JP5998580B2 - 決定プログラム、決定装置、および決定方法 - Google Patents

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Description

本発明は、決定プログラム、決定装置、および決定方法に関する。
従来、分子について分子構造を決定する技術がある。関連する技術として、たとえば、分子の結合形態の判定において、結合次数から予測される結合形態の選択により、分子構造を表示する技術がある。また、分子シミュレーションに関して、アモルファス網状高分子モデリングを行う際、適切な分子構造モデルが迅速に得られるように試行構造を生成する技術がある。
また、分子内の２つの原子の結合状態の違いによる原子種と２つの原子を結びつける結合の種別を表す結合種を決定する方法について、原子の原子価を用いて決定する技術がある。また、分子構造を有する分子に分子力場を割り当てる分子力場割当方法において、分子軌道法という量子科学計算によって計算された原子間の結合距離が所定の閾値を超えるか否かによって、結合種を決定する技術がある。（たとえば、下記特許文献１〜３、非特許文献１、２を参照。）
特開平０７−２８２０９６号公報 特開２００６−２８２９２９号公報 国際公開第２００８／０４１３０４号
Ｊｕｎｍｅｉ Ｗａｎｇ、他３名、「Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ａｔｏｍ ｔｙｐｅ ａｎｄ ｂｏｎｄ ｔｙｐｅ ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ ｉｎ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ａｎｄ Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ、Ｖｏｌ．２５、２００６、ｐ．２４７−２６０ Ｈｉｄｅａｋｉ Ｆｕｊｉｔａｎｉ、他２名、「Ｍａｓｓｉｖｅｌｙ ｐａｒａｌｌｅｌ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｂｉｎｄｉｎｇ ｆｒｅｅ ｅｎｅｒｇｙ ｗｉｔｈ ｗｅｌｌ−ｅｑｕｉｌｉｂｒａｔｅｄ ｓｔａｔｅｓ」、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｅ、Ｖｏｌ．７９、２００９、０２１９１４
しかしながら、上述した従来技術において、原子間の結合距離は量子科学計算の様々な計算方法で得られ、結合距離の計算結果は計算方法の違いによりばらつく。このため、原子間の結合距離を用いて原子間の結合種を決定すると、原子間の結合種の決定精度が悪化する場合がある。
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、原子間の結合種の決定精度の向上を図る決定プログラム、決定装置、および決定方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の一側面によれば、構造的に安定な状態における分子内の各原子に属する電子の電子密度と分子内の原子間の原子軌道の重なりの度合いとを記憶する第１の記憶部を参照して、分子から選択された第１の原子と第１の原子とは異なる第２の原子との間の電子密度を算出し、原子間の結合の種別を表す結合種と結合種で結合する原子間の電子密度に関する条件とを対応付けて記憶する第２の記憶部を参照して、算出した電子密度に基づいて、第１の原子と第２の原子との間の結合種を決定し、決定した第１の原子と第２の原子との間の結合種を出力する決定プログラム、決定装置、および決定方法が提案される。
本発明の一側面によれば、原子間の結合種の決定精度の向上を図ることができるという効果を奏する。
図１は、本実施の形態にかかる決定装置の動作例を示す説明図である。 図２は、決定装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。 図３は、決定装置の機能構成例を示すブロック図である。 図４は、結合種決定条件テーブルの記憶内容の一例を示す説明図である。 図５は、分子構造テーブルの記憶内容の一例を示す説明図である。 図６は、モデリングソフトによる分子構造初期値の生成例を示す説明図である。 図７は、電子密度を用いた原子種の決定方法の一例を示す説明図である。 図８は、電子密度を用いた芳香族結合の決定方法の一例を示す説明図である。 図９は、電子密度を用いた電荷を有する結合種の決定方法の一例を示す説明図である。 図１０は、原子種の決定結果の一例を示す説明図である。 図１１は、電子密度の算出結果および結合距離の算出結果の比較の一例を示す説明図である。 図１２は、力場割当処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１３は、結合種決定処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１４は、芳香族結合決定処理手順の一例を示すフローチャートである。 図１５は、アニオン性単結合決定処理手順の一例を示すフローチャートである。
以下に添付図面を参照して、開示の決定プログラム、決定装置、および決定方法の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態にかかる決定装置の動作例を示す説明図である。図１では、結合種を決定し、分子力場を割り当てる決定装置１０１の動作例について説明する。決定装置１０１は、新しい分子や分子集合体のシミュレーションを行う場合、どのような分子力場を、分子に含まれる原子または原子間の結合に割り当てるべきかを支援する処理を行う。分子力場の割当が適当でない場合、シミュレーション結果の精度は落ち、現実とはかけ離れた結果となってしまう。分子力場は、原子間の結合の種別により一意に特定できるため、本実施の形態にかかる決定装置１０１では、適切な結合種を決定することにより、適切な分子力場が割り当てられるようにする。
また、分子力場には、たとえば、静電相互作用エネルギーに関する力場があり、静電相互作用エネルギーに関する力場が定義する結合種の分類は、たとえば、単結合、二重結合、三重結合、芳香族結合、配位結合、非局在結合がある。より詳細な定義については、下記参考文献１に記載されている。また、以下、静電相互作用エネルギーに関する力場を、「ＡＭ１ＢＣＣ電荷」と称する。
（参考文献１：ＡＲＡＺ ＪＡＫＡＬＩＡＮ、他２名、「Ｆａｓｔ， Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｉｇｈ−Ｑｕａｌｉｔｙ Ａｔｏｍｉｃ Ｃｈａｒｇｅ．ＡＭ１−ＢＣＣ Ｍｏｄｅｌ：ＩＩ． Ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ」、２００２、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｖｏｌ．２３、ｐ．１６２３−１６４１）
また、ＡＭ１ＢＣＣ電荷以外の力場として、たとえば、ＧＡＦＦ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ａｍｂｅｒ Ｆｏｒｃｅ Ｆｉｅｌｄ）力場がある。ＧＡＦＦ力場では、原子種が決まれば一意に分子力場を割り当てることができる、原子種の決定には、ＡＭ１ＢＣＣ電荷と同様に結合種を決定することになる。ＧＡＦＦ力場については、下記参考文献２に記載されている。また、ＧＡＦＦ原子種に応じた力場については、下記参考文献３に記載されている。
（参考文献２：ＪＵＮＭＥＩ ＷＡＮＧ、他４名、「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ａ Ｇｅｎｅｒａｌ Ａｍｂｅｒ Ｆｏｒｃｅ Ｆｉｅｌｄ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｖｏｌ ２５、２００４、ｐ．１１５７−１１７４）
（参考文献３：Ｗｅｎｄｙ Ｄ．Ｃｏｒｎｅｌｌ、他９名、「Ａ Ｓｅｃｏｎｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｆｏｒｃｅ Ｆｉｅｌｄ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｏｔｅｉｎｓ， Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ， ａｎｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌｓ − Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ、Ｖｏｌ １１７、１９９５、ｐ．５１７９−５１９７）
