JP5933130B2

JP5933130B2 - 分子オービタルの類似性偏差評価方法およびこれを用いたシステム

Info

Publication number: JP5933130B2
Application number: JP2015533002A
Authority: JP
Inventors: イ、スン−ヨプ; チョ、ヘ−ソン
Original assignee: エルジー・ケム・リミテッド
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2034-07-15
Also published as: JP2016502158A; WO2015009016A1; US10102349B2; KR20150008677A; KR101586382B1; US20160171182A1

Description

本発明は、分子オービタルの類似性偏差評価方法およびこれを用いたシステムに関するものであって、より詳細には、定量的に分子オービタル（ｍｏｌｅｃｕｌａｒｏｒｂｉｔａｌ）の類似性偏差を定量的に正確に評価することができる、分子オービタルの類似性偏差評価方法およびこれを用いたシステムに関するものである。

物質の電気化学的特性は、電子挙動に大きな影響を受ける。このような電子挙動は、非常に複雑で解析しにくいため、これを実験を通した直接的な測定で評価することは難しい。したがって、電子挙動は、実験でない計算により解析されており、このために導入された概念がまさに分子オービタル（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＯｒｂｉｔａｌ、ＭＯ）である。

分子オービタルは、分子内の各位置において電子が存在できる確率を示す。分子オービタルは、量子力学方法による計算によってのみ把握可能である。伝統的に、分子オービタルの評価は、計算された分子オービタルを図に生成した後、これを視覚的な判断に依存する定性的な方法に依存する。しかし、定性的な方法は、分子オービタルの全体的な特性を大まかに評価するには有用であるが、定量的な方法のように分子オービタルを客観的かつ正確に評価することは難しい。なぜならば、定性的な方法は、主観的な基準に従って評価するため、同一の分子オービタルに対しても、評価者によって非常に異なる評価が出ることがあるからである。

したがって、本発明者らは、このような定性的な評価方法が有する限界を克服し、分子オービタル情報を体系的に正確に評価して、これを用いるための分子オービタルを定量的に評価することができる様々な方法を開発するようになった。

例えば、全体分子構造において、分子オービタルが分布可能なパターンの数はほぼ無限大であるが、このように複雑なパターンをもって分布する分子オービタルを直観的かつ正確に評価するために、ブロックの概念を導入して、これを用いる新たな方法であるＡＣ２Ｂ（ＡｓｓｅｍｂｌｙｏｆＣｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅＢｕｉｌｄｉｎｇＢｌｏｃｋ）法を開発した。

前記ＡＣ２Ｂ法は、（１）分子の全体分子構造のそれぞれの細部領域をブロックにした後、全体分子構造をブロックの組み合わせで生成した後、（２）それぞれのブロックに関連付けられた分子オービタルが全体オービタルの和に対して占める割合を計算し、これに基づいて順次にブロックを再配列して得た再配列された順次的ブロックスペクトルを得ることにより、分子オービタル特性を解析する方法を意味する。再配列された順次的ブロックスペクトルでは、最も前に位置したブロックに最も多い分子オービタルが分布し、最も最後に位置したブロックに最も少ない分子オービタルが分布する。新たにブロックという概念を導入したＡＣ２Ｂ法を利用して複雑な分子オービタルのパターンを単純化させることで、分子オービタル特性を直観的かつ明確に評価することができた。

しかし、ＡＣ２Ｂにより計算される再配列されたブロックスペクトルは、単一分子オービタル特性を直観的に示すものの、互いに異なる分子オービタル特性を比較するのに直接的に使用しにくい。これは、前記ブロックスペクトルは、各ブロックの占める位置に応じた順次的なブロックの配列であるため、これを定量的な比較に直接利用することができないからである。

したがって、本発明者らは、分子構造内で複雑かつ多様なパターンで分布している分子オービタル特性を、ブロックという新たな概念を導入して計算されたブロックスペクトルを用いて直観的かつ明確に評価し、ブロックスペクトルを用いて互いに異なる分子オービタルに対する類似性を定量的に正確に比較可能な方法である２ＢＳ−ｓｃｏｒｅ法を開発した。

２ＢＳ−ｓｃｏｒｅ法は、互いに異なる分子オービタルに対して計算されたブロックスペクトルの配列に対する同一性評価により、分子オービタルの類似性を定量的に評価する評価法である。具体的に説明すれば、２ＢＳ−ｓｃｏｒｅ法は、比較しようとする分子オービタルに対するブロックスペクトルにおいて、同一の配列における同一性を３段階にわたって比較して全体分子オービタルの類似度を定量的に測定する方法である。比較しようとする２個の分子オービタルブロックスペクトルの配列が正確に同一の場合、２ＢＳ−ｓｃｏｒｅは１００％であり、配列差が大きいほど、次第に小さい値を有し、分子オービタルの類似性が良くないことを示す。本発明者らは、前記２ＢＳ−ｓｃｏｒｅ法により分子オービタルの類似性を定量的に正確に示すことができることを確認した。

