］−＞Ｎ］−＞ｍ０を設定する。初期電荷についてはＡ［ｉ］−＞ｑ＝０とし、初期結合フラグについてはＡ［ｉ］−＞ｂｆ＝Ｆとする。含有結合軸数および含有結合軸番号については、結合軸データＢの初期設定と同時に設定する。
(Initial data setting and σ coupling setting)
First, the outline of the processing from step S31 to step S56 will be described. Regarding the setting of atomic data, the input order number is set in the order number A [i]-> a of the atom i. The atomic number of the input atom is set to the atomic number A [i]-> N, and the Cartesian coordinate of the input atom is set to the coordinate A [i]-> c. The initial number of electrons is A [i]-> n = E [A [i]->N]-> n0, and the initial number of orbits is A [i]-> m = El [A [i]->. N]-> m0 is set. The initial charge is A [i]-> q = 0, and the initial coupling flag is A [i]-> bf = F. The number of contained bond axes and the contained bond axis number are set simultaneously with the initial setting of the bond axis data B.
結合軸データについては、原子ｉと原子ｊの距離が閾値以下と判定した原子間について、判定した順序で設定する。例えば結合軸がそれまでにｋ−１個設定されている場合に、原子ｉと原子ｊの距離が閾値以下と判定された場合には、ｉｊ間の結合軸をＢ［ｋ］として設定する。ここでＢ［ｋ］−＞ｂ＝ｋ、Ｂ［ｋ］−＞ａ［１］＝ｉ、Ｂ［ｋ］−＞ａ［２］＝ｊと設定し、その他にＡ［ｉ］−＞ｎｂ＝Ａ［ｉ］−＞ｎｂ＋１、Ａ［ｊ］−＞ｎｂ＝Ａ［ｊ］−＞ｎｂ＋１、Ａ［ｉ］−＞ｂ［ｎｂ］＝ｋ、Ａ［ｊ］−＞ｂ［ｎｂ］＝ｋと設定する。 The bond axis data is set in the determined order between the atoms determined that the distance between the atoms i and j is equal to or less than the threshold. For example, when k−1 bond axes have been set up to that point and the distance between atom i and atom j is determined to be equal to or less than the threshold, the bond axis between ij is set as B [k]. Here, B [k]-> b = k, B [k]-> a [1] = i, B [k]-> a [2] = j, and A [i]-> nb are set. = A [i]-> nb + 1, A [j]-> nb = A [j]-> nb + 1, A [i]-> b [nb] = k, A [j]-> b [nb] = k And set.
結合軸の設定はσ結合の設定と同値と考え、原子ｉとｊの軌道数と電子数を１ずつ減らし、結合軸ｋの結合次数を１増やす。具体的にはＡ［ｉ］−＞ｍ＝Ａ［ｉ］−＞ｍ−＞１、Ａ［ｊ］−＞ｍ＝Ａ［ｊ］−＞ｍ−１、Ａ［ｉ］−＞ｎ＝Ａ［ｉ］−＞ｎ−＞１、Ａ［ｊ］−＞ｎ＝Ａ［ｊ］−＞ｎ−１、Ｂ［ｋ］−＞ｂｔ＝１と設定する。設定後に原子ｉの電子数か軌道数が０になった場合には、Ａ［ｉ］−＞ｂｆ＝Ｔと設定する。また電子数も軌道数も０でなく、結合軸Ｂ［Ａ［ｉ］−＞ｂ］−＞ａに関与する他の原子Ａ［Ｂ［Ａ［ｉ］−＞ｂ］−＞ａ［１，２］］−＞ｂｆが「Ｆ」となるものが１つ、残りはすべて「Ｔ」の場合には、値を「Ｃ」に設定する。 The setting of the bond axis is considered to be the same value as the setting of σ bond, and the number of orbitals and the number of electrons of atoms i and j are decreased by 1, and the bond order of bond axis k is increased by 1. Specifically, A [i]-> m = A [i]-> m-> 1, A [j]-> m = A [j]-> m-1, A [i]-> n = A [I]-> n-> 1, A [j]-> n = A [j]-> n-1, B [k]-> bt = 1. If the number of electrons or orbits of atom i becomes 0 after setting, A [i]-> bf = T is set. In addition, the number of electrons and orbitals is not 0, and other atoms A [B [A [i]-> b]-> a [1, which are involved in the bond axis B [A [i]-> b]-> a 2]]-> If bf is “F” and one is all “T”, the value is set to “C”.
以下にステップ毎に詳述する。ＣＰＵ１１は、データ構造Ｍ、Ｅｌ、Ａ、及びＢを構築し（ステップＳ３１）、原子の位置座標を読み込む（ステップＳ３２）。そして、ＣＰＵ１１は、原子データ構造Ａ［1１：Ｍ−＞ｎ］に、配置された原子を所定順序番号に従って、各原子に関する値を含有結合軸番号Ａ−＞ｂを除いて設定する（ステップＳ３３）。
The details will be described below step by step. The
ＣＰＵ１１は、原子を順番に指定する原子順番変数ｉ（以下、単に原子ｉと言う）をゼロに、また、結合軸を順番に指定する軸順番変数ｋ（以下、単に結合軸ｋと言う）をゼロに初期化する（ステップＳ３４）。ＣＰＵ１１は、原子ｉを１増やして次の原子を指定し、原子ｉの結合対象となる原子ｊを原子ｉとし（ステップＳ３５）、更に、結合対象の原子ｊを１増やしておく（ステップＳ３６）。
The
そして、ＣＰＵ１１は、原子ｉと原子ｊの距離が夫々の結合半径ｒから定まる閾値より小さいか否かを判断する（ステップＳ３７）。閾値以上の場合、ＣＰＵ１１は、原子ｊを原子ｉの結合対象とせずにステップＳ３６へ戻り、上述同様の処理を繰り返す。一方、閾値より小さい場合、ＣＰＵ１１は、原子データ構造Ａにおける、原子ｉと原子ｊ間の軌道数ｍ及び電子数ｎを１減算し（ステップＳ３８）、原子ｉと原子ｊ間の含有結合軸数ｎｂを１増やす（ステップＳ３９）。
Then, the
次に、ＣＰＵ１１は、結合軸ｋに１を加算して次の結合軸を指定する（ステップＳ４０）。そして、ＣＰＵ１１は、結合軸ｋの結合次数Ｂ［ｋ］−＞ｂｔに１を設定し、原子ｉの含有結合軸番号Ａ［ｉ］−＞ｂ及び原子ｊの含有結合軸番号Ａ［ｊ］−＞ｂに結合軸ｋを追加する（ステップＳ４１）。
Next, the
ＣＰＵ１１は、原子ｉに対する結合対象の原子ｊとして原子数Ｍ−＞ｎ分の処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ４２）。原子ｉに対する結合対象の原子ｊ全てに対して処理を終了していない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ３６へ戻り、上述同様の処理を繰り返す。
The
一方、原子ｉに対する結合対象の原子ｊ全てに対して処理を終了した場合、ＣＰＵ１１は、原子数Ｍ−＞ｎから１減算した個数分の全ての原子ｉに対して処理を終了したか否かを更に判断する（ステップＳ４３）。全ての原子ｉに対して処理を終了していない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ３５へ戻り、上述同様の処理を繰り返す。
On the other hand, when the process is completed for all the atoms j to be bonded to the atom i, the
一方、全ての原子ｉに対して処理を終了した場合、含有結合軸数が決定したことになり、σ結合を設定するための処理（図３のステップＳ４）を行うために、ＣＰＵ１１は、原子ｉをゼロに初期化した後（ステップＳ４４）、１加算して原子ｉを設定する（ステップＳ４５）。