図１では、ＧＡＦＦの割当手法を、化学式がＣ2Ｈ4であるエチレン分子を例に説明する。また、以下、図１〜図１５に括弧に囲まれた符号付きで表示した原子について、「原子＿（符号）」にて示す。たとえば、図面上、水素原子「Ｈ」に符号「（１）」が付与されていた場合、Ｈ＿（１）として示す。また、図１〜図１５にて、原子種を、［］に括られた文字にて示す。
初めに、図１の（１）にて示すように、決定装置１０１は、エチレン分子の３次元構造が与えられたとする。３次元構造は、分子軌道法、密度汎関数法、原子価結合法などといった量子科学計算にて算出された、エネルギー的に安定な構造であるとする。
次に、図１の（２）にて示すように、決定装置１０１は、エチレン分子から選択された第１の原子と第１の原子とは異なる第２の原子との間の電子密度を算出する。第１の原子と第２の原子は、どのような組合せでもよいが、たとえば、共有結合半径やイオン半径、ファンデルワールス半径といった距離内にある原子を選択してもよい。また、２つの原子の間の電子密度とは、２つの原子間の単位体積当たりの電子の分布量を示す。なお、本実施の形態において、電子密度の代わりに、電荷密度を用いてもよい。また、算出方法として、決定装置１０１は、量子科学計算の計算結果の一部である、エチレン分子内の各原子に属する電子の電子密度とエチレン分子内の原子間の原子軌道の重なりの度合いを用いて算出する。
続けて、決定装置１０１は、結合種で結合する原子間の電子密度に関する条件を参照して、算出された電子密度に基づき、第１の原子と第２の原子との間の結合種を決定する。たとえば、決定装置１０１は、Ｃ＿（１＿１）とＨ＿（１＿２）との電子密度ρが、単結合で結合する原子間の電子密度に関する条件となる１．５未満を満たすため、Ｃ＿（１＿１）とＨ＿（１＿２）との結合種を単結合に決定する。また、決定装置１０１は、Ｃ＿（１＿１）とＣ＿（１＿３）との電子密度ρ’が、二重結合で結合する原子間の電子密度に関する条件となる１．５以上を満たすため、Ｃ＿（１＿１）とＣ＿（１＿３）との結合種を二重結合に決定する。
続けて、決定装置１０１は、Ｃ＿（１＿１）とＨ＿（１＿４）との結合種と、Ｃ＿（１＿３）とＨ＿（１＿５）との結合種と、Ｃ＿（１＿３）とＨ＿（１＿６）との結合種と、を単結合に決定する。結合種の決定後の様子を、図１の（３）にて示す。
次に、図１の（４）にて示すように、決定装置１０１は、結合種が決定されたことにより、結合種から原子種を決定する。決定装置１０１は、Ｃ＿（１＿１）およびＣ＿（１＿３）の原子種を、［ｃ２］（ｓｐ２ ｃａｒｂｏｎ）に決定する。また、決定装置１０１は、Ｈ＿（１＿２）、Ｈ＿（１＿４）、Ｈ＿（１＿５）、およびＨ＿（１＿６）の原子種を、［ｈａ］（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｏｎ ａｒｏｍａｔｉｃ ｃａｒｂｏｎ）に決定する。以上より、原子種を決定できれば、決定装置１０１は、分子力場のデータベースと照合して、該当する分子力場を抽出して、分子に割り当てることができる。
このように、決定装置１０１は、量子科学計算のどの計算方法で求めても計算方法間でばらつきが小さい原子の電子密度から原子間の電子密度を算出して原子間の結合種を判断する。これにより、決定装置１０１は、判断基準を統一して計算方法の違いによる精度劣化を防ぐ。複数の計算方法については、図１１にて後述する。以下、図２〜図１５を用いて決定装置１０１について詳細に記述する。
（決定装置１０１のハードウェア）
図２は、決定装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。図２において、決定装置１０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ‐Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０３と、を含む。
また、記憶装置として決定装置１０１は、磁気ディスクドライブ２０４と、磁気ディスク２０５と、光ディスクドライブ２０６と、光ディスク２０７と、を含む。また、ユーザやその他の機器との入出力装置として決定装置１０１は、ディスプレイ２０８と、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２０９と、キーボード２１０と、マウス２１１と、を含む。また、各部はバス２１２によってそれぞれ接続されている。
ここで、ＣＰＵ２０１は、決定装置１０１の全体の制御を司る演算処理装置である。ＲＯＭ２０２は、ブートプログラムなどのプログラムを記憶している不揮発性メモリである。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１のワークエリアとして使用される揮発性メモリである。磁気ディスクドライブ２０４は、ＣＰＵ２０１の制御にしたがって磁気ディスク２０５に対するデータのリード／ライトを制御する制御装置である。磁気ディスク２０５は、磁気ディスクドライブ２０４の制御で書き込まれたデータを記憶する不揮発性メモリである。
光ディスクドライブ２０６は、ＣＰＵ２０１の制御にしたがって光ディスク２０７に対するデータのリード／ライトを制御する制御装置である。光ディスク２０７は、光ディスクドライブ２０６の制御で書き込まれたデータを記憶する不揮発性メモリである。また、光ディスク２０７は、光ディスク２０７に記憶されたデータをコンピュータに読み取らせたりする。なお、ＲＯＭ２０２、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７のいずれかの記憶装置に、本実施の形態にかかる決定プログラムが格納されていてもよい。
ディスプレイ２０８は、カーソル、アイコンあるいはツールボックスをはじめ、文書、画像、機能情報などのデータを表示する表示装置である。たとえば、ディスプレイ２０８は、ＣＲＴ、ＴＦＴ液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどを採用することができる。
Ｉ／Ｆ２０９は、ネットワーク２１３と内部のインターフェースを司り、外部装置からのデータの入出力を制御する制御装置である。Ｉ／Ｆ２０９は、通信回線を通じてＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネットなどのネットワーク２１３に接続され、ネットワーク２１３を介して他の装置に接続される。Ｉ／Ｆ２０９は、たとえば、モデムやＬＡＮアダプタなどを採用することができる。
キーボード２１０は、文字、数字、各種指示などの入力のためのキーを有し、データの入力を行う装置である。また、キーボード２１０は、タッチパネル式の入力パッドやテンキーなどであってもよい。マウス２１１は、カーソルの移動や範囲選択、あるいはウィンドウの移動やサイズの変更などを行う装置である。また、決定装置１０１は、マウス２１１の代わりとして、ポインティングデバイスとして同様に機能を有するものであれば、トラックボールやジョイスティックなどを有していてもよい。
（決定装置１０１の機能構成）
次に、決定装置１０１の機能構成について説明する。図３は、決定装置の機能構成例を示すブロック図である。決定装置１０１は、選択部３０１と、算出部３０２と、判定部３０３と、決定部３０４と、抽出部３０５と、判断部３０６と、出力部３０７と、を含む。制御部となる選択部３０１〜出力部３０７は、記憶装置に記憶されたプログラムをＣＰＵ２０１が実行することにより、選択部３０１〜出力部３０７の機能を実現する。記憶装置とは、具体的には、たとえば、図２に示したＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などである。または、Ｉ／Ｆ２０９を経由して他のＣＰＵが実行することにより、選択部３０１〜出力部３０７の機能を実現してもよい。
また、決定装置１０１は、第１の記憶部となる量子科学計算結果３１１と、第２の記憶部となる結合種決定条件テーブル３１２にアクセス可能である。量子科学計算結果３１１と、結合種決定条件テーブル３１２は、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７といった記憶装置に格納されている。
量子科学計算結果３１１は、構造的に安定な状態における分子内の各原子に属する電子の電子密度と分子内の原子間の原子軌道の重なりの度合いとを記憶する。構造的に安定な状態における分子内の各原子に属する電子の電子密度は、たとえば、電子の密度行列である。また、分子内の原子間の原子軌道の重なりの度合いは、たとえば、重なり積分行列である。電子の密度行列、重なり積分行列については、図６にて後述する。