しかし、前記２ＢＳ−ｓｃｏｒｅ法により分子オービタルの類似性を定量的に評価することができるが、どの程度の偏差を有する類似性であるかを知ることはできなかった。例えば、互いに異なる分子オービタルのｐａｉｒであるＡ０−Ａ１とＡ２−Ａ３の類似性を２ＢＳ−ｓｃｏｒｅで評価するとした場合、計算の結果、両方とも同一の２ＢＳ−ｓｃｏｒｅを有すれば同一の類似性を有すると判定されるが、実際にＡ０−Ａ１とＡ２−Ａ３の間の類似性は正確に同一であると見なすことができない。なぜならば、２ＢＳ−ｓｃｏｒｅ値が同一であっても、Ａ０−Ａ１とＡ２−Ａ３が有する類似性は偏差が存在し得るからである。

したがって、このような類似性偏差を正確に測定できれば、分子オービタルの類似性をより正確に評価することができて、類似性特性を理解するのに非常に有用であると期待された。本発明者らは、このような必要性に応じて、２ＢＳ−ｓｃｏｒｅ法により計算された分子オービタルの類似性に対する定量的評価を通して分子オービタルの類似性に対する新たな特性、すなわち、分子オービタルの類似性に対する偏差（ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｄｅｖｉａｔｉｏｎ）を統計的に評価する方法を開発するに至った。

上記の従来技術の問題を解決するために、本発明は、分子オービタルの類似性偏差を定量的に正確に評価することができる新たな方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、ａ）分子オービタルの類似性を比較する２個の対象分子オービタルを選択した後、下記のｉ）〜ｖ）ステップの方法によってブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得た後、同一のブロック大きさのＮ_x個のＭＢＳｐａｉｒを組み合わせるステップ：ｉ）量子力学計算法を利用して前記分子オービタルの分布を計算するステップ、ｉｉ）前記分子の分子構造内の分子中心から放射方向（ｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）にＮ個のブロックを作るステップ、ｉｉｉ）前記それぞれのブロックに関連付けられた分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））（ｋは、ブロックの番号で、１〜Ｎの自然数である）を計算するステップ、ｉｖ）前記分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））の大きさを基準として前記ブロックを順次に再配列し、ブロックスペクトルを得るステップ、およびｖ）前記ｉｉ）〜ｉｖ）ステップを繰り返して、対象分子オービタルごとにブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得た後、同一のブロック大きさのＮ_x個のＭＢＳｐａｉｒを組み合わせるステップと、ｂ）前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒに対して多段階の同一性評価を行い、それぞれのＭＢＳｐａｉｒに対するＴＳＳ（ｍ）（ｍは、ＭＢＳの番号で、１〜Ｎ_xである）値を計算するステップと、ｃ）前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒに対するＴＳＳ（ｍ）値の標準偏差を計算し、これによって定量的に分子オービタルの類似性偏差を評価するステップとを含む、分子オービタルの類似性偏差評価方法を提供する。

本発明は、分子オービタルの類似性に含まれている偏差を定量的に正確に評価することにより、分子オービタルの類似性に関連する特性を包括的に評価し理解させることができて、ＯＬＥＤ（ｏｒｇａｎｉｃｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇｄｉｏｄｅ）または太陽電池などのような分野の新規物質の開発に有用に利用可能である。

本発明の分子オービタルの類似性偏差評価過程を示すＦｌｏｗｃｈａｒｔである。互いに異なる分子オービタルを有するＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−Ｄｉ［（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ］−１，１’−（ｂｉｐｈｅｎｙｌ）−４，４’−ｄｉａｍｉｎｅ）に対して、互いに異なる電子状態で量子力学方法で計算された分子オービタルＴ１とＴ２に対してそれぞれＳＳＤＥ−ＭＯ法を適用して得た、偏差が±８．６の分子オービタルｐａｉｒのＴ１とＴ２を図に示すものである。互いに異なる分子オービタルを有するＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−Ｄｉ［（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ］−１，１’−（ｂｉｐｈｅｎｙｌ）−４，４’−ｄｉａｍｉｎｅ）に対して、互いに異なる電子状態で量子力学方法で計算された分子オービタルＴ１とＴ３に対してそれぞれＳＳＤＥ−ＭＯ法を適用して得た、偏差が±２４．９の分子オービタルｐａｉｒのＴ１とＴ３を図に示すものである。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明の分子オービタルの類似性偏差評価方法は、ａ）分子オービタルの類似性を比較する２個の対象分子オービタルを選択した後、下記のｉ）〜ｖ）ステップの方法によってブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得た後、同一のブロック大きさのＮ_x個のＭＢＳｐａｉｒを組み合わせるステップ：ｉ）量子力学計算法を利用して前記分子オービタルの分布を計算するステップ、ｉｉ）前記分子の分子構造内の分子中心から放射方向（ｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）にＮ個のブロックを作るステップ、ｉｉｉ）前記それぞれのブロックに関連付けられた分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））（ｋは、ブロックの番号で、１〜Ｎの自然数である）を計算するステップ、ｉｖ）前記分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））の大きさを基準として前記ブロックを順次に再配列し、ブロックスペクトルを得るステップ、およびｖ）前記ｉｉ）〜ｉｖ）ステップを繰り返して、対象分子オービタルごとにブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得た後、同一のブロック大きさのＮ_x個のＭＢＳｐａｉｒを組み合わせるステップと、ｂ）前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒに対して多段階の同一性評価を行い、それぞれのＭＢＳｐａｉｒに対するＴＳＳ（ｍ）（ｍは、ＭＢＳの番号で、１〜Ｎ_xである）値を計算するステップと、ｃ）前記それぞれのＭＢＳｐａｉｒに対するＴＳＳ（ｍ）値の標準偏差を計算し、これによって定量的に分子オービタルの類似性偏差を評価するステップとを含むことを特徴とする。