On the other hand, when the process is completed for all the atoms i, the number of contained bond axes is determined, and the
ＣＰＵ１１は、原子データ構造Ａにおいて、原子ｉの軌道数Ａ［ｉ］−＞ｍ又は電子数Ａ［ｉ］−＞ｎの少なくとも一方がゼロであるか否かを判断する（ステップＳ４６）。いずれもゼロでない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ４９へと進む。一方、少なくとも一方がゼロであるである場合、原子ｉの結合フラグＡ［ｉ］−＞ｂｆを「Ｔ」に設定し（ステップＳ４７）、原子ｉの結合フラグＡ［ｉ］−＞ｂｆに「Ｔ」のみが設定されているか否かを判断する（ステップＳ４８）。「Ｔ」以外を含む場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ４３へと戻り、次の原子ｉ＋１について上述同様の処理を行う。
In the atomic data structure A, the
一方、ステップＳ４８にて、原子ｉの結合フラグＡ［ｉ］−＞ｂｆに「Ｔ」のみが設定されている場合は、ＣＰＵ１１は、原子ｉに対する結合対象の原子ｊをゼロに初期化し、原子ｉの含有結合軸数Ａ−＞ｎｂを結合軸ｋに設定する（ステップＳ４９）。
On the other hand, if only “T” is set in the bond flag A [i]-> bf of the atom i in step S48, the
そして、ＣＰＵ１１は、ｊを１増加させた原子ｊを原子ｉに対する次の結合対象とする（ステップＳ５０）。ＣＰＵ１１は、原子ｉの結合対象としての原子ｊの含有結合軸番号ｂによって特定される結合軸の両端原子番号ａに関し、原子データ構造Ａの結合フラグｂｆに「Ｔ」が含まれているか否かを判断する（ステップＳ５１）。ＣＰＵ１１は、「Ｔ」が含まれていない場合、ステップＳ５０へ戻り、次の結合対象について上述同様の処理を行う。
Then, the
一方、ステップＳ５１にて、原子データ構造Ａの結合フラグｂｆに「Ｔ」が含まれていると判断した場合、ＣＰＵ１１は、結合軸ｋを１減算し（ステップＳ５２）、原子ｊが原子ｉの含有結合軸数Ａ−＞ｎｂに一致するか否かを判断することによって、全ての含有結合軸について処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ５３）。一致しない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ５０へ戻り、上述同様の処理を行う。
On the other hand, when it is determined in step S51 that the bond flag bf of the atomic data structure A includes “T”, the
一方、ステップＳ５３にて、ＣＰＵ１１は、結合軸ｋが１であるか否かを判断する（ステップＳ５４）。結合軸ｋが１でない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ５６へと進む。一方、結合軸ｋが１の場合、ＣＰＵ１１は、原子ｉの結合フラグＡ［ｉ］−＞ｂｆに「Ｃ」を設定する（ステップＳ５５）。そして、ＣＰＵ１１は、原子ｉが原子数Ｍ−＞ｎに一致するか否かを判断することによって、全ての原子ｉについて処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ５６）。終了していない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ４５に戻り、上述同様の処理を行う。
On the other hand, in step S53, the
（孤立電子対の設定）
先ず、ステップＳ５７からステップＳ６３における処理の概要を説明する。σ結合の設定が終了した後、原子ｉについて軌道数１に対し電子数が２確保できる場合には、Ａ［ｉ］−＞ｍ＝Ａ［ｉ］−＞ｍ−１、Ａ［ｉ］−＞ｎ＝Ａ［ｉ］−＞ｎ−２と設定する。この処理を繰り返し、もし軌道数か電子数が０になった場合にはＡ［ｉ］−＞ｂｔ＝Ｔと設定する。
(Setting of lone pair)
First, an overview of the processing from step S57 to step S63 will be described. After the setting of the σ bond is completed, if the number of electrons for the atom i can be 2 for the number of
以下にステップ毎に詳述する。全ての原子ｉに対して処理を終了した場合、軸端原子対の１軌道１電子ずつをσ結合に設定したことになり、軸端原子の１軌道２電子を孤立電子対に設定するための処理（図３のステップＳ５）を行うために、ＣＰＵ１１は、原子ｉをゼロに初期化した後（ステップＳ５７）、１加算して原子ｉを設定する（ステップＳ５８）。
The details will be described below step by step. When processing is completed for all atoms i, one orbital electron of the axis end atom pair is set to σ bond, and one orbital electron of the axis end atom is set to the lone electron pair. In order to perform the process (step S5 in FIG. 3), the
ＣＰＵ１１は、原子ｉの、軌道数Ａ［ｉ］−＞ｍ−１がゼロ以上、かつ、電子数Ａ［ｉ］−＞ｎ−２がゼロ以上であるか否かを判断することによって、軸端原子の１軌道２電子を孤立電子対が存在するか否かを判断する（ステップＳ５９）。片方又は両方がゼロ以上でない場合、ＣＰＵ１１は、孤立電子対が存在しないと判断し、ステップＳ６２へと進む。一方、両方がゼロ以上である場合、ＣＰＵ１１は、孤立電子対が存在すると判断し、原子ｉから１軌道２電子を減算する（ステップＳ６０）。すなわち、原子ｉの軌道数Ａ［ｉ］−＞ｍから１減算し、電子数Ａ［ｉ］−＞ｎから２減算する。
The
そして、ＣＰＵ１１は、原子ｉが原子数Ｍ−＞ｎに一致するか否かを判断することによって、全ての原子ｉについて処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ６１）。終了していない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ５８に戻り、上述同様の処理を行う。全ての原子ｉに対して処理を終了した場合、ＣＰＵ１１は、原子ｉの軌道数Ａ［ｉ］−＞ｍがゼロ、又は、電子数Ａ［ｉ］−＞ｎがゼロであるか否かを判断する（ステップＳ６２）。いずれもゼロでないと判断した場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ６４へと進む。いずれか一方がゼロである場合、ＣＰＵ１１は、原子ｉの結合フラグＡ［ｉ］−＞ｂｆに「Ｔ」を設定する（ステップＳ６３）。
Then, the
（π結合の設定及び原子電荷の設定）
先ず、ステップＳ６４からステップＳ１１４における処理の概要を説明する。孤立電子対用に軌道数と電子数を減らした後、結合軸ｉについて、結合両端原子Ｂ［ｉ］−＞ａ［１］、Ｂ［ｉ］−＞ａ［２］の結合フラグＡ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１］］−＞ｂｆまたはＡ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［２］］−＞ｂｆが「Ｃ」か「Ｆ」であり、かつ両端原子の軌道数と電子数が０でないならばＡ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１］］−＞ｍ＝Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１］］−＞ｍ−１、Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［２］］−＞ｍ＝Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［２］］−＞ｍ−１、Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１］］−＞ｎ＝Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１］］−＞ｎ−１、Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［２］］−＞ｎ＝Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［２］］−＞ｎ−１と設定し、結合次数についてもＢ［ｉ］−＞ｂｔ＝Ｂ［ｉ］−＞ｂｔ＋１と設定する。各原子の軌道数と電子数が０になる場合にはその原子の結合フラグを「Ｔ」に設定する。もし結合両端原子の結合フラグに「Ｃ」が存在しない場合には、結合フラグが両方とも「Ｆ」の結合軸に関して、上記処理を実施する。