結合種決定条件テーブル３１２は、原子間の結合の種別を表す結合種と結合種で結合する原子間の電子密度に関する条件とを対応付けて記憶する。また、結合種決定条件テーブル３１２は、原子間の結合の種別を表す単結合に対応付けて単結合で結合する原子間の電子密度に関する第１の条件を記憶していてもよい。また、結合種決定条件テーブル３１２は、原子間の結合の種別を表す二重結合に対応付けて二重結合で結合する原子間の電子密度に関する第２の条件を記憶していてもよい。また、結合種決定条件テーブル３１２は、原子間の結合の種別を表す三重結合に対応付けて三重結合で結合する原子間の電子密度に関する第３の条件を記憶していてもよい。第１の条件〜第３の条件の具体的な内容については、図４にて説明する。
また、結合種決定条件テーブル３１２は、原子間の結合の種別を表す配位結合に対応付けて配位結合で結合する原子間の電子密度に関する第４の条件を記憶していてもよい。さらに、結合種決定条件テーブル３１２は、配位結合に対応付けて配位結合で結合する原子の種別の組合せに関する第５の条件を記憶していてもよい。第４の条件と第５の条件の具体的な内容については、図４にて説明する。また、原子の種別とは、元素のことである。さらに、原子の種別に、カチオン性、中性、アニオン性という電荷の状態を含めてもよい。以下、電荷の状態を記載しない場合、中性であるとする。
また、結合種決定条件テーブル３１２は、さらに、原子間の結合の種別を表す芳香族結合に対応付けて芳香族結合で結合して環を形成可能な原子の種別に関する第６の条件を記憶していてもよい。第６の条件の具体的な内容については、図４にて説明する。
また、結合種決定条件テーブル３１２は、さらに、芳香族結合に対応付けて芳香族結合で結合する原子間が結合して形成される環と環に結合する原子との間の結合の種別に関する第７の条件を記憶していてもよい。第７の条件の具体的な内容については、図４にて説明する。
選択部３０１は、分子から第１の原子と第１の原子とは異なる第２の原子とを選択する。図１を例にすると、選択部３０１は、エチレン分子からＣ＿（１＿１）と、Ｈ＿（１＿２）を選択する。なお、選択されたデータは、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などの記憶領域に記憶される。
算出部３０２は、量子科学計算結果３１１を参照して、分子から選択部３０１によって選択された第１の原子と第２の原子との間の電子密度を算出する。また、第１の原子と第２の原子は、利用者の操作によって選択された分子内の任意の２つの原子でもよい。たとえば、算出部３０２は、ＭｕｌｌｉｋｅｎやＬｏｅｗｄｉｎによる方法を用いて、第１の原子と第２の原子との間の電子密度を算出する。また、算出部３０２は、電子密度として、ボンドオーダーを用いてもよい。たとえば、算出部３０２は、Ｍａｙｅｒによるボンドオーダーや、Ｃｏｕｌｓｏｎによるボンドオーダーを用いてもよい。Ｍａｙｅｒのボンドオーダーについては、下記参考文献４に詳細に記載されている。
（参考文献４：Ｉ Ｍａｙｅｒ、「Ｃｈａｒｇｅ，Ｂｏｎｄ Ｏｒｄｅｒ ａｎｄ Ｖａｌｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｂ Ｉｎｉｔｉｏ ＳＣＦ Ｔｈｅｏｒｙ」、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ ９７、１９８３、ｐ．２７０−２７４，）
Ｍａｙｅｒのボンドオーダーは、結合の種別が単結合、共役結合、二重結合、三重結合の場合、それぞれ、１、１．５、２、３程度の値を示す。また、結合がない場合、Ｍａｙｅｒのボンドオーダーは、ほぼ０を示す。詳細には、下記参考文献５に詳細に記載されている。
（参考文献５：Ｊａｒｏｓｌａｗ Ａ．Ｋａｌｉｎｏｗｓｋｉ、他４名、「Ｃｌａｓｓ ＩＶ Ｃｈａｒｇｅ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｓｅｌｆ−Ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ Ｃｈａｒｇｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｔｉｇｈｔ−Ｂｉｎｄｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ａ、Ｖｏｌ．１０８、２００４、ｐ．２５４５−２５４９）
以下、Ｍａｙｅｒのボンドオーダーを用いた場合について、説明を行う。たとえば、算出部３０２は、Ｃ＿（１＿１）と、Ｈ＿（１＿２）の間の電子密度を、１．０１と算出する。なお、算出されたデータは、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などの記憶領域に記憶される。
判定部３０３は、算出部３０２によって算出された算出した電子密度が結合種決定条件テーブル３１２に記憶された第１の条件と第２の条件と第３の条件とのうちのいずれかの条件を満たすか否かを判定する。たとえば、算出された電子密度が１．０１であったとする。さらに、第１の条件が、電子密度＜１．５であり、第２の条件が１．５≦電子密度＜２．５であり、第３の条件が、２．５≦電子密度である場合、判定部３０３は、算出された電子密度が第１の条件を満たすと判定する。
また、判定部３０３は、算出部３０２によって算出された電子密度が結合種決定条件テーブル３１２に記憶された第４の条件を満たすか否かを判定してもよい。たとえば、算出された電子密度が１．０１であったとする。さらに、第４の条件が、電子密度＜１．５である場合、判定部３０３は、第４の条件を満たすと判定する。
また、判定部３０３は、第１の原子の種別および第２の原子の種別の組合せが結合種決定条件テーブル３１２に記憶された第５の条件を満たすか否かを判定してもよい。たとえば、第１の原子の種別が窒素原子であり、第２の原子の種別が酸素原子であるとする。さらに、第５の条件が、窒素原子と酸素原子である場合、判定部３０３は、第１の原子の種別および第２の原子の種別の組合せが第５の条件を満たすと判定する。
また、判定部３０３は、分子に環を形成する原子群があるか否かを判定してもよい。環は、結合している原子群が輪の形状となる構造である。環を形成する原子数が３であれば３員環、原子数が５であれば、５員環、というようになる。また、原子が結合している状態を特定する方法の一例は、第１の原子と第２の原子との間の電子密度が０の近傍にならず、一定値以上の値がある場合に、結合していると特定する方法である。また、原子が結合している状態を特定する方法の他の例は、第１の原子と第２の原子との間の距離が、共有結合半径やイオン半径、ファンデルワールス半径といった距離内にある場合、結合しているとして特定する方法である。たとえば、判定部３０３は、分子に６員環を形成する６つの炭素原子があることを判定する。
また、判定部３０３は、環を形成する原子群があると判定した場合、原子群の各々の原子の種別が結合種決定条件テーブル３１２に記憶された第６の条件を満たすか否かを判定してもよい。たとえば、分子に６員環を形成する６つの炭素原子があるとする。また、第６の条件が、６員環を形成する原子の種別が炭素原子、窒素原子、…、ジカチオン性硫黄原子のいずれかであったとする。このとき、判定部３０３は、６員環を形成する原子群の各々の種別が、第６の条件を満たすと判定する。
また、判定部３０３は、決定部３０４が第１の原子と第２の原子との間の結合種を決定し、かつ、分子に環を形成する原子群があると判定した場合、分子内の環に結合する原子があるか否かを判定してもよい。たとえば、酸素原子と炭素原子の間の結合種が単結合であると決定したとする。さらに、分子に６員環があり、単結合で結合されると決定された炭素原子が６員環に含まれるとする。このとき、判定部３０３は、６員環に結合する原子として、酸素原子があることを判定する。
また、判定部３０３は、分子内の環に結合する原子があると判定した場合、分子内の環と分子内の環に結合する原子との間の結合の種別が結合種決定条件テーブル３１２に記憶された第７の条件を満たすか否かを判定してもよい。たとえば、分子に６員環を形成する６つの炭素原子があるとする。また、６員環を形成する６つの炭素原子に結合する原子の結合の種別が全て単結合であったとする。さらに、第７の条件が、環と環に結合する原子との間の結合の種別が単結合または配位結合であるとする。このとき、判定部３０３は、６員環と６員環に結合する原子との間の結合の種別が第７の条件を満たすと判定する。なお、判定されたデータは、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などの記憶領域に記憶される。
決定部３０４は、結合種決定条件テーブル３１２を参照して、算出した電子密度に基づいて、第１の原子と第２の原子との間の結合種を決定する。たとえば、決定部３０４は、結合種決定条件の各レコードの条件を満たした場合に、該当のレコードの結合種を、第１の原子と第２の原子との間の結合種に決定する。また、決定部３０４は、判定部３０３が第１の条件〜第３の条件のうちのいずれかの条件を満たすと判定した場合、第１の原子と第２の原子との間の結合の種別を、算出した電子密度が満たすと判定した条件に対応付けられた原子間の結合の種別に決定してもよい。たとえば、第１の条件が満たされた場合、決定部３０４は、第１の原子と第２の原子との間の結合の種別を、第１の条件に対応付けられた単結合に決定する。