本発明者らは、前記分子オービタルの類似性偏差評価方法を、「ＳＳＤＥ−ＭＯ（ＳｔａｔｉｓｔｉｃａｌＳｉｍｉｌａｒｉｔｙＤｅｖｉａｔｉｏｎＥｓｔｉｍａｔｉｏｎ−ＭｏｌｅｃｕｌａｒＯｒｂｉｔａｌ）」法と名付けた。前記ＳＳＤＥ−ＭＯ法は、統計的な推定方法により分子オービタルの類似性偏差を定量的に計算するものである。前記ＳＳＤＥ−ＭＯ法は、互いに異なる分子オービタルの類似性偏差を計算するために、（１）ブロックの配列大きさが異なるＮ個のＭＢＳ（Ｍｕｌｔｉ−ｌｅｖｅｌＢｌｏｃｋＳｐｅｃｔｒｕｍ）を生成し、（２）生成されたＭＢＳの配列に対する同一性評価を通してそれぞれのＭＢＳｐａｉｒに対する類似性を計算し、（３）計算されたそれぞれのＭＢＳｐａｉｒに対する類似性データを用いて類似性偏差を統計的に計算する過程を行う。ＳＳＤＥ−ＭＯ法の計算過程を、図１のＦｌｏｗｃｈａｒｔに示した。以下、ＳＳＤＥ−ＭＯ法の計算過程を詳細に説明する。

本発明は、ａ）分子オービタルの類似性を比較する２個の対象分子オービタルを選択した後、下記のｉ）〜ｖ）ステップの方法によってブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得た後、同一のブロック大きさのＮ_x個のＭＢＳｐａｉｒを組み合わせるステップ：ｉ）量子力学計算法を利用して前記分子オービタルの分布を計算するステップ、ｉｉ）前記分子の分子構造内の分子中心から放射方向（ｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）にＮ個のブロックを作るステップ、ｉｉｉ）前記それぞれのブロックに関連付けられた分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））（ｋは、ブロックの番号で、１〜Ｎの自然数である）を計算するステップ、ｉｖ）前記分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））の大きさを基準として前記ブロックを順次に再配列し、ブロックスペクトルを得るステップ、およびｖ）前記ｉｉ）〜ｉｖ）ステップを繰り返して、対象分子オービタルごとにブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得た後、同一のブロック大きさのＮ_x個のＭＢＳｐａｉｒを組み合わせるステップを含むことを特徴とする。

前記ａ）ステップは、本発明者が開発した分子オービタル特性の解析方法である「ＡＣ２Ｂ（ＡｓｓｅｍｂｌｙｏｆＣｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅＢｕｉｌｄｉｎｇＢｌｏｃｋ）」法を利用するステップである。

分子オービタルは、分子内における電子の波動的（ｗａｖｅ−ｌｉｋｅ）挙動を示す数学的な模写で定義することができる。分子オービタルが存在する領域は、量子力学計算により求めることができ、前記量子力学計算方法としては、量子力学を利用した方法であれば特別な制限はないが、好ましくは、物質の分子構造で計算される各地点におけるオービタル波動関数（ｏｒｂｉｔａｌｗａｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ、ψ）の二乗である電子密度（ψ²）の分布により計算するものを使用することができ、単一地点エネルギー（ｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｅｎｅｒｇｙ）計算、または幾何学的最適化（ｇｅｏｍｅｔｒｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）計算を用いてもよい。具体的には、本発明の発明者らは、ＤＦＴ（ＤｅｎｓｉｔｙＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＴｈｅｏｒｙ）に根拠をおいた、ＡＣＣＥＬＹＳ社開発のＭＡＴＥＲＩＡＬＳＴＵＤＩＯのＤＭｏｌ３を用いて分子オービタルを計算し、分子オービタルの図を生成するために、ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＴＵＤＩＯパッケージのＶＩＳＵＡＬＩＺＥＲを用いた。