(Setting of π bond and setting of atomic charge)
First, an overview of the processing from step S64 to step S114 will be described. After reducing the number of orbitals and the number of electrons for the lone pair of electrons, the bond flag A [B] of the bond end-point atoms B [i]-> a [1] and B [i]-> a [2] for the bond axis i [I]-> a [1]]-> bf or A [B [i]-> a [2]]-> bf is "C" or "F", and the number of orbitals and the number of electrons of both-end atoms Is not 0, A [B [i]-> a [1]]-> m = A [B [i]-> a [1]]-> m-1, A [B [i]-> a [2]]-> m = A [B [i]-> a [2]]-> m-1, A [B [i]-> a [1]]-> n = A [B [i] -> A [1]]-> n-1, A [B [i]-> a [2]]-> n = A [B [i]-> a [2]]-> n-1 The bond order is also set as B [i]-> bt = B [i]-> bt + 1. When the number of orbits and the number of electrons of each atom becomes 0, the bond flag of that atom is set to “T”. If “C” does not exist in the bond flags of the bond end atoms, the above processing is performed for bond axes whose bond flags are both “F”.
その後、原子ｉの電子数も軌道数も０でなく、結合軸Ｂ［Ａ［ｉ］−＞ｂ］−＞ａに関与する他の原子Ａ［Ｂ［Ａ［ｉ］−＞ｂ］−＞ａ［１，２］］−＞ｂｆがＦとなるものが１つ、残りはすべてＴの場合には、値を「Ｃ」に設定する。これまでの処理を繰り返し、最終的に結合両端原子の結合フラグについて、「Ｃ」か「Ｆ」で構成される組が存在しなくなるまで処理を実施する。原子ｉについて電子数が０で軌道数が０でない場合、Ａ［ｉ］−＞ｑ＝Ａ［ｉ］−＞ｍ、Ａ［ｉ］−＞ｍ＝０、Ａ［ｉ］−＞ｂｆ＝Ｔと設定する。逆に軌道数が０で電子数が０でない場合、Ａ［ｉ］−＞ｑ＝Ａ［ｉ］−＞ｎ＊（−１）、Ａ［ｉ］−＞ｎ＝０、Ａ［ｉ］−＞ｂｆ＝Ｔと設定する。軌道数と電子数のどちらも０でない場合には、どちらかが０になるまでそれぞれの値を減らし、その後で上記の電荷設定処理を実施する。 Thereafter, the number of electrons and orbitals of the atom i are not 0, and another atom A [B [A [i]-> b]-> involved in the bond axis B [A [i]-> b]-> a If a [1,2]]-> bf is one in which F is F and the rest are all T, the value is set to “C”. The processing so far is repeated, and the processing is finally performed until there is no set consisting of “C” or “F” for the bond flags of the bonding end atoms. When the number of electrons is 0 and the number of orbits is not 0 for atom i, A [i]-> q = A [i]-> m, A [i]-> m = 0, A [i]-> bf = T And set. Conversely, when the number of orbits is 0 and the number of electrons is not 0, A [i]-> q = A [i]-> n * (-1), A [i]-> n = 0, A [i]- Set> bf = T. When neither the number of orbits or the number of electrons is 0, the respective values are reduced until either becomes 0, and then the above charge setting process is performed.
以下にステップ毎に詳述する。全ての原子ｉについて軸端原子の１軌道２電子を孤立電子対として設定する処理を終了し、次に、軸端原子対の１軌道１電子ずつをπ結合に設定するための処理（図３のステップＳ６）を行うために、ＣＰＵ１１は、結合軸ｉ及び変数ｌをゼロに初期化した後（ステップＳ６４）、１加算して結合軸ｉを設定する（ステップＳ６５）。ＣＰＵ１１は、結合軸ｉの両端原子番号ａの各々に関し、原子データ構造Ａの結合フラグｂｆに「Ｃ」及び「Ｆ」が在るか否かを判断する（ステップＳ６６）。「Ｃ」及び「Ｆ」が在る場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ６５へ戻り、次の結合軸ｉ＋１について上述同様の処理を行う。
The details will be described below step by step. The process of setting one orbital two electrons of the axis end atom as a lone pair is completed for all atoms i, and then the process for setting one electron per orbital of the axis end atom pair to π bond (FIG. 3). In step S6), the
一方、「Ｃ」及び「Ｆ」がない場合、ＣＰＵ１１は、変数ｌに１を設定する（ステップＳ６７）。ＣＰＵ１１は、結合軸ｉの両端原子の軌道数Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１，２］］−＞ｍ夫々から１ずつ減算し（ステップＳ６８）、また、結合軸ｉの両端原子の軌道数Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１，２］］−＞ｎ夫々から１ずつ減算する（ステップＳ６９）。そして、ＣＰＵ１１は、結合軸ｉの結合次数Ｂ［ｉ］−＞ｂｔを１加算する（ステップＳ７０）。
On the other hand, if “C” and “F” are not present, the
続けて、ＣＰＵ１１は、両端原子の一方の軌道数Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１］］−＞ｍ又は電子数Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１］］−＞ｎがゼロか否かを判断する（ステップＳ７１）。いずれもゼロでない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ７３へと進む。一方、いずれか一方がゼロの場合、ＣＰＵ１１は、その一方の原子の結合フラグＡ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１］］−＞ｂｆに「Ｔ」を設定する（ステップＳ７２）。
Subsequently, the
更に、ＣＰＵは、両端原子の他方の軌道数Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［２］］−＞ｍ又は電子数Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［２］］−＞ｎがゼロか否かを判断する（ステップＳ７３）。いずれもゼロでない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ７５へと進む。一方、いずれか一方がゼロの場合、ＣＰＵ１１は、その他方の原子の結合フラグＡ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［２］］−＞ｂｆに「Ｔ」を設定する（ステップＳ７４）。