また、決定部３０４は、第４の条件および第５の条件を満たすと判定した場合、第１の原子と第２の原子との間の結合の種別を配位結合に決定してもよい。また、決定部３０４は、第６の条件を満たすと判定した場合、環を形成する原子群の各々の原子の間の結合の種別を芳香族結合に決定してもよい。また、決定部３０４は、第７の条件を満たすと判定した場合、環を形成する原子群の各々の原子の間の結合の種別を芳香族結合に決定してもよい。
また、決定部３０４は、第１の原子と第２の原子との間の電子密度および第３の原子と第４の原子との間の電子密度のうちの低い電子密度となる原子間の結合の種別を単結合に決定する。さらに、決定部３０４は、結合の種別を単結合に決定した２つの原子のいずれか一方の原子をアニオン性原子に決定する。なお、決定部３０４は、判断部３０６によって第１の原子と第２の原子との間の電子密度と、第３の原子と第４の原子との間の電子密度と、が同一でないと判断された場合に行う。また、決定部３０４は、たとえば、いずれか一方の原子のうち、原子価と比較して結合している原子の数が少ない原子を、アニオン性原子に決定する。具体的な処理については、図９にて後述する。なお、決定されたデータは、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などの記憶領域に記憶される。
抽出部３０５は、分子のうちの第１の原子および第２の原子を除く残余の原子群の中から、原子間の結合の種別が二重結合となり、かつ、原子の種別の組合せが第１の原子の種別および第２の原子の種別の組合せに一致する第３の原子および第４の原子を抽出する。なお、抽出部３０５は、決定部３０４によって第１の原子と第２の原子との間の結合の種別が二重結合であると決定された場合に行われる。たとえば、第１の原子となる酸素原子と、第２の原子として炭素原子との結合の種別が二重結合であったとする。このとき、抽出部３０５は、分子のうち、原子間の結合の種別が二重結合であり、かつ、酸素原子と炭素原子の組合せとなる第３の原子と第４の原子を抽出する。なお、抽出されたデータは、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などの記憶領域に記憶される。
判断部３０６は、第１の原子と第２の原子との間の電子密度と、抽出部３０５によって抽出された第３の原子と第４の原子との間の電子密度と、が同一であるか否かを判断する。同一か否かの判断としては、電子密度の値が完全同一でなくてよい。具体的な判断方法については、図９にて後述する。なお、判断されたデータは、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などの記憶領域に記憶される。
出力部３０７は、決定部３０４により決定された第１の原子と第２の原子との間の結合種を出力する。出力先として、たとえば、出力部３０７は、ディスプレイ２０８に出力する。また、出力部３０７は、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などの記憶領域に出力してもよい。
図４は、結合種決定条件テーブルの記憶内容の一例を示す説明図である。結合種決定条件テーブル３１２は、結合種ごとに記憶している。結合種決定条件テーブル３１２は、レコード４０１−１〜４０１−６を記憶している。結合種決定条件テーブル３１２は、結合種、電子密度条件、原子条件、その他の条件、力場種別という５つのフィールドを含む。結合種フィールドには、結合の種別を表す識別情報が格納される。電子密度条件フィールドには、結合種で結合する原子の間の電子密度に関する条件が格納される。原子条件フィールドには、結合種で結合する原子の種別が格納される。その他の条件フィールドには、電子密度条件と原子条件以外の条件が格納される。力場種別フィールドには、原子種が定義されている力場の種別が格納される。
たとえば、レコード４０１−１は、単結合となる条件として、電子密度が１．５未満であることを示している。また、レコード４０１−１は、単結合がＡＭ１ＢＣＣ電荷、ＧＡＦＦ力場共に定義されていることを示す。レコード４０１−１の電子密度条件フィールドの内容が、第１の条件となる。
同様に、レコード４０１−２の電子密度条件フィールドの内容が、第２の条件となり、レコード４０１−３の電子密度条件フィールドの内容が、第３の条件となる。また、レコード４０１−４の電子密度条件フィールドの内容が、第４の条件となる。さらに、レコード４０１−４の原子条件フィールドの内容が、第５の条件となる。また、レコード４０１−５の原子条件フィールドの内容が、第６の条件となる。なお、第６の条件の詳細については、参考文献１の図１ａに詳細に記述されている。また、レコード４０１−５の原子条件フィールドの内容が、第７の条件となる。次に、分子構造を記憶するテーブルである分子構造テーブル５０１の記憶内容の一例について説明する。
図５は、分子構造テーブルの記憶内容の一例を示す説明図である。図５の（Ａ）および図５の（Ｂ）では、エチレン分子の分子構造が分子構造テーブル５０１に記憶されている場合を例にして説明する。図５の（Ａ）では、分子構造テーブル５０１の記憶内容の一例を示す。図５の（Ｂ）では、分子構造テーブル５０１の記憶内容に対応した原子の位置をｘｙ座標上にて示す。
図５の（Ａ）に示す分子構造テーブル５０１は、レコード５０１−１〜５０１−６を記憶している。分子構造テーブル５０１は、原子ＩＤ、ｘ座標、ｙ座標、ｚ座標という４つのフィールドを含む。原子ＩＤフィールドには、対象原子を識別する識別情報が格納される。ｘ座標フィールドには、対象原子のｘ座標の値が格納される。ｙ座標フィールドには、対象原子のｙ座標の値が格納される。ｚ座標フィールドには、対象原子のｚ座標の値が格納される。たとえば、レコード５０１−１は、Ｃ＿（５＿１）が、ｘ座標＝０．６６、ｙ座標＝０．０、ｚ座標＝０．０に位置することを示す。
図５の（Ｂ）では、レコード５０１−１〜５０１−６にて示す、Ｃ＿（５＿１）〜Ｈ＿（５＿６）を、ｘｙ座標上にて示す。図５の（Ｂ）では、Ｃ＿（５＿１）〜Ｈ＿（５＿６）のｚ座標の値は、全て０であるため、ｚ軸を省略している。次に、図６〜図１０を用いて、Ｃ12Ｈ6Ｏ4における、分子構造の生成から、分子力場の割当を行う処理までを説明する。
図６は、モデリングソフトによる分子構造初期値の生成例を示す説明図である。図６では、モデリングソフトによって、分子構造テーブル５０１に格納されるデータが生成されていく様子を、図６の（Ａ）、図６の（Ｂ）、および図６の（Ｃ）にて説明する。
図６の（Ａ）にて、決定装置１０１は、利用者の操作により、ベンゼン環を表示する。たとえば、決定装置１０１は、利用者によるマウス２１１の操作により、ツールバーにあるベンゼン環アイコンが押下される。さらに、決定装置１０１は、利用者のマウス２１１のクリック操作により、作業用ウィンドウ上のいずれかの位置にベンゼン環を表示する。
次に、図６の（Ｂ）にて、決定装置１０１は、利用者によるマウス２１１の操作により、二つ目のベンゼン環を表示する。さらに、決定装置１０１は、利用者によるマウス２１１の操作により、１つ目のベンゼン環と２つ目のベンゼン環を結合した状態を表示する。
続けて、図６の（Ｃ）にて、決定装置１０１は、利用者によるマウス２１１の操作により、図６の（Ｂ）内のＨ＿（６＿１）〜Ｈ＿（６＿４）を、Ｏ＿（６＿５）〜Ｏ＿（６＿８）に置き換えた図である。さらに、決定装置１０１は、利用者によるマウス２１１の操作により、全体の電荷を−２に設定する。次に、図６にて生成したＣ12Ｈ6Ｏ4について、分子軌道法により、安定構造を求める。分子軌道法の計算方法は、ＮＤＤＯ（Ｎｅｇｌｅｃｔ ｏｆ Ｄｉａｔｏｍｉｃ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｏｖｅｒｌａｐ）法に属するＰＭ５（Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｍｅｔｈｏｄ ５）法を用いることにする。
続けて、決定装置１０１は、ＰＭ５法を用いて、結合のある部位のＭａｙｅｒのボンドオーダーを算出する。決定装置１０１は、下記（１）式を用いて、Ｍａｙｅｒのボンドオーダーを算出する。
Figure 0005998580
ただし、ＢＯkk'は原子ｋと原子ｋ’との間のＭａｙｅｒのボンドオーダーを示す。Ｐ、Ｓは、それぞれ電子の密度行列、原子軌道の重なり積分行列を示す。λ、ωは、それぞれｋ、ｋ’に属する基底関数を示す。密度行列Ｐと重なり積分行列Ｓは、量子科学計算でエネルギーを計算する際に行われるため、ボンドオーダーを求める場合に余分に行われるべき計算ではない。このため、ボンドオーダーの計算量は量子科学計算に対して無視できるほど小さい。なお、決定装置１０１は、密度行列Ｐの行列要素と重なり積分行列Ｓの行列要素を、下記（２）式、（３）式にて算出する。