本発明において、前記対象分子の全体分子構造は、指定された分子全体のブロック個数（Ｎ）に応じて、分子の中心を基準として生成されたＮ個の順次的なブロックの組み合わせで構成される。

このために、分子の中心（ｒ＝０．０）を始点として放射方向（ｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に分子全体を含む大きさが最も大きいＲＤＭ（ｒａｄｉａｌｌｙｄｉｓｃｒｅｔｅｍｅｓｈ）を計算し、この時の大きさをｒ＝１．０に指定する。前記ＲＤＭは、分子の中心から出発して放射方向（ｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に分子構造内のすべての構成原子（ａｔｏｍ）を含むメッシュ（ｍｅｓｈ）を示す。前記ＲＤＭによる分子構造の計算において、分子内の中心（ｘ_c，ｙ_c，ｚ_c）を求める方法は、下記の数式１−１〜１−３の通りである。

前記数式１−１〜１−３において、Ｎ^Coordは、分子を構成する原子座標の総数を示す。

ブロックの総数Ｎ値は特別な制限はないが、好ましくは３〜１００の範囲を有する。

前記のように、ＲＤＭによる分子構造の計算により、前記対象分子の全体分子構造は、分子の中心からの距離を基準としてブロック化されてよい。

前記ａ）ステップは、それぞれのブロックに関連付けられた分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））を計算するステップを含むことができる。

前記それぞれのブロックに関連付けられた分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））は、全体分子オービタル中においてｋ番目ブロックに関連付けられている分子オービタルの占める量を意味する。前記ｋは、ブロックの番号で、１〜Ｎの自然数である。前記それぞれのブロックに関連付けられた分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））は、前記それぞれのブロックに関連付けられた分子オービタル（ＢＭＯ（ｋ））を量子力学計算により計算し、これによって全体分子オービタルの和であるＳＵＭを計算した後、全体分子オービタルの和に対する、それぞれのブロックに関連付けられた分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））を計算することにより求めることができる。

また、前記ａ）ステップは、前記分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））の大きさを基準として前記ブロックの組み合わせを順次に再配列し、再配列されたブロックスペクトルを得るステップを含むことができる。前記「再配列されたブロックスペクトル」は、前記ａ）ステップで得た順次的なブロックの組み合わせ（ＡＣ２Ｂ、ＡｓｓｅｍｂｌｙｏｆＣｏｎｓｅｃｕｔｉｖｅＢｕｉｌｄｉｎｇＢｌｏｃｋ）を、ＢＸ（ｋ）を基準として順次に再配列して得た順次的なブロックの組み合わせを意味する。

前記ａ）ステップは、前記ｉｉ）〜ｖ）ステップを繰り返して、ブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得るステップを含むことを特徴とする。分子オービタルの類似性偏差を統計的に推定するためには、多様な状況における分子オービタルの類似性の変化に関する情報が必要である。このようなデータを得るために、本発明では、前記ＡＣ２Ｂ法を利用して、比較しようとする分子オービタルに対して、ブロック大きさ（＝全体ブロック個数）の異なるＮ_x個のＭＢＳを生成する。この過程を、比較しようとする互いに異なる分子オービタルをＴ１とＴ２として説明する。ＡＣ２ＢにおいてＢＳ（ＢｌｏｃｋＳｐｅｃｔｒｕｍ）を生成するために、基本として指定されたブロックの大きさは５個である。ＭＢＳを生成するためには、ＭＢＳの全体個数Ｎ_xと、それによるブロック大きさの集合であるＮ（ｋ）を定めなければならない。Ｎ_xは、１より大きくなければならず、計算の効率性を考慮し、使用目的に応じて多様な値を有することができる。例えば、Ｎ_xを６に指定した場合、これによるブロック大きさの集合は、次のように設定できる。

Ｎ＝｛５，６，７，８，９，１０｝
前記ブロックの大きさに応じて、前記ｉｉ）〜ｉｖ）ステップを繰り返すと、対象分子オービタルごとにブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得ることができる。

前記Ｎ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）から同一のブロック大きさのＮｘ個のＭＢＳｐａｉｒを組み合わせる。

本発明において、「ＭＢＳｐａｉｒ」は、対象分子オービタルごとに得たＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）から組み合わせた同一の大きさのブロックスペクトルからなる対を意味する。