Further, the CPU determines that the number of other orbitals A [B [i]-> a [2]]-> m or the number of electrons A [B [i]-> a [2]]-> n is zero. It is determined whether or not (step S73). If neither is zero, the
そして、ＣＰＵ１１は、両端原子夫々の結合フラグＡ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１，２］］−＞ｂｆに「Ｔ」が含まれているか否かを判断する（ステップＳ７５）。「Ｔ」が含まれていない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ６８へ戻り、上述同様の処理を行う。一方、「Ｔ」が含まれている場合、ＣＰＵ１１は、全ての含有結合軸Ｍ−＞ｎｂについて処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ７６）。終了していない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ６６へ戻り、上述同様の処理を行う。一方、終了している場合、ＣＰＵ１１は、変数ｌがゼロであるか否かを判断する（ステップＳ７７）。ゼロの場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ９１へと進む。
Then, the
一方、ゼロでない場合、ＣＰＵ１１は、原子ｉをゼロに初期化して（ステップＳ７８）、１加算して原子ｉを設定する（ステップＳ７９）。
On the other hand, if not zero, the
ＣＰＵ１１は、原子ｉの原子データ構造Ａにおいて、軌道数Ａ［ｉ］−＞ｍ又は電子数Ａ［ｉ］−＞ｎの少なくとも一方がゼロであるか否かを判断する（ステップＳ８０）。いずれもゼロでない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ８３へと進む。一方、少なくとも一方がゼロであるである場合、原子ｉの結合フラグＡ［ｉ］−＞ｂｆを「Ｔ」に設定し（ステップＳ８１）、原子ｉの結合フラグＡ［ｉ］−＞ｂｆに「Ｔ」のみが設定されているか否かを判断する（ステップＳ８２）。「Ｔ」以外を含む場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ７９へと戻り、次の原子ｉ＋１について上述同様の処理を行う。
The
一方、ステップＳ８２にて、原子ｉの結合フラグＡ［ｉ］−＞ｂｆに「Ｔ」のみが設定されている場合は、ＣＰＵ１１は、原子ｉに対する結合対象の原子ｊをゼロに初期化し、原子ｉの含有結合軸数Ａ−＞ｎｂを結合軸ｋに設定する（ステップＳ８３）。
On the other hand, if only “T” is set in the bond flag A [i]-> bf of the atom i in step S82, the
そして、ＣＰＵ１１は、ｊを１増加させた原子ｊを原子ｉに対する次の結合対象とする（ステップＳ８４）。ＣＰＵ１１は、原子ｉの結合対象としての原子ｊの含有結合軸番号ｂによって特定される結合軸の両端原子番号ａに関し、原子データ構造Ａの結合フラグｂｆに「Ｔ」が含まれているか否かを判断する（ステップＳ８５）。ＣＰＵ１１は、「Ｔ」が含まれていない場合、ステップＳ８４へ戻り、次の結合対象について上述同様の処理を行う。
Then, the
一方、ステップＳ８５にて、原子データ構造Ａの結合フラグｂｆに「Ｔ」が含まれていると判断した場合、ＣＰＵ１１は、結合軸ｋを１減算し（ステップＳ８６）、原子ｊが原子ｉの含有結合軸数Ａ−＞ｎｂに一致するか否かを判断することによって、全ての含有結合軸について処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ８７）。一致しない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ８４へ戻り、上述同様の処理を行う。
On the other hand, if it is determined in step S85 that the bond flag bf of the atomic data structure A includes “T”, the
一方、ステップＳ８７にて、ＣＰＵ１１は、結合軸ｋが１であるか否かを判断する（ステップＳ８８）。結合軸ｋが１でない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ９０へと進む。一方、結合軸ｋが１の場合、ＣＰＵ１１は、原子ｉの結合フラグＡ［ｉ］−＞ｂｆに「Ｃ」を設定する（ステップＳ８９）。そして、ＣＰＵ１１は、原子ｉが原子数Ｍ−＞ｎに一致するか否かを判断することによって、全ての原子ｉについて処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ９０）。終了していない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ７９に戻り、上述同様の処理を行う。
On the other hand, in step S87, the
全ての原子ｉに対して処理を終了した場合、ＣＰＵ１１は、結合軸ｉをゼロに初期化した後（ステップＳ９１）、１加算して結合軸ｉを設定する（ステップＳ９２）。ＣＰＵ１１は、結合軸ｉの両端原子番号ａの各々に関し、原子データ構造Ａの結合フラグｂｆが「Ｆ」であるか否かを判断する（ステップＳ９３）。「Ｆ」である場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ９２へ戻り、次の結合軸ｉ＋１について上述同様の処理を行う。
When the process is completed for all atoms i, the
一方、「Ｆ」である場合、ＣＰＵ１１は、変数ｌに１を設定する（ステップＳ９４）。ＣＰＵ１１は、ＣＰＵ１１は、結合軸ｉの両端原子の軌道数Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１，２］］−＞ｍ夫々から１ずつ減算し（ステップＳ９５）、また、結合軸ｉの両端原子の軌道数Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１，２］］−＞ｎ夫々から１ずつ減算する（ステップＳ９６）。そして、ＣＰＵ１１は、結合軸ｉの結合次数Ｂ［ｉ］−＞ｂｔを１加算する（ステップＳ９７）。
On the other hand, if “F”, the
続けて、ＣＰＵ１１は、両端原子の一方の軌道数Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１］］−＞ｍ又は電子数Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１］］−＞ｎがゼロか否かを判断する（ステップＳ９８）。いずれもゼロでない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ７３へと進む。一方、いずれか一方がゼロの場合、ＣＰＵ１１は、その一方の原子の結合フラグＡ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１］］−＞ｂｆに「Ｔ」を設定する（ステップＳ９９）。
Subsequently, the
更に、ＣＰＵは、両端原子の他方の軌道数Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［２］］−＞ｍ又は電子数Ａ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［２］］−＞ｎがゼロか否かを判断する（ステップＳ１００）。いずれもゼロでない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ７５へと進む。一方、いずれか一方がゼロの場合、ＣＰＵ１１は、その他方の原子の結合フラグＡ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［２］］−＞ｂｆに「Ｔ」を設定する（ステップＳ１０１）。
Further, the CPU determines that the number of other orbitals A [B [i]-> a [2]]-> m or the number of electrons A [B [i]-> a [2]]-> n is zero. It is determined whether or not (step S100). If neither is zero, the