Figure 0005998580
Figure 0005998580
ただし、μ、νは原子軌道に関する添え字を表す。また、ｃμi、ｃνiは分子が取り得るポテンシャルエネルギーのうちｉ番目に低い分子軌道、あるいは密度汎関数法における軌道の軌道係数を示す。χμ、χνは分子軌道を展開するための基底関数（原子軌道）を表す。また、ｎは電子が占有している軌道の数である。たとえば、電子が１０個ある場合、ｎは５となる。なお、ｉ番目の軌道をΨiとすると、Ψiとｃμi、χμとの関係は下記（４）式で表される。
Figure 0005998580
図７は、電子密度を用いた結合種の決定方法の一例を示す説明図である。図７の（Ａ）では、電子密度を用いた結合種の決定方法を示す。図７の（Ｂ）では、原子価を用いた結合種の決定方法を示す。
図７の（Ａ）にて示す電子密度を用いる方法にて、決定装置１０１は、Ｏ＿（７＿１）とＣ＿（７＿２）の間の電子密度ρの値が、１．３８であると算出する。続けて、決定装置１０１は、ρの値が単結合を示す条件となる電子密度ρ＜１．５を満たすため、Ｏ＿（７＿１）とＣ＿（７＿２）の結合種を単結合に決定する。また、単結合となるため、決定装置１０１は、原子価が１であるアニオン性酸素に決定する。酸素原子の原子価が１である場合に酸素原子がアニオン性となり、酸素原子の原子価が２である場合に酸素原子が中性となる、という情報は、表として、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７に記憶されているものとする。
また、決定装置１０１は、Ｏ＿（７＿３）とＣ＿（７＿４）の間の電子密度ρの値が、１．６２であると算出する。続けて、決定装置１０１は、ρが二重結合を示す条件１．５≦ρ＜２．５を満たすため、Ｏ＿（７＿３）とＣ＿（７＿４）の結合種を二重結合に決定する。このように、決定装置１０１は、ρ＜１．５を満たせば結合種を単結合に決定し、１．５≦ρ＜２．５を満たせば結合種を二重結合に決定する。また、図７には表示されていないが、決定装置１０１は、２．５≦ρを満たせば結合種を三重結合に決定する。
図７の（Ｂ）にて示す原子価を用いる方法は、Ｏ-の原子価が１であり、Ｏの原子価が２であるため、図７の（Ｂ１）で示す構造と、図７の（Ｂ２）で示す構造と、の２パターンがあり、正しい方を判断することが難しい。このように、原子価を用いる方法は、判別に曖昧性を残すことになる。実際に取り得る構造としては、アニオン性酸素同士が対角にある図７の（Ａ）および図７の（Ｂ１）で示す構造が安定である。したがって、決定装置１０１は、電子密度を用いた決定方法を用いることにより、原子価を用いて決定するより正確に結合種を決定することができる。
図８は、電子密度を用いた芳香族結合の決定方法の一例を示す説明図である。図８の（Ａ１）および図８の（Ａ２）と、図８の（Ｂ１）および図８の（Ｂ２）を用いて、特定の環構造に含まれる原子間の結合種の決定方法を説明する。具体的に、図８の（Ａ１）および図８の（Ａ２）では、決定装置１０１は、Ｃ12Ｈ6Ｏ4に含まれる原子間の結合種を決定する。また、図８の（Ｂ１）および図８の（Ｂ２）では、決定装置１０１は、Ｃ6Ｈ6に含まれる原子間の結合種を決定する。
図８の（Ａ１）にて、決定装置１０１は、Ｈ＿（８＿１）とＣ＿（８＿２）の間の結合種を、単結合に決定したとする。次に、決定装置１０１は、Ｈ＿（８＿１）とＣ＿（８＿２）のいずれかが環に含まれるか否かを判断する。図８の（Ａ１）の場合、Ｃ＿（８＿２）〜Ｃ＿（８＿７）が環を形成しているため、Ｃ＿（８＿２）が環に含まれる。以下、Ｃ＿（８＿２）〜Ｃ＿（８＿７）にて形成される環を、環８０１とする。Ｃ＿（８＿２）が環８０１に含まれるため、決定装置１０１は、環８０１を形成する原子群の組合せが特定の組合せか否かを判断する。ここで、特定の組合せとは、レコード４０１−５の原子条件である。この場合、環８０１を形成する原子群は、全て炭素原子であり、特定の組合せとなる。
環８０１が特定の組合せである場合、決定装置１０１は、続けて、環８０１と環８０１に結合する原子との間の結合種が単結合、または配位結合か否かを判断する。図８の（Ａ１）の段階では、環８０１と環８０１に結合する原子との結合種、たとえばＣ＿（８＿７）とＯ-＿（８＿８）の結合種がまだ決定されていないため、決定装置１０１は、環８０１に含まれる原子間の結合種が芳香族結合か否かの判断を行わない。
次に、図８の（Ａ２）にて、決定装置１０１は、Ｃ＿（８＿７）とＯ-＿（８＿８）の結合種を、単結合に決定したとする。また、決定装置１０１は、環８０１と環８０１に結合する原子との結合種が全て決定済みであるとする。Ｃ＿（８＿７）が環８０１に含まれるため、決定装置１０１は、続けて、環８０１と環８０１に結合する原子との結合種が単結合または配位結合か否かを判断する。環８０１に接する結合種のうち、Ｃ＿（８＿３）とＣ＿（８＿９）間の結合種が二重結合であるように、単結合または配位結合でない結合種があるため、決定装置１０１は、環８０１の各々の原子間の結合種を芳香族結合でないと判断する。なお、環８０１の各々の原子間の結合種については、図７に記載した電子密度に用いた方法で行う。
また、図８の（Ｂ１）にて、決定装置１０１は、Ｈ＿（８＿１１）とＣ＿（８＿１２）の間の結合種を、単結合に決定したとする。次に、決定装置１０１は、Ｈ＿（８＿１１）とＣ＿（８＿１２）のいずれかが環に含まれるか否かを判断する。図８の（Ｂ１）の場合、Ｃ＿（８＿１２）〜Ｃ＿（８＿１７）が環を形成しているため、Ｃ＿（８＿１２）が環に含まれる。以下、Ｃ＿（８＿１２）〜Ｃ＿（８＿１７）にて形成される環を、環８０２とする。図８の（Ｂ１）の段階では、環８０２と環８０２に結合する原子との結合種が決定されていないものがあるため、決定装置１０１は、環８０２に含まれる原子間の結合種が芳香族結合か否かの判断を行わない。
次に、図８の（Ｂ２）にて、決定装置１０１は、Ｃ＿（８＿１７）とＨ＿（８＿１８）の結合種を、単結合に決定したとする。Ｃ＿（８＿１７）が環８０２に含まれるため、決定装置１０１は、続けて、環８０２と環８０２に結合する原子との結合種が単結合または配位結合か否かを判断する。環８０２と環８０２に結合する原子との結合種全てが単結合であるため、決定装置１０１は、環８０２に含まれる原子間の結合種を芳香族結合であると判断する。
図９は、電子密度を用いた電荷を有する結合種の決定方法の一例を示す説明図である。
アニオン性原子を含む単結合の電子密度の値は、中性原子同士の単結合より高くなり、単結合と二重結合を判断する閾値１．５を超えてしまう場合も有り得る。図９の（Ａ）と図９の（Ｂ）では、電子密度の値が閾値１．５を超えた場合における、アニオン性原子を含む単結合を決定する方法について説明する。
決定装置１０１は、Ｃ12Ｈ6Ｏ4の原子間の組合せのうち、結合種が二重結合である組を抽出する。図９の（Ａ）では、決定装置１０１は、Ｃ＿（９＿１）とＯ＿（９＿２）の組と、Ｃ＿（９＿３）とＯ＿（９＿４）の組と、Ｃ＿（９＿５）とＯ＿（９＿６）の組と、Ｃ＿（９＿７）とＯ＿（９＿８）の組とを抽出する。また、Ｃ＿（９＿１）とＯ＿（９＿２）の電子密度ρの値が１．５１であるとし、Ｃ＿（９＿３）とＯ＿（９＿４）の電子密度の値が１．７２であるとする。さらに、Ｃ＿（９＿５）とＯ＿（９＿６）の電子密度ρの値が１．７１であるとし、Ｃ＿（９＿７）とＯ＿（９＿８）の電子密度ρの値が１．５０であるとする。
なお、抽出された４つの組は、全て炭素原子と酸素原子の組合せとなったため、決定装置１０１は、そのまま４つの組を対象に処理を続ける。もし、抽出された組の２つの原子の組合せが異なる場合、決定装置１０１は、抽出された組合せを、２つの原子の種別ごとのグループに分割し、グループごとに処理を続行する。たとえば、抽出された組合せが、炭素原子と炭素原子の組合せと、炭素原子と酸素原子の組合せと、になった場合、決定装置１０１は、炭素原子と酸素原子の組合せを１つのグループに設定し、炭素原子と酸素原子の組合せをもう一つのグループに設定する。
次に、決定装置１０１は、４つの抽出された組の電子密度の値が同一か否かを判断する。同一か否かの判断としては、電子密度の値が完全同一でなく、たとえば、比較対象同士の電子密度の値の差が、所定の閾値以下であれば、同一とみなしてよい。図９の（Ａ）の例では、比較対象同士の電子密度の値が０．０５未満であれば、同一とみなすことにする。たとえば、Ｃ＿（９＿１）とＯ＿（９＿２）の電子密度の値が１．５１であり、Ｃ＿（９＿３）とＯ＿（９＿４）の電子密度の値が１．７２であるので、１．７２−１．５１＝０．２１＞０．０５となるため、決定装置１０１は、同一でないと判断する。同様に、決定装置１０１は、Ｃ＿（９＿５）とＯ＿（９＿６）と、Ｃ＿（９＿７）とＯ＿（９＿８）との電子密度の値も同一でないと判断する。