前記例において、互いに異なるブロック大きさを有する計６ｐａｉｒ（対）のＭＢＳを組み合わせることができる。

本発明は、ｂ）前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒに対して多段階の同一性評価を行い、それぞれのＭＢＳｐａｉｒに対するＴＳＳ（ｍ）（ｍは、ＭＢＳの番号で、１〜Ｎ_xである）値を計算するステップを含むことを特徴とする。

前記ｂ）ステップの多段階の同一性評価は、第１ステップ〜第３ステップの同一性評価の計３段階評価で、前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒの類似性を計算するステップであってよい。すべての過程において、同一性評価は、ＭＢＳｐａｉｒの同一配列における比較に基づいて行われる。以下、Ｍｕｌｔｉ−ｓｔｅｐの３段階過程について詳細に説明した。

＜第１ステップの同一性評価＞
計Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒに対して、以下のような配列の比較により１次的な同一性を評価する。

前記ＭＢＳ１｛ｍ，ｎ｝とＭＢＳ２｛ｍ，ｎ｝は、それぞれＴ１とＴ２分子オービタルに生成されたＮ｛ｍ｝のブロック大きさを有するＭＢＳにおいて、ｎの位置にあるブロックの同一性（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）を示す。

前記ＳＣ｛ｍ，ｎ｝は、Ｎ｛ｍ｝の大きさを有するＭＢＳｐａｉｒに対して、ｎの位置における同一性の程度を示す。これにより、ＭＢＳの配列位置における１次的な同一性を評価する。

前記Ｘは０超過〜０．６以下で、Ｙは０超過〜０．５以下で、Ｚは０〜０．３以下であり、Ｘ、ＹおよびＺの間にはＸ＋Ｙ＋（Ｎ−２）×Ｚ＝１．０の関係が成立する。

前記第１ステップの同一性評価は、前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒのそれぞれのブロックスペクトルの配列を同一の配列位置で比較して、ブロックが同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）値を付与するが、ｎ値が増加するほど、ＳＣ（ｍ，ｎ）値を低く付与することを特徴とする。

前記第１ステップの同一性評価は、ｍが１の場合、ｎ＝１の位置でブロックが同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）＝Ｘ、ｌ＝２の位置でブロックが同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）＝Ｙ、ｌ＞２の位置でブロックが同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）＝Ｚであると評価され、前記Ｘは０超過０．６以下で、Ｙは０超過０．５以下で、Ｚは０〜０．３以下であり、Ｘ、ＹおよびＺの間にはＸ＋Ｙ＋（Ｎ−２）×Ｚ＝１の関係が成立することを特徴とする。

これによってＭＢＳの配列位置における１次的な同一性を評価する。

＜第２ステップの同一性評価＞
ＭＢＳｐａｉｒに対する２次的な同一性評価を、次のように行う。ＭＢＳの配列において最も高い重要度を有するものは、１番目と２番目の位置に配列されているブロックである。その理由は、１番目と２番目に分子オービタルが最も多く分布するからである。この点を考慮した２次的な同一性評価を、以下のように行う。

前記第２ステップの同一性評価は、ｉ）前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒのそれぞれのブロックスペクトルにおいて、第１ブロックスペクトルのｎ＝１の位置と第２ブロックスペクトルのｎ＝２の位置とにおけるブロックが同一で、かつ第１ブロックスペクトルのｎ＝２の位置と第１ブロックスペクトルのｎ＝１の位置とにおけるブロックが同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）値を付与するステップ；およびｉｉ）第１ブロックスペクトルのｎ＝２の位置と第２ブロックスペクトルのｎ＝３の位置とにおけるブロックが同一で、かつ第１ブロックスペクトルのｎ＝３の位置と第２ブロックスペクトルのｎ＝２の位置とにおけるブロックが同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）値を付与するステップを含み、前記ＳＣ（ｍ，ｎ）値は、前記ｉ）ステップで付与された値が、前記ｉｉ）ステップで付与された値より高いことを特徴とする。

＜第３ステップの同一性評価＞

ＭＢＳｐａｉｒのそれぞれの同一の配列位置において、ブロック距離（ｄ＿ＢＬ｛ｍ，ｎ｝）を計算する。すなわち、ｄ＿ＢＬ｛ｍ，ｎ｝は、Ｎ｛ｍ｝の大きさを有するブロックスペクトルにおいて、ｎの位置におけるブロック間の交差距離を示す。例えば、Ｎ｛１｝のブロック大きさを有するＭＢＳｐａｉｒにおいて、ＭＢＳ１｛１，１｝＝ＢＬ５で、かつＭＢＳ２｛１，１｝＝ＢＬ４であれば、ｄ＿ＢＬ｛１，１｝＝５−４＝１である。これを利用して、３次的な同一性評価を、以下のようなアルゴリズムで行う。