そして、ＣＰＵ１１は、両端原子夫々の結合フラグＡ［Ｂ［ｉ］−＞ａ［１，２］］−＞ｂｆに「Ｔ」が含まれているか否かを判断する（ステップＳ０２）。「Ｔ」が含まれていない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ９５へ戻り、上述同様の処理を行う。ＣＰＵ１１は、変数ｌがゼロであるか否かを判断する（ステップＳ０３）。ゼロでない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ７８へと戻り、上述同様の処理を行う。
Then, the
一方、ゼロの場合、ＣＰＵ１１は、原子ｉをゼロに初期化して（ステップＳ１０４）、１加算して原子ｉを設定し（ステップＳ１０５）、電子数と軌道数の残りから原子電荷を設定するための処理（図３のステップＳ７）を行う。
On the other hand, in the case of zero, the
ＣＰＵ１１は、原子ｉの原子データ構造Ａにおいて、軌道数Ａ［ｉ］−＞ｍはゼロではなく、かつ、電子数Ａ［ｉ］−＞ｎがゼロであるが成立するかを判断する（ステップＳ１０６）。不成立の場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０８へと進む。成立する場合、ＣＰＵ１１は、原子ｉの原子電荷Ａ［ｉ］−＞ｑに軌道数Ａ［ｉ］−＞ｍ＊１を設定して、軌道数Ａ［ｉ］−＞ｍをゼロにする（ステップＳ１０７）。原子ｉの電荷として軌道数が設定される。
In the atomic data structure A of the atom i, the
ＣＰＵ１１は、原子ｉの原子データ構造Ａにおいて、軌道数Ａ［ｉ］−＞ｍはゼロであり、かつ、電子数Ａ［ｉ］−＞ｎがゼロではないが成立するかを判断する（ステップＳ１０８）。不成立の場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１１０へと進む。成立する場合、ＣＰＵ１１は、原子ｉの原子電荷Ａ［ｉ］−＞ｑに電子数Ａ［ｉ］−＞ｎ＊（−１）を設定して、電子数Ａ［ｉ］−＞ｎをゼロにする（ステップＳ１０９）。原子ｉの電荷として負の電子数が設定される。
In the atomic data structure A of the atom i, the
ＣＰＵ１１は、原子ｉの原子データ構造Ａにおいて、軌道数Ａ［ｉ］−＞ｍはゼロではなく、かつ、電子数Ａ［ｉ］−＞ｎがゼロではないが成立するかを判断する（ステップＳ１１０）。不成立の場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１１２へと進む。成立する場合、ＣＰＵ１１は、原子ｉの軌道数Ａ［ｉ］−＞ｍを１減算し、また、電子数Ａ［ｉ］−＞ｎを１減算にする（ステップＳ１１１）。
In the atomic data structure A of the atom i, the
ＣＰＵ１１は、原子ｉの軌道数Ａ［ｉ］−＞ｍがゼロ、かつ、電子数Ａ［ｉ］−＞ｎがゼロであるが成立するかを判断する（ステップＳ１１２）。成立しない場合、ＣＰＵ１１は、ステップＳ１０６へ戻り、上述同様の処理を行う。不成立の場合、ＣＰＵ１１は、原子ｉの結合フラグｂｆに「Ｔ」を設定する（ステップＳ１１３）。
The
そして、ＣＰＵ１１は、分子Ｍの原子数Ｍ−＞ｎの原子ｉ全てに対して処理を終了したか否かを判断する（ステップＳ１１４）。ＣＰＵ１１は、原子ｉ全てに対して処理を終了していない場合、ステップＳ１０５に戻り、上述同様の処理を行う。一方、原子ｉ全てに対して処理を終了した場合、ＣＰＵ１１は、この処理を終了する。
Then, the
（結合次数の設定）
σ結合毎に加算された結合次数（ステップＳ７０）、及び、π結合毎に加算された結合次数（ステップＳ９７）によって、原子対間の全結合数が軸の結合次数として設定される。
(Set bond order)
Based on the bond order added for each σ bond (step S70) and the bond order added for each π bond (step S97), the total bond number between atom pairs is set as the bond order of the axis.
［実施例１］
次に、上述した分子の３次元構造構築処理による実施例を説明する。先ず、実施例１として、図９に示すように、Ｃ２Ｈ４（エチレン）の原子配置８０に対して、元素Ｃが２次結合された結合結果８９が、上述した分子の３次元構造構築処理によって自動的に正しく得られることを図１０で説明する。
[Example 1]
Next, an example of the above-described molecular three-dimensional structure construction process will be described. First, as Example 1, as shown in FIG. 9, the
図１０は、Ｃ２Ｈ４（エチレン）の場合の状態遷移例を示す図である。図１０中、データ構造３０に基づいて記憶領域に展開された情報のうち、各状態の説明に必要な部分をテーブルＴ１０で示し、理解を容易にするため、状態遷移毎のテーブルＴ１０に対応させて結合次数が設定される様子を例示させている。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of state transition in the case of C2H4 (ethylene). In FIG. 10, of the information developed in the storage area based on the data structure 30, a part necessary for explanation of each state is indicated by a
＜状態１＞
図１０において、図９に示すようなＣ２Ｈ４（エチレン）の原子配置８０がユーザによって成されると、ＣＰＵ１１は、この原子配置８０用にデータ構造３０をテーブルＴ１０として記憶領域内に構築し、原子データ構造Ａを作成した段階である。原子はＡ［１］からＡ［６］まで、原子順序番号については例えばＡ［１］−＞Ｎ＝６のように設定されている。この段階ではまだ結合軸データ構造Bは記憶領域のみ確保された段階である。
<
In FIG. 10, when the C2H4 (ethylene)
＜状態２＞
原子Ａ［１］と原子Ａ［２］の距離が閾値以下と判断されて、テーブルＴ１０に最初の結合軸が設定された段階である。結合軸Ｂ［１］は同時にσ結合の設定をＢ［１］−＞ｂｔ＝１で意味し、結合形成のために両端原子Ａ［１］とＡ［２］の軌道数と電子数は１ずつ減少している。
<
This is the stage when the distance between the atom A [1] and the atom A [2] is determined to be equal to or less than the threshold value, and the first bond axis is set in the table T10. The bond axis B [1] means the setting of σ bond at the same time as B [1]-> bt = 1, and the number of orbitals and the number of electrons of both end atoms A [1] and A [2] are 1 for bond formation. It is decreasing gradually.
＜状態３＞
原子Ａ［１］と原子Ａ［３］の距離が閾値以下と判定されて、テーブルＴ１０に結合軸Ｂ［２］が設定された段階である。この時、Ｂ［２］−＞ｂｔ＝１となり、両端原子の軌道数と電子数は１ずつ減少している。ここで、Ａ［３］−＞ｍ＝０、Ａ［３］−＞ｎ＝０となったため、Ａ［３］−＞ｂｆ＝Ｔと設定される。
<
The distance between the atom A [1] and the atom A [3] is determined to be equal to or less than the threshold value, and the bond axis B [2] is set in the table T10. At this time, B [2]-> bt = 1, and the number of orbitals and the number of electrons of both-end atoms are decreased by one. Here, since A [3]-> m = 0 and A [3]-> n = 0, A [3]-> bf = T is set.