同一でないと判断した場合、決定装置１０１は、電子密度の値が低い方の結合種を単結合に決定する。設定した後の図として、図９の（Ｂ）に示す。決定装置１０１は、Ｃ＿（９＿１）とＯ＿（９＿２）との間の結合種を単結合に決定し、さらに、Ｏ＿（９＿２）を、Ｏ-＿（９＿２）に決定する。同様に、決定装置１０１は、Ｃ＿（９＿７）とＯ＿（９＿８）との間の結合種を単結合に決定し、さらに、Ｏ＿（９＿８）を、Ｏ-＿（９＿８）に設定する。次に、図７〜図９に示した決定した結合種を用いた原子種の決定の例について、図１０にて説明する。
図１０は、原子種の決定結果の一例を示す説明図である。図１０では、Ｃ12Ｈ6Ｏ4について、図７の（Ａ）で示した構造における原子種を図１０の（Ａ）として示し、図７の（Ｂ２）で示した構造における原子種を図１０の（Ｂ）として示す。
原子種は、結合種から１対１で特定できる。また、図１０の（Ａ）および図１０の（Ｂ）では、ＧＡＦＦ原子種を用いた場合の例を示している。なお、図１０の（Ａ）および図１０の（Ｂ）の水素原子の表記を省略しているが、全ての水素原子のＧＡＦＦ原子種が、［ｈａ］となる。
図１０の（Ａ）では、決定装置１０１は、Ｃ＿（１０＿１）〜Ｃ＿（１０＿６）のＧＡＦＦ原子種を、それぞれ、［ｃ］、［ｃｄ］、［ｃｃ］、［ｃｃ］、［ｃｄ］、［ｃｄ］に決定する。
また、図１０の（Ｂ）では、決定装置１０１は、Ｃ＿（１０＿１１）〜Ｃ＿（１０＿１６）のＧＡＦＦ原子種を、全て［ｃａ］に決定する。ＧＡＦＦ原子種が異なると、割り当てられる分子力場が異なるため、物性などのシミュレーションに影響を与える。
図１０にて示したように、原子種が異なると、割り当てられる力場が異なるため、シミュレーションが不正確となってしまう。本実施の形態にかかる決定装置１０１は、新規の分子についても、適切な分子力場を割り当てることができる。次に、結合種の決定に用いた電子密度の算出結果と、従来技術における結合種の決定に用いた結合距離の算出結果との比較の一例を示す。
図１１は、電子密度の算出結果および結合距離の算出結果の比較の一例を示す説明図である。表１１０１は、本実施の形態による電子密度を用いて決定した結合種の２つの計算方法による結果と、結合距離を用いて決定した結合種の２つの計算方法による結果との比較例を示した表である。また、図１１では、対象分子として、リン同士の結合種が二重結合となるＰ2Ｈ2と、リン同士の結合種が単結合となるＰ2Ｈ4と、の２つの分子のリン原子間の算出結果について比較する。以下、Ｐ2Ｈ2を「対象分子Ａ」と呼称する。また、Ｐ2Ｈ4を「対象分子Ｂ」と呼称する。
また、図１１では、２つの計算方法として、ＡＭ１（Ａｕｓｔｉｎ ｍｏｄｅｌ １）法と、ＰＭ５法を用いて電子密度、結合距離を算出する。なお、それぞれの計算方法には、計算結果が粗くてもよいので処理時間を短くしたい場合に用いられる計算方法、処理時間が長くともよいので計算結果を正確に得たい場合に用いられる計算方法、というように、使用目的に応じた用途が存在する。
対象分子Ａについて、決定装置１０１は、ＡＭ１法を用いて、Ｐ原子間の電子密度ρの値を２．０２と算出する。また、対象分子Ｂについて、決定装置１０１は、ＡＭ１法を用いて、Ｐ原子間の電子密度の値を、１．０１と算出する。ここから、ＡＭ１法を用いた場合の二重結合と単結合の判断の閾値は、中間の値となる１．５にすることになる。
また、対象分子Ａについて、決定装置１０１は、ＰＭ５法を用いて、Ｐ原子間の電子密度を２．０３と算出する。また、対象分子Ｂについて、決定装置１０１は、ＡＭ１法を用いて、Ｐ原子間の電子密度の値を、１．０３と算出する。ここから、ＰＭ５法を用いた場合の二重結合と単結合とを判断する電子密度の閾値は、中間の値となる１．５にすることになる。このように、電子密度を用いて結合種を決定する場合、決定装置１０１は、計算方法によらずに、同一の閾値を用いることができる。
また、対象分子Ａについて、決定装置１０１は、ＡＭ１法を用いて、Ｐ原子間の結合距離を１．７５７［オングストローム］と算出する。また、対象分子Ｂについて、決定装置１０１は、ＡＭ１法を用いて、Ｐ原子間の結合距離を、１．９９０［オングストローム］と算出する。ここから、ＡＭ１法を用いた場合の二重結合と単結合の判断の閾値は、中間の値となる１．８７４［オングストローム］にすることになる。
また、対象分子Ａについて、決定装置１０１は、ＰＭ５法を用いて、Ｐ原子間の結合距離を１．８８９［オングストローム］と算出する。また、対象分子Ｂについて、決定装置１０１は、ＡＭ１法を用いて、Ｐ原子間の結合距離を、２．０１２［オングストローム］と算出する。ここから、ＰＭ５法を用いた場合の二重結合と単結合とを判断する結合距離の閾値は、中間の値となる１．９５１［オングストローム］にすることになる。このように、結合距離を用いて結合種を決定する場合、計算方法間でばらつきが大きくなるため、決定装置１０１は、計算方法に依存した閾値を用いることになる。
したがって、結合距離を用いて結合種を決定する場合、決定装置１０１は、計算ごとに閾値を記憶することになってしまう。また、異なる計算で用いている閾値を、他の計算時に用いてしまうと、誤った結合種として決定してしまう。次に、電子密度を用いて原子種を決定し、決定した原子種に対応するフローチャートについて、図１２〜図１５を用いて説明する。
図１２は、力場割当処理手順の一例を示すフローチャートである。力場割当処理は、新たな分子に力場を割り当てる処理である。決定装置１０１は、分子構造初期値と対象部子全体の電荷を与えて、量子科学計算による安定構造探索を行う（ステップＳ１２０１）。安定構造探索にて、電子の密度行列Ｐ、原子軌道の重なり積分行列Ｓが算出される。次に、決定装置１０１は、原子間の結合の有無を探索する（ステップＳ１２０２）。続けて、決定装置１０１は、結合が存在する原子間について、結合種を決定していない２つの原子を選択する（ステップＳ１２０３）。次に、決定装置１０１は、結合種決定処理を実行する（ステップＳ１２０４）。結合種決定処理の詳細は、図１３にて後述する。続けて、決定装置１０１は、２つの原子の少なくとも一つの原子が、環に含まれるか否かを判断する（ステップＳ１２０５）。
環に含まれる場合（ステップＳ１２０５：Ｙｅｓ）、決定装置１０１は、芳香族結合決定処理を実行する（ステップＳ１２０６）。芳香族結合決定処理の詳細は、図１４に後述する。ステップＳ１２０６の実行後、または、環に含まれない場合（ステップＳ１２０５：Ｎｏ）、決定装置１０１は、決定された結合種から原子種を決定する（ステップＳ１２０７）。次に、決定装置１０１は、対象分子内の全ての結合種と原子種が決定されたか否かを判断する（ステップＳ１２０８）。未決定である結合種、原子種がある場合（ステップＳ１２０８：Ｎｏ）、決定装置１０１は、ステップＳ１２０３の処理に移行する。
全ての結合種と原子種が決定した場合（ステップＳ１２０８：Ｙｅｓ）、決定装置１０１は、アニオン性単結合決定処理を実行する（ステップＳ１２０９）。アニオン性単結合決定処理の詳細については、図１５に後述する。アニオン性単結合決定処理は、アニオン性原子を有する単結合があるか否かを探索する処理である。なお、アニオン性原子を有する単結合は、ＡＭ１ＢＣＣ電荷で定義されており、ＧＡＦＦ力場では定義されていない。したがって、ＧＡＦＦ力場を用いる場合には、決定装置１０１は、ステップＳ１２０９の処理を実行しなくてもよい。
ステップＳ１２０９の実行後、決定装置１０１は、力場テーブルと、決定した原子種と結合種から、力場情報を割り当てる（ステップＳ１２１０）。ステップＳ１２１０の具体的処理として、たとえば、決定装置１０１は、決定した原子種と結合種を他の装置に出力してもよい。出力後、他の装置が、決定した原子種と結合種に対応した力場情報を割り当てる。また、力場テーブルとは、たとえば、参考文献３に記載された原子種ごとのばね定数等が格納されたテーブルである。ステップＳ１２１０の終了後、決定装置１０１は、力場割当処理を終了する。力場割当処理を実行することにより、決定装置１０１は、新たな分子に適切な力場を割り当てることができる。
図１３は、結合種決定処理手順の一例を示すフローチャートである。結合種決定処理は、結合種を決定する処理である。決定装置１０１は、２つの原子の種別の組合せが、非局在結合を示す組合せか否かを判断する（ステップＳ１３０１）。非局在結合を示す組合せでない場合（ステップＳ１３０１：Ｎｏ）、決定装置１０１は、電子密度ＢＯkk'を算出する（ステップＳ１３０２）。なお、ステップＳ１３０２の処理について、電子密度を算出する処理量は、電子の密度行列Ｐと原子軌道の重なり積分行列ＳがステップＳ１２０１の処理にて算出されているため、ステップＳ１２０１にて行われた処理量に対して無視できるほど小さい。
続けて、決定装置１０１は、２つの原子の間の電子密度ＢＯkk'を確認する（ステップＳ１３０３）。ＢＯkk'が１．５未満となる場合（ステップＳ１３０３：ＢＯkk'＜１．５）、決定装置１０１は、続けて、２つの原子の種別の組合せが、配位結合を示す組合せか否かを判断する（ステップＳ１３０４）。なお、ステップＳ１３０４の処理にて、配位結合は、ＡＭ１ＢＣＣ電荷で定義されており、ＧＡＦＦ力場では定義されていない。したがって、ＧＡＦＦ力場を用いる場合には、決定装置１０１は、ステップＳ１３０４の処理を行わず、ステップＳ１３０６の処理に移行する。配位結合を示す組合せとなる場合（ステップＳ１３０４：Ｙｅｓ）、決定装置１０１は、結合種を配位結合に決定する（ステップＳ１３０５）。