前記第３ステップの同一性評価は、前記ＭＢＳｐａｉｒのそれぞれの同一の配列位置においてブロック配列距離（ｄ＿ＢＬ｛ｍ，ｎ｝）の基準を設定し、各位置におけるブロック配列距離が前記ブロック配列距離（ｄ＿ＢＬ｛ｌ｝）の基準と同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）値を付与するが、前記ＳＣ（ｍ，ｎ）値は、ｎ値が増加するにつれて減少するように付与されることを特徴とする。

前記ｂ）ステップにおいて、多段階の同一性評価を通して、それぞれのＭＢＳｐａｉｒに対して同一性評価の結果を利用して、下記の数式１を用いてそれぞれのＭＢＳｐａｉｒに対する類似性（ＴＳＳ、ｔｏｔａｌｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｓｃｏｒｅ）を計算する。

式中、ｍは、ＭＢＳの番号で、１〜Ｎ_Xである。

前記ＴＳＳ｛ｍ｝は、ブロック大きさＮ｛ｍ｝のＭＢＳｐａｉｒに対する同一性を示す。ＭＢＳｐａｉｒが互いに正確に同一の場合は、ＴＳＳは１００％値を示し、類似度が低下するほど、１００％より小さい値を示す。

本発明は、ｃ）前記それぞれのＭＢＳｐａｉｒに対するＴＳＳ（ｍ）値の標準偏差を計算し、これによって定量的に分子オービタルの類似性偏差を評価するステップを含むことを特徴とする。

Ｎ_x個のＴＳＳに対して標準偏差（ＳｔａｎｄａｒｄＤｅｖｉａｔｉｏｎ）を計算する。前記標準偏差は、全体ＭＢＳの偏差であるため、結局、分子オービタルの類似性偏差を示すこととなる。前記標準偏差（ＳｔａｎｄａｒｄＤｅｖｉａｔｉｏｎ）は、０より大きい値を示す。すべてのＴＳＳ（ｍ）が同一の値を有して、ＴＳＳ（ｍ）値の標準偏差（ＳｔａｎｄａｒｄＤｅｖｉａｔｉｏｎ）が０の場合、分子オービタルの類似性偏差がないもので、標準偏差が０より大きい値を示すほど、分子オービタルの類似性偏差が大きいものであることを意味する。このような標準偏差（ＳｔａｎｄａｒｄＤｅｖｉａｔｉｏｎ）値によって定量的に分子オービタルの類似性偏差を評価することができる。

また、本発明は、前記分子オービタルの類似性偏差評価方法を用いた分子オービタルの類似性偏差評価システムを提供する。

前記分子オービタルの類似性偏差評価システムは、ａ）分子オービタルの類似性を比較する２個の対象分子オービタルを選択した後、ｉ）量子力学計算法を利用して前記分子オービタルの分布を計算するステップ、ｉｉ）前記分子の分子構造内の分子中心から放射方向（ｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）にＮ個のブロックを作るステップ、ｉｉｉ）前記それぞれのブロックに関連付けられた分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））（ｋ：１〜Ｎの自然数）を計算するステップ、ｉｖ）前記分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））の大きさを基準として前記ブロックを順次に再配列し、ブロックスペクトルを得るステップ、およびｖ）前記ｉｉ）〜ｉｖ）ステップを繰り返して、ブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得るステップにより、ブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得るブロック化モジュールと、ｂ）前記２個の対象分子オービタルのそれぞれのＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）から同一のブロック大きさのＮ_x個のＭＢＳｐａｉｒを組み合わせた後、前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒに対して多段階の同一性評価を行い、それぞれのＭＢＳｐａｉｒに対するＴＳＳ（ｍ）値を計算し、データが入力されるデータ入力モジュールと、ｃ）前記それぞれのＭＢＳｐａｉｒに対するＴＳＳ（ｍ）値の標準偏差を計算し、これによって定量的に分子オービタルの類似性偏差を評価する評価モジュールとを含むことを特徴とする。

本発明において、モジュール（ｍｏｄｕｌｅ）という用語は、特定の機能や動作を処理する１つの単位を意味し、これは、ハードウェアやソフトウェア、またはハードウェアおよびソフトウェアの結合で実現することができる。

以下、本発明を、実施例に基づいてより詳細に説明するが、下記に開示される本発明の実施形態はあくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの実施形態に限定されない。本発明の範囲は特許請求の範囲に示されており、さらに、特許請求の範囲の記録と均等な意味および範囲内でのすべての変更を含む。