＜状態４＞
原子Ａ［１］と原子Ａ［４］の距離が閾値以下と判定されて、テーブルＴ１０に結合軸Ｂ［３］が設定された段階である。この時、Ｂ［３］−＞ｂｔ＝１となり、両端原子の軌道数と電子数は１ずつ減少している。ここで、Ａ［３］−＞ｍ＝０、Ａ［３］−＞ｎ＝０となったため、Ａ［３］→ｂｆ＝Ｔと設定される。さらにこの時、Ａ［１］−＞ｍ＝１、Ａ［１］−＞ｎ＝１とどちらも０でなく、Ａ［１］の属する結合軸の逆端原子Ａ［３］、Ａ［４］の結合フラグが「Ｔ」となっている。逆端原子の結合フラグが「Ｔ」でないのは原子Ａ［２］のみであるため、Ａ［１］−＞ｂｆ＝Ｃと設定される。
<
The distance between the atom A [1] and the atom A [4] is determined to be equal to or less than the threshold value, and the bond axis B [3] is set in the table T10. At this time, B [3]-> bt = 1, and the number of orbitals and the number of electrons of both-end atoms are decreased by one. Here, since A [3]-> m = 0 and A [3]-> n = 0, A [3] → bf = T is set. Further, at this time, A [1]-> m = 1 and A [1]-> n = 1, both of which are not 0, and the reverse end atoms A [3], A [4 of the bond axis to which A [1] belongs. ] Is “T”. Since only the atom A [2] has a bond flag of the reverse end atom that is not “T”, A [1]-> bf = C is set.
＜状態５＞
原子Ａ［２］とＡ［５］の距離が閾値以下と判定されて、テーブルＴ１０に結合軸Ｂ［４］が設定された段階である。この時、Ｂ［５］−＞ｂｔ＝１となり、両端原子の軌道数と電子数は１ずつ減少している。ここでＡ［５］−＞ｍ＝０、Ａ［５］−＞ｎ＝０となったため、Ａ［５］−＞ｂｆ＝Ｔと設定される。
<
The distance between the atoms A [2] and A [5] is determined to be equal to or less than the threshold value, and the bond axis B [4] is set in the table T10. At this time, B [5]-> bt = 1, and the number of orbitals and the number of electrons of both-end atoms are decreased by one. Here, since A [5]-> m = 0 and A [5]-> n = 0, A [5]-> bf = T is set.
＜状態６＞
原子Ａ［２］と原子Ａ［６］の距離が閾値以下と判定されて、テーブルＴ１０に結合軸Ｂ［５］が設定された段階である。この時、Ｂ［６］−＞ｂｔ＝１となり、両端原子の軌道数と電子数は１ずつ減少している。ここで、Ａ［６］−＞ｍ＝０、Ａ［６］−＞ｎ＝０となったため、Ａ［６］−＞ｂｆ＝Ｔと設定される。さらにこの時、Ａ［２］−＞ｍ＝１、Ａ［２］−＞ｎ＝１とどちらも０でなく、Ａ［２］の属する結合軸の逆端原子Ａ［５］、Ａ［６］の結合フラグが「Ｔ」となっている。逆端原子の結合フラグが「Ｔ」でないのはＡ［１］のみであるため、Ａ［２］−＞ｂｆ＝Ｃと設定される。
<
The distance between the atom A [2] and the atom A [6] is determined to be equal to or less than the threshold value, and the bond axis B [5] is set in the table T10. At this time, B [6]-> bt = 1, and the number of orbitals and the number of electrons of both-end atoms are decreased by one. Here, since A [6]-> m = 0 and A [6]-> n = 0, A [6]-> bf = T is set. Further, at this time, A [2]-> m = 1 and A [2]-> n = 1, both of which are not 0, and the reverse end atoms A [5], A [6] of the bond axis to which A [2] belongs. ] Is “T”. Since only the A [1] is not “T” as the bond flag of the reverse end atom, A [2] −> bf = C is set.
＜状態７＞
結合軸Ｂ［１］の両端原子Ａ［１］とＡ［２］について、結合フラグが両方ともＣであることから、テーブルＴ１０にπ結合を設定する段階である。具体的には、軌道数と電子数を１ずつ減少し、結合次数Ｂ［１］−＞ｂｔは１増大して２に設定される。この時、Ａ［１］−＞ｍ＝０、Ａ［１］−＞ｎ＝０、Ａ［２］−＞ｍ＝０、Ａ［２］−＞ｎ＝０であることから、Ａ［１］−＞ｂｆ＝Ｔ、Ａ［２］−＞ｂｆ＝Ｔに設定される。
<
For both end atoms A [1] and A [2] of the bond axis B [1], since the bond flags are both C, this is the stage where π bonds are set in the table T10. Specifically, the number of orbitals and the number of electrons are decreased by 1, and the bond order B [1]-> bt is increased by 1 and set to 2. At this time, since A [1]-> m = 0, A [1]-> n = 0, A [2]-> m = 0, and A [2]-> n = 0, A [1 ]-> Bf = T, A [2]-> bf = T.
従って、テーブルＴ１０によって、図９に示すような適切に結合次数が設定された結合結果８９を得ることが可能なことを確認できる。
Therefore, it can be confirmed from the table T10 that it is possible to obtain a
［実施例２］
次に、実施例２として、Ｃ６Ｈ５ＣＨＯ（ベンズアルデヒド）の原子配置９０に対して、結合次数が設定された結合結果９９が、上述した分子の３次元構造構築処理によって自動的に正しく得られることを図１１で説明する。
[Example 2]
Next, as Example 2, it is shown that the
図１１は、Ｃ６Ｈ５ＣＨＯ（ベンズアルデヒド）の場合の状態遷移例を示す図である。図１１中、データ構造３０に基づいて記憶領域に展開された情報のうち、各状態の説明に必要な部分をテーブルＴ１１で示し、理解を容易にするため、状態遷移毎のテーブルＴ１０に対応させて結合次数が設定される様子を例示させている。 FIG. 11 is a diagram showing an example of state transition in the case of C6H5CHO (benzaldehyde). In FIG. 11, of the information developed in the storage area based on the data structure 30, a part necessary for explanation of each state is indicated by a table T <b> 11, and is associated with the table T <b> 10 for each state transition for easy understanding. This illustrates the manner in which the bond order is set.
＜状態１＞
図１１において、Ｃ６Ｈ５ＣＨＯ（ベンズアルデヒド）の原子配置９０がユーザによって成されると、ＣＰＵ１１は、この原子配置９０用にデータ構造３０をテーブルＴ１１として記憶領域内に構築し、原子データ構造Ａを作成した段階である。原子はＡ［１］からＡ［１４］まで、原子順序番号については例えばＡ［１］−＞Ｎ＝６のように設定されている。この段階ではまだ結合軸データ構造Bは記憶領域のみ確保された段階である。
<
In FIG. 11, when the
＜状態２＞
図１０と同様の処理により各原子間距離が閾値以下と判定されて、σ結合が設定された段階である。１４個の結合軸について、結合次数はＢ［１：１４］−＞ｂｔ＝１と設定されている。また炭素原子の軌道数と電子数はすべて１となり、水素原子の軌道数と電子数はすべて０となる。そのため水素原子の結合フラグはすべて「Ｔ」と設定されている。この時、酸素原子Ａ［８］についてはＡ［８］−＞ｍ＝３、Ａ［８］−＞ｎ＝５、Ａ［８］−＞ｂｆ＝Ｃと設定されている。ここまでは図１０の処理とまったく同様に進めることができる。
<
The inter-atomic distance is determined to be equal to or less than the threshold by the same processing as in FIG. 10, and the σ bond is set. For the 14 bond axes, the bond order is set as B [1:14]-> bt = 1. Also, the number of orbits and electrons of carbon atoms are all 1, and the number of orbits and electrons of hydrogen atoms are all 0. Therefore, all hydrogen atom bond flags are set to “T”. At this time, for the oxygen atom A [8], A [8]-> m = 3, A [8]-> n = 5, and A [8]-> bf = C are set. Up to this point, the process can proceed in exactly the same way as in FIG.