配位結合を示す組合せではない場合（ステップＳ１３０４：Ｎｏ）、決定装置１０１は、結合種を単結合に決定する（ステップＳ１３０６）。ＢＯkk'が１．５以上２．５未満となる場合（ステップＳ１３０３：１．５≦ＢＯkk'＜２．５）、決定装置１０１は、結合種を二重結合に決定する（ステップＳ１３０７）。ＢＯkk'が２．５以上となる場合（ステップＳ１３０３：２．５≦ＢＯkk'）、決定装置１０１は、結合種を三重結合に決定する（ステップＳ１３０８）。非局在結合を示す組合せである場合（ステップＳ１３０１：Ｙｅｓ）、決定装置１０１は、結合種を非局在結合に決定する（ステップＳ１３０９）。ステップＳ１３０５〜ステップＳ１３０９のうちのいずれかの処理終了後、決定装置１０１は、結合種決定処理を終了する。結合種決定処理を実行することにより、決定装置１０１は、適切な結合種を決定することができる。
図１４は、芳香族結合決定処理手順の一例を示すフローチャートである。芳香族結合決定処理は、結合種を芳香族結合に決定する処理である。決定装置１０１は、環を形成する原子群の種別の組合せが、特定の組合せか否かを判断する（ステップＳ１４０１）。特定の組合せである場合（ステップＳ１４０１：Ｙｅｓ）、決定装置１０１は、環に結合する原子があるか否かを判断する（ステップＳ１４０２）。環に結合する原子がある場合（ステップＳ１４０２：Ｙｅｓ）、決定装置１０１は、環と環に結合する原子との結合種が単結合または配位結合か否かを判断する（ステップＳ１４０３）。単結合または配位結合である場合（ステップＳ１４０３：Ｙｅｓ）、決定装置１０１は、環を形成する原子間の結合種を、芳香族結合に決定する（ステップＳ１４０４）。
ステップＳ１４０３の終了後、特定の組合せでない場合（ステップＳ１４０１：Ｎｏ）、結合する原子がない場合（ステップＳ１４０２：Ｎｏ）または、単結合または配位結合以外の結合種である場合（ステップＳ１４０３：Ｎｏ）、決定装置１０１は、芳香族結合決定処理を終了する。芳香族結合決定処理を実行することにより、決定装置１０１は、芳香族結合で結合している原子群に対して、適切な結合種を決定することができる。
図１５は、アニオン性単結合決定処理手順の一例を示すフローチャートである。アニオン性単結合決定処理は、アニオン性原子を含む単結合となる可能性のある結合種を検索して、条件を満たした場合にアニオン性原子を含む単結合に決定する処理である。決定装置１０１は、各原子について、原子価と結合している原子の数が全て一致しているか否かを判断する（ステップＳ１５０１）。一致している場合（ステップＳ１５０１：Ｙｅｓ）、決定装置１０１は、続けて、対象分子全体の電荷と、各原子の電荷の和が一致するか否かを判断する（ステップＳ１５０２）。一致する場合（ステップＳ１５０２：Ｙｅｓ）、決定装置１０１は、アニオン性単結合決定処理を終了する。
一致していない場合（ステップＳ１５０１：Ｎｏ）、または、電荷の和が一致しない場合（ステップＳ１５０２：Ｎｏ）、決定装置１０１は、対象分子のうち、結合種が二重結合となった組を抽出する（ステップＳ１５０３）。続けて、決定装置１０１は、抽出した組のうち、２つの原子の種別ごとのグループに分類する（ステップＳ１５０４）。次に、決定装置１０１は、分類されたグループのうち、未選択のグループを選択する（ステップＳ１５０５）。なお、選択されたグループに含まれる組が１つである場合、決定装置１０１は、後述するステップＳ１５０９の処理に移行する。続けて、決定装置１０１は、選択されたグループ内のＢＯkk'が全て同一の値か否かを判断する（ステップＳ１５０６）。
同一の値ではない場合（ステップＳ１５０６：Ｎｏ）、決定装置１０１は、低いＢＯｋk'となる２つの原子の間の結合種を、単結合に決定する（ステップＳ１５０７）。さらに、決定装置１０１は、単結合に決定した２つの原子のうち、原子価に対し、結合している原子の数が少ない原子をアニオン性に決定する（ステップＳ１５０８）。
ステップＳ１５０８の処理終了後、または同一である場合（ステップＳ１５０６：Ｙｅｓ）、決定装置１０１は、全てのグループを選択したか否かを判断する（ステップＳ１５０９）。未選択のグループがある場合（ステップＳ１５０９：Ｎｏ）、決定装置１０１は、ステップＳ１５０５の処理に移行する。全てのグループが選択済みである場合（ステップＳ１５０９：Ｙｅｓ）、決定装置１０１は、アニオン性単結合決定処理を終了する。アニオン性単結合決定処理を実行することにより、決定装置１０１は、より正確な結合種を決定することができるため、より正確な分子力場を割り当てることができる。
以上説明したように、決定装置１０１によれば、２つの原子間の原子種を、量子科学計算の電子密度を用いて決定する。これにより、決定装置１０１は、量子科学計算の計算方法によらず同一の閾値を用いて原子種を決定することができるようになるため、原子間の結合種の決定精度を向上することができる。また、割り当てられた力場がより現実に近くなり、化学産業、特に製薬業において、新規な分子のシミュレーションを正確に行うことができる。また、量子科学計算の計算方法によらず同一の閾値を用いることができるため、決定装置１０１は、量子科学計算がどの計算方法によるものかを記憶しなくともよい。
なお、結合距離を用いて結合種を決定する方法について、ＡＭ１法、ＰＭ５法といった計算方法に応じて結合距離を算出するための初期パラメータが異なるため、計算結果が異なる値になり、結果、閾値も計算方法で異なる値となってしまっている。一方、電子密度を用いて結合種を決定する方法について、電子密度を算出するための初期パラメータとしては電子の数であるため、どの計算方法も同じ初期パラメータとなり計算結果が近い値となり、結果、計算方法によらず同一の閾値を用いることができる。
また、決定装置１０１によれば、単結合で結合する原子間の電子密度に関する第１の条件と、二重結合で結合された電子密度に関する第２の条件と、三重結合で結合された電子密度に関する第３の条件と、を用いて結合種を決定してもよい。これにより、決定装置１０１は、単結合から三重結合までの結合種を、電子密度を用いて決定することができる。また、決定装置１０１は、単結合から三重結合に応じた力場を割り当てることができる。
また、決定装置１０１によれば、配位結合で結合する原子間の電子密度に関する第４の条件と、配位結合で結合された原子の種別に関する第５の条件を用いて、結合種を配位結合に決定してもよい。これにより、決定装置１０１は、配位結合に応じた力場を割り当てることができる。
また、決定装置１０１によれば、芳香族結合で結合する原子群が形成する環を形成可能な原子の種別に関する第６の条件を用いて、結合種を芳香族結合に決定してもよい。これにより、決定装置１０１は、芳香族結合に応じた力場を割り当てることができる。
また、決定装置１０１によれば、第６の条件と、芳香族結合で結合する原子群が形成する環と環に結合する原子との間の結合の種別に関する第７の条件を用いて、結合種を芳香族結合に決定してもよい。これにより、決定装置１０１は、芳香族結合に応じた力場を割り当てることができる。また、第６の条件と第７の条件を用いることにより、結合種の判定精度が向上するため、決定装置１０１は、シミュレーション結果の精度を向上させることができる。
また、決定装置１０１によれば、２つの原子の間の結合の種別が二重結合であると決定した場合、２つの原子の間の電子密度と、分子内の他の二重結合となる原子間の電子密度とを比較して、アニオン性の単結合に決定してもよい。これにより、決定装置１０１は、結合種の判定精度が向上するため、決定装置１０１は、シミュレーション結果の精度を向上させることができる。
なお、本実施の形態で説明した決定方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。本決定プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。また本決定プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布してもよい。
上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）コンピュータに、
構造的に安定な状態における分子内の各原子に属する電子の電子密度と前記分子内の原子間の原子軌道の重なりの度合いとを記憶する第１の記憶部を参照して、前記分子から選択された第１の原子と前記第１の原子とは異なる第２の原子との間の電子密度を算出し、
原子間の結合の種別を表す結合種と前記結合種で結合する原子間の電子密度に関する条件とを対応付けて記憶する第２の記憶部を参照して、算出した電子密度に基づいて、前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を決定し、