実施例
互いに異なる分子オービタルを有するＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−Ｄｉ［（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ］−１，１’−（ｂｉｐｈｅｎｙｌ）−４，４’−ｄｉａｍｉｎｅ）に対して、互いに異なる電子状態で量子力学方法で計算された分子オービタルのｐａｉｒであるＴ１とＴ２に対して、本発明のＳＳＤＥ−ＭＯ法を適用してＭＢＳｐａｉｒに対するＴＳＳ値を求めた。その結果、最終的な標準偏差は±８．６であった。これは、非常に小さい値で、Ｔ１とＴ２分子オービタルの間の類似度には偏差があまりないことを表す。定性的な評価のために、ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＴＵＤＩＯパッケージのプログラムであるＶＩＳＵＡＬＩＺＥＲを用いて分子オービタルＴ１とＴ２を視覚化して、図２に示した。図２からも確認できるように、分子オービタルが同一ではないが、類似性が非常に大きいことが分かる。したがって、定性的に確認しても、Ｔ１とＴ２分子オービタルの類似性に対する偏差は大きくないことが分かる。これにより、本発明のＳＳＤＥ−ＭＯ法は、分子オービタルの類似度偏差を定量的に正確に示すことを確認することができる。

互いに異なる分子オービタルを有するＮＰＢ（Ｎ，Ｎ’−Ｄｉ［（１−ｎａｐｈｔｈｙｌ）−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｐｈｅｎｙｌ］−１，１’−（ｂｉｐｈｅｎｙｌ）−４，４’−ｄｉａｍｉｎｅ）に対して、互いに異なる電子状態で量子力学方法で計算された分子オービタルのｐａｉｒであるＴ１とＴ３に対してＳＳＤＥ−ＭＯ法を適用した結果、標準偏差は±２４．９であった。前記Ｔ１とＴ３分子オービタルの間の類似度は、相対的に大きい偏差を示した。このような定量的なＳＳＤＥ−ＭＯ評価は、図３のように、図による定性的な評価と正確に一致する。