＜状態３＞
酸素原子の軌道数１に対して電子数２となる組を２つ考慮することができることから、考慮した数の組を孤立電子対として減少させた段階である。具体的にはＡ［８］−＞ｍ＝Ａ［８］−＞ｍ−２＝１、Ａ［８］−＞ｎ＝Ａ［８］−＞ｎ−２＊２＝−＞１と設定される。
<
Since two groups having two electrons with respect to the number of orbits of oxygen atoms can be considered, this is the stage where the number of groups considered is reduced as lone electron pairs. Specifically, A [8]-> m = A [8]-> m-2 = 1, A [8]-> n = A [8]-> n-2 * 2 =-> 1 are set. The
＜状態４＞
両端原子の結合フラグの組が「Ｃ」と「Ｆ」の組であるＢ［８］について、π結合が設定された段階である。具体的にはＢ［８］−＞ｂｔ＝Ｂ［８］−＞ｂｔ＋１＝２と設定され、両端原子Ａ［７］とＡ［８］の軌道数と電子数が１ずつ減少される。結果としてＡ［７］−＞ｍ＝０、Ａ［７］−＞ｎ＝０、Ａ［８］−＞ｍ＝０、Ａ［８］−＞ｎ＝０と設定され、この時Ａ［７］−＞ｂｆ＝Ｔ、Ａ［８］−＞ｂｆ＝Ｔと設定される。
<
This is a stage in which a π bond is set for B [8] in which the combination flag of both end atoms is a combination of “C” and “F”. Specifically, B [8]-> bt = B [8]-> bt + 1 = 2 is set, and the number of orbitals and the number of electrons of both end atoms A [7] and A [8] are decreased by one. As a result, A [7]-> m = 0, A [7]-> n = 0, A [8]-> m = 0, A [8]-> n = 0 are set. At this time, A [7 ]-> Bf = T, A [8]-> bf = T.
＜状態５＞
両端原子の結合フラグの組が「Ｆ」同士の組である結合軸についてπ結合が設定され、その後で「Ｃ」と「Ｆ」による組の結合軸についてπ結合が設定され、「Ｃ」か「Ｆ」の組である結合軸が存在しなくなるまでπ結合の設定を進めた段階である。具体的にはすべての原子について、軌道数と電子数が０と設定され、結合フラグは「Ｔ」と設定されている。
<
A π bond is set for a bond axis in which the set of bond flags of both end atoms is a pair of “F”, and then a π bond is set for the bond axis of the set of “C” and “F”. This is a stage in which the setting of π bond is advanced until there is no bond axis that is a set of “F”. Specifically, for all atoms, the number of orbitals and the number of electrons is set to 0, and the bond flag is set to “T”.
＜状態６＞
従って、テーブルＴ１１によって、適切に結合次数が設定された結合結果９９を得ることが可能なことを確認できる。
<
Therefore, it can be confirmed from the table T11 that it is possible to obtain a
以上より、分子構造構築システムにおいて、上述した分子の３次元構造構築処理によって、各原子が末端か否かを原子データ構造Ａの結合フラグｂｆを利用して判定することによって、末端からπ結合の設定を行うことができ、共役系の結合次数を矛盾なく設定することができる。 As described above, in the molecular structure construction system, by determining whether each atom is a terminal by using the above-described three-dimensional structure building process of the molecule using the bond flag bf of the atomic data structure A, It is possible to set the bond order of the conjugated system without contradiction.
従来手法を用いた場合と異なり、分子構造の構築に関して、例えば、マウスによる結合軸の選択、結合次数の選択、結合軸の選択解除などのユーザによる操作数を削減し、特に巨大分子系における構造の変更設定など、個別の選択操作に困難を生じる系の分子設計を容易に進めることが可能になる。また付随して、従来手法で生じる結合次数設定ミスによる分子物性計算の異常動作を解消し、計算への連携をスムーズに進めることも可能になる。 Unlike the case of using the conventional method, the number of operations by the user such as selection of bond axes, selection of bond orders, and deselection of bond axes with respect to the construction of molecular structures is reduced. It is possible to easily proceed with the molecular design of a system that causes difficulty in individual selection operations, such as change setting of. In addition, it is possible to eliminate the abnormal operation of molecular physical property calculation due to a mistake in setting the bond order that occurs in the conventional method, and to facilitate the cooperation with the calculation.
従って、分子構造をＧＵＩなどで構築する際に、各原子に設定されている原子の軌道数と電子数の情報に基づき、各原子間の結合に対して結合次数を自動判定でき、高分子であってもユーザに負担をかけることなく分子設計を容易とし、更には分子物性計算などについても正常動作を可能とする。 Therefore, when the molecular structure is constructed using GUI or the like, the bond order can be automatically determined for the bonds between the atoms based on the information on the number of orbits and the number of electrons set for each atom. Even if this is the case, molecular design is facilitated without imposing a burden on the user, and normal operation is also possible for molecular property calculations.
本発明は、具体的に開示された実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 The present invention is not limited to the specifically disclosed embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims.
１１ ＣＰＵ
１２ メモリユニット
１３ 表示ユニット
１４ 出力ユニット
１５ 入力ユニット
１６ 通信ユニット
１７ 記憶装置
１８ ドライバ
１９ 記憶媒体
３０ データ構造
８０、９０ 原子配置
８９、９９ 結合結果
１００ 分子構造構築システム
Ｔ１０、Ｔ１１ テーブル
11 CPU
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記原子間を結合可能な距離閾値に従ってσ結合を行い、前記結合次数を１加算し、該σ結合された原子の電子数及び軌道数を１ずつ減算し、該減算によって末端原子になると前記結合フラグを更新するσ結合手段と、
前記結合フラグを参照して、第一原子に前記σ結合される第二原子のうち、一の第二原子を残して他第二原子が末端である場合、該第一原子と該一の第二原子とにπ結合を行い、該電子数及び軌道数を１ずつ減算し、前記結合次数を１加算するπ結合手段と、
を有することを特徴とする分子構造構築システム。 Based on the atomic arrangement of the molecule, an atomic data structure that associates the number of electrons and orbitals for each arranged atom with a bond flag that indicates the terminal state after bonding, and the bond order for each bond axis that bonds the atoms. A storage area storing a data structure having at least a bond axis data structure corresponding to
Σ bond is performed according to a distance threshold that allows bonding between the atoms, the bond order is incremented by 1, and the number of electrons and orbits of the σ-bonded atom are decremented by 1, and the bond becomes a terminal atom by the subtraction. A sigma coupling means for updating the flag;
With reference to the bond flag, among the second atoms that are σ-bonded to the first atom, when the other second atom is the terminal, leaving the second atom, the first atom and the first atom Π-bonding means for performing π-bonding with two atoms, subtracting the number of electrons and orbitals by 1 and adding 1 to the bond order;
A molecular structure construction system characterized by comprising:
前記距離閾値は、前記原子間の距離が各元素の前記結合半径に基づいて定められる前記閾値であることを特徴とする請求項１記載の分子構造構築システム。 The data structure further includes an element data structure in which at least a bond radius is associated with each element,
The molecular structure construction system according to claim 1, wherein the distance threshold is the threshold in which a distance between the atoms is determined based on the bond radius of each element.