これにより、本発明のＳＳＤＥ−ＭＯ法は、分子オービタルの類似性に対する偏差を定量的に正確に評価することを確認した。

Claims

ａ）分子オービタルの類似性を比較する２個の対象分子オービタルを選択した後、下記のｉ）〜ｖ）ステップの方法によってブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得た後、同一のブロック大きさのＮ_x個のＭＢＳｐａｉｒを組み合わせるステップ：ｉ）量子力学計算法を利用して前記分子オービタルの分布を計算するステップ、ｉｉ）前記分子の分子構造内の分子中心から放射方向（ｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）にＮ個のブロックを作るステップ、ｉｉｉ）前記それぞれのブロックに関連付けられた分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））（ｋは、ブロックの番号で、１〜Ｎの自然数である）を計算するステップ、ｉｖ）前記分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））の大きさを基準として前記ブロックを順次に再配列し、ブロックスペクトルを得るステップ、およびｖ）前記ｉｉ）〜ｉｖ）ステップを繰り返して、対象分子オービタルごとにブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得た後、同一のブロック大きさのＮ_x個のＭＢＳｐａｉｒを組み合わせるステップと、
ｂ）前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒに対して多段階の同一性評価を行い、それぞれのＭＢＳｐａｉｒに対するＴＳＳ（ｍ）（ｍは、ＭＢＳの番号で、１〜Ｎ_xである）値を計算するステップと、
ｃ）前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒに対するＴＳＳ（ｍ）値の標準偏差を計算し、これによって定量的に分子オービタルの類似性偏差を評価するステップとを含むことを特徴とする、分子オービタルの類似性偏差評価方法。
前記ｉ）ステップの量子力学計算法は、物質の分子構造で計算される各地点におけるオービタル波動関数（ｏｒｂｉｔａｌｗａｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎ、ψ）の二乗である電子密度（ψ²）の分布により計算することを特徴とする、請求項１に記載の分子オービタルの類似性偏差評価方法。
前記ｉ）ステップの量子力学計算法は、単一地点エネルギー（ｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｅｎｅｒｇｙ）計算、または幾何学的最適化（ｇｅｏｍｅｔｒｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）計算を利用することを特徴とする、請求項１に記載の分子オービタルの類似性偏差評価方法。
前記ｉｉｉ）ステップのそれぞれのブロックに関連付けられたステップの分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））は、前記それぞれのブロックに関連付けられた分子オービタル（ＢＭＯ（ｋ））を量子力学計算により計算し、これによって全体分子オービタルの和であるＳＵＭを計算した後、全体分子オービタルの和に対するそれぞれのブロックに関連付けられた分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））を計算することにより求めることを特徴とする、請求項１に記載の分子オービタルの類似性偏差評価方法。
前記ａ）ステップは、ＲＤＭ計算方法を利用することを特徴とする、請求項１に記載の分子オービタルの類似性偏差評価方法。
前記ｂ）ステップの多段階の同一性評価は、第１ステップ〜第３ステップの同一性評価の計３段階評価で、前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒの類似性を計算するステップであることを特徴とする、請求項１に記載の分子オービタルの類似性偏差評価方法。
前記第１ステップの同一性評価は、前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒのそれぞれのブロックスペクトルの配列を同一の配列位置で比較して、ブロックが同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）値（ｍは、ＭＢＳの番号で、１〜Ｎ_xであり、ｎは、配列番号で、１〜Ｎ（ｍ）である）、ｎ値が増加するほど、ＳＣ（ｍ，ｎ）値を低く付与することを特徴とする、請求項６に記載の分子オービタルの類似性偏差評価方法。
前記第１ステップの同一性評価は、ｍが１の場合、ｎ＝１の位置でブロックが同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）＝Ｘ、ｎ＝２の位置でブロックが同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）＝Ｙ、ｎ＞２の位置でブロックが同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）＝Ｚであると評価され、
前記Ｘは０超過０．６以下で、Ｙは０超過０．５以下で、Ｚは０〜０．３以下であり、Ｘ、ＹおよびＺの間にはＸ＋Ｙ＋（Ｎ−２）×Ｚ＝１．０の関係が成立することを特徴とする、請求項６に記載の分子オービタルの類似性偏差評価方法。
前記第２ステップの同一性評価は、ｉ）前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒのそれぞれのブロックスペクトルにおいて、第１ブロックスペクトルのｎ＝１の位置と第２ブロックスペクトルのｎ＝２の位置とにおけるブロックが同一で、かつ第１ブロックスペクトルのｎ＝２の位置と第１ブロックスペクトルのｎ＝１の位置とにおけるブロックが同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）値を付与するステップと、
ｉｉ）第１ブロックスペクトルのｎ＝２の位置と第２ブロックスペクトルのｎ＝３の位置とにおけるブロックが同一で、かつ第１ブロックスペクトルのｎ＝３の位置と第２ブロックスペクトルのｎ＝２の位置とにおけるブロックが同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）値を付与するステップとを含み、
前記ＳＣ（ｍ，ｎ）値は、前記ｉ）ステップで付与された値が、前記ｉｉ）ステップで付与された値より高いことを特徴とする、請求項６に記載の分子オービタルの類似性偏差評価方法。
前記第３ステップの同一性評価は、前記ＭＢＳｐａｉｒのそれぞれの同一の配列位置においてブロック配列距離（ｄ＿ＢＬ｛ｍ，ｎ｝）の基準を設定し、各位置におけるブロック配列距離が前記ブロック配列距離（ｄ＿ＢＬ｛ｌ｝）の基準と同一であれば、ＳＣ（ｍ，ｎ）値を付与するが、前記ＳＣ（ｍ，ｎ）値は、ｎ値が増加するにつれて減少するように付与されることを特徴とする、請求項６に記載の分子オービタルの類似性偏差評価方法。
前記ｂ）ステップのＴＳＳ（ｍ）値は、下記の数式１により計算されることを特徴とする、請求項１に記載の分子オービタルの類似性偏差評価方法。
式中、ｍは、ＭＢＳの番号で、１〜Ｎ_xである。
前記ｃ）ステップにおいて、前記標準偏差が０の場合、分子オービタルの類似性偏差がないもので、０より大きい値を示すほど、分子オービタルの類似性偏差が大きいものであると分子オービタルの類似性偏差を評価することを特徴とする、請求項１に記載の分子オービタルの類似性偏差評価方法。
ａ）分子オービタルの類似性を比較する２個の対象分子オービタルを選択した後、ｉ）量子力学計算法を利用して前記分子オービタルの分布を計算するステップ、ｉｉ）前記分子の分子構造内の分子中心から放射方向（ｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）にＮ個のブロックを作るステップ、ｉｉｉ）前記それぞれのブロックに関連付けられた分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））（ｋ：１〜Ｎの自然数）を計算するステップ、ｉｖ）前記分子オービタルの割合（ＢＸ（ｋ））の大きさを基準として前記ブロックを順次に再配列し、ブロックスペクトルを得るステップ、およびｖ）前記ｉｉ）〜ｉｖ）ステップを繰り返して、ブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得るステップにより、ブロック大きさの異なるＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得るブロック化モジュールと、
ｂ）前記２個の対象分子オービタルのそれぞれのＮ_x個のＭＢＳ（ｍｕｌｔｉ−ｂｌｏｃｋｓｐｅｃｔｒｕｍ）から同一のブロック大きさのＮ_x個のＭＢＳｐａｉｒを組み合わせた後、前記Ｎ_x個のＭＢＳｐａｉｒに対して多段階の同一性評価を行い、それぞれのＭＢＳｐａｉｒに対するＴＳＳ（ｍ）値を計算し、データが入力されるデータ入力モジュールと、
ｃ）前記それぞれのＭＢＳｐａｉｒに対するＴＳＳ（ｍ）値の標準偏差を計算し、これによって定量的に分子オービタルの類似性偏差を評価する評価モジュールとを含むことを特徴とする、分子オービタルの類似性偏差評価システム。