分子の原子配置に基づいて、配置された原子毎に電子数及び軌道数と結合後の末端状態を示す結合フラグとを対応させた原子データ構造と、原子間を結合する結合軸毎に結合次数を対応させた結合軸データ構造とを少なくとも有するデータ構造を記憶した記憶領域を有し、
前記原子間を結合可能な距離閾値に従ってσ結合を行い、前記結合次数を１加算し、該σ結合された原子の電子数及び軌道数を１ずつ減算し、該減算によって末端原子になると前記結合フラグを更新するσ結合手順と、
前記結合フラグを参照して、第一原子に前記σ結合される第二原子のうち、一の第二原子を残して他第二原子が末端である場合、該第一原子と該一の第二原子とにπ結合を行い、該電子数及び軌道数を１ずつ減算し、前記結合次数を１加算するπ結合手順と、
を実行することを特徴とする分子構造構築方法。 A molecular structure construction method in which a computer constructs a molecular structure, the computer comprising:
Based on the atomic arrangement of the molecule, an atomic data structure that associates the number of electrons and orbitals for each arranged atom with a bond flag that indicates the terminal state after bonding, and the bond order for each bond axis that bonds the atoms. A storage area storing a data structure having at least a bond axis data structure corresponding to
Σ bond is performed according to a distance threshold that allows bonding between the atoms, the bond order is incremented by 1, and the number of electrons and orbits of the σ-bonded atom are decremented by 1, and the bond becomes a terminal atom by the subtraction. A σ join procedure to update the flag;
With reference to the bond flag, among the second atoms that are σ-bonded to the first atom, when the other second atom is the terminal, leaving the second atom, the first atom and the first atom A π bond procedure for performing π bond with two atoms, subtracting the number of electrons and orbitals one by one, and adding 1 to the bond order;
The molecular structure construction method characterized by performing this.
分子の原子配置に基づいて、配置された原子毎に電子数及び軌道数と結合後の末端状態を示す結合フラグとを対応させた原子データ構造と、原子間を結合する結合軸毎に結合次数を対応させた結合軸データ構造とを少なくとも有するデータ構造を記憶領域に生成するデータ構造生成手順と、
前記原子間を結合可能な距離閾値に従ってσ結合を行い、前記結合次数を１加算し、該σ結合された原子の電子数及び軌道数を１ずつ減算し、該減算によって末端原子になると前記結合フラグを更新するσ結合手順と、
前記結合フラグを参照して、第一原子に前記σ結合される第二原子のうち、一の第二原子を残して他第二原子が末端である場合、該第一原子と該一の第二原子とにπ結合を行い、該電子数及び軌道数を１ずつ減算し、前記結合次数を１加算するπ結合手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ実行可能なプログラム。 A computer-executable program for causing a computer to function as a molecular structure construction apparatus for constructing a molecular structure,
Based on the atomic arrangement of the molecule, an atomic data structure that associates the number of electrons and orbitals for each arranged atom with a bond flag that indicates the terminal state after bonding, and the bond order for each bond axis that bonds the atoms. A data structure generation procedure for generating in the storage area a data structure having at least a bond axis data structure corresponding to
Σ bond is performed according to a distance threshold that allows bonding between the atoms, the bond order is incremented by 1, and the number of electrons and orbits of the σ-bonded atom are decremented by 1, and the bond becomes a terminal atom by the subtraction. A σ join procedure to update the flag;
With reference to the bond flag, among the second atoms that are σ-bonded to the first atom, when the other second atom is the terminal, leaving the second atom, the first atom and the first atom A π bond procedure for performing π bond with two atoms, subtracting the number of electrons and orbitals one by one, and adding 1 to the bond order;
A computer-executable program characterized by causing
分子の原子配置に基づいて、配置された原子毎に電子数及び軌道数と結合後の末端状態を示す結合フラグとを対応させた原子データ構造と、原子間を結合する結合軸毎に結合次数を対応させた結合軸データ構造とを少なくとも有するデータ構造を記憶領域に生成するデータ構造生成手順と、
前記原子間を結合可能な距離閾値に従ってσ結合を行い、前記結合次数を１加算し、該σ結合された原子の電子数及び軌道数を１ずつ減算し、該減算によって末端原子になると前記結合フラグを更新するσ結合手順と、
前記結合フラグを参照して、第一原子に前記σ結合される第二原子のうち、一の第二原子を残して他第二原子が末端である場合、該第一原子と該一の第二原子とにπ結合を行い、該電子数及び軌道数を１ずつ減算し、前記結合次数を１加算するπ結合手順と、
を実行させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。 A computer-readable storage medium storing a program for causing a computer to function as a molecular structure building apparatus for building a molecular structure,
Based on the atomic arrangement of the molecule, an atomic data structure that associates the number of electrons and orbitals for each arranged atom with a bond flag that indicates the terminal state after bonding, and the bond order for each bond axis that bonds the atoms. A data structure generation procedure for generating in the storage area a data structure having at least a bond axis data structure corresponding to
Σ bond is performed according to a distance threshold that allows bonding between the atoms, the bond order is incremented by 1, and the number of electrons and orbits of the σ-bonded atom are decremented by 1, and the bond becomes a terminal atom by the subtraction. A σ join procedure to update the flag;
With reference to the bond flag, among the second atoms that are σ-bonded to the first atom, when the other second atom is the terminal, leaving the second atom, the first atom and the first atom A π bond procedure for performing π bond with two atoms, subtracting the number of electrons and orbitals one by one, and adding 1 to the bond order;
The computer-readable storage medium characterized by performing this.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2020186109A3 (en) * | 2019-03-12 | 2020-10-15 | California Institute Of Technology | Systems and methods for determining molecular structures with molecular-orbital-based features |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020186109A3 (en) * | 2019-03-12 | 2020-10-15 | California Institute Of Technology | Systems and methods for determining molecular structures with molecular-orbital-based features |
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