決定した前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を出力する、
処理を実行させることを特徴とする決定プログラム。
（付記２）前記第２の記憶部は、原子間の結合の種別を表す単結合に対応付けて前記単結合で結合する原子間の電子密度に関する第１の条件を記憶し、原子間の結合の種別を表す二重結合に対応付けて前記二重結合で結合する原子間の電子密度に関する第２の条件を記憶し、原子間の結合の種別を表す三重結合に対応付けて前記三重結合で結合する原子間の電子密度に関する第３の条件と、を記憶しており、
前記コンピュータは、
前記算出した電子密度が前記第２の記憶部に記憶された前記第１の条件と前記第２の条件と前記第３の条件とのうちいずれかの条件を満たすか否かを判定する処理を実行させ、
前記決定する処理は、
前記いずれかの条件を満たすと判定した場合、前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合の種別を、前記算出した電子密度が満たすと判定した条件に対応付けられた原子間の結合の種別に決定することを特徴とする付記１に記載の決定プログラム。
（付記３）前記第２の記憶部は、原子間の結合の種別を表す配位結合に対応付けて前記配位結合で結合する原子間の電子密度に関する第４の条件を記憶し、前記配位結合に対応付けて前記配位結合で結合する原子の種別の組合せに関する第５の条件を記憶しており、
前記コンピュータに、
前記算出した電子密度が前記第２の記憶部に記憶された前記第４の条件を満たすか否かを判定し、
前記第１の原子の種別および前記第２の原子の種別の組合せが前記第２の記憶部に記憶された前記第５の条件を満たすか否かを判定する処理を実行させ、
前記決定する処理は、
前記第４の条件および前記第５の条件を満たすと判定した場合、前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合の種別を前記配位結合に決定する処理を実行する付記１または２に記載の決定プログラム。
（付記４）前記第２の記憶部は、さらに、原子間の結合の種別を表す芳香族結合に対応付けて前記芳香族結合で結合して環を形成可能な原子の種別に関する第６の条件を記憶しており、
前記コンピュータに、
前記分子に環を形成する原子群があるか否かを判定し、
前記分子に環を形成する原子群があると判定した場合、前記原子群の各々の原子の種別が前記第２の記憶部に記憶された前記第６の条件を満たすか否かを判定し、
前記第６の条件を満たすと判定した場合、前記分子に環を形成する原子群の各々の原子間の結合の種別を前記芳香族結合に決定する、処理を実行させることを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載の決定プログラム。
（付記５）前記第２の記憶部は、さらに、前記芳香族結合に対応付けて前記芳香族結合で結合する原子間が結合して形成される環と前記環に結合する原子との間の結合の種別に関する第７の条件を記憶しており、
前記コンピュータに、
前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を決定し、かつ、前記分子に環を形成する原子群があると判定した場合、前記分子内の環に結合する原子があるか否かを判定し、
前記分子内の環に結合する原子があると判定した場合、前記分子内の環と前記分子内の環に結合する原子との間の結合の種別が前記第２の記憶部に記憶された前記第７の条件を満たすか否かを判定し、
前記第７の条件を満たすと判定した場合、前記分子内の環を形成する原子群の各々の原子間の結合の種別を前記芳香族結合に決定する、
処理を実行させることを特徴とする付記４に記載の決定プログラム。
（付記６）前記コンピュータに、
前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合の種別が前記二重結合であると決定した場合、前記分子のうちの前記第１の原子および前記第２の原子を除く残余の原子群の中から、原子間の結合の種別が前記二重結合となり、かつ、原子の種別の組合せが前記第１の原子の種別および前記第２の原子の種別の組合せに一致する第３の原子および第４の原子を抽出し、
前記第１の原子と前記第２の原子との間の電子密度と、前記第３の原子と前記第４の原子との間の電子密度と、が同一であるか否かを判断し、
前記第１の原子と前記第２の原子との間の電子密度と、前記第３の原子と前記第４の原子との間の電子密度と、が同一でないと判断した場合、前記第１の原子と前記第２の原子との間の電子密度および前記第３の原子と前記第４の原子との間の電子密度のうちの低い電子密度となる原子間の結合の種別を前記単結合に決定すると共に、前記結合の種別を単結合に決定した２つの原子のいずれか一方の原子をアニオン性原子に決定する、
処理を実行させることを特徴とする付記２〜５のいずれか一つに記載の決定プログラム。
（付記７）構造的に安定な状態における分子内の各原子に属する電子の電子密度と前記分子内の原子間の原子軌道の重なりの度合いとを記憶する第１の記憶部を参照して、前記分子から選択された第１の原子と前記第１の原子とは異なる第２の原子との間の電子密度を算出する算出部と、
原子間の結合の種別を表す結合種と前記結合種で結合する原子間の電子密度に関する条件とを対応付けて記憶する第２の記憶部を参照して、前記算出部によって算出された電子密度に基づいて、前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を決定する決定部と、
前記決定部によって決定された前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を出力する出力部と、
を有することを特徴とする決定装置。
（付記８）コンピュータが、
構造的に安定な状態における分子内の各原子に属する電子の電子密度と前記分子内の原子間の原子軌道の重なりの度合いとを記憶する第１の記憶部を参照して、前記分子から選択された第１の原子と前記第１の原子とは異なる第２の原子との間の電子密度を算出し、
原子間の結合の種別を表す結合種と前記結合種で結合する原子間の電子密度に関する条件とを対応付けて記憶する第２の記憶部を参照して、算出した電子密度に基づいて、前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を決定し、
決定した前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を出力する、
処理を実行することを特徴とする決定方法。
１０１ 決定装置
３０１ 選択部
３０２ 算出部
３０３ 判定部
３０４ 決定部
３０５ 抽出部
３０６ 判断部
３０７ 出力部
３１１ 量子科学計算結果
３１２ 結合種決定条件テーブル

Claims (8)

  1. コンピュータに、
    構造的に安定な状態における分子内の各原子に属する電子の電子密度と前記分子内の原子間の原子軌道の重なりの度合いとを記憶する第１の記憶部を参照して、前記分子から選択された第１の原子と前記第１の原子とは異なる第２の原子との間の電子密度を算出し、
    原子間の結合の種別を表す結合種と前記結合種で結合する原子間の電子密度に関する条件とを対応付けて記憶する第２の記憶部を参照して、算出した電子密度に基づいて、前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を決定し、
    決定した前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を出力する、
    処理を実行させることを特徴とする決定プログラム。
  2. 前記第２の記憶部は、原子間の結合の種別を表す単結合に対応付けて前記単結合で結合する原子間の電子密度に関する第１の条件を記憶し、原子間の結合の種別を表す二重結合に対応付けて前記二重結合で結合する原子間の電子密度に関する第２の条件を記憶し、原子間の結合の種別を表す三重結合に対応付けて前記三重結合で結合する原子間の電子密度に関する第３の条件を記憶しており、
    前記コンピュータに、
    前記算出した電子密度が前記第２の記憶部に記憶された前記第１の条件と前記第２の条件と前記第３の条件とのうちいずれかの条件を満たすか否かを判定する処理を実行させ、
    前記決定する処理は、
    前記いずれかの条件を満たすと判定した場合、前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合の種別を、前記算出した電子密度が満たすと判定した条件に対応付けられた原子間の結合の種別に決定することを特徴とする請求項１に記載の決定プログラム。
  3. 前記第２の記憶部は、原子間の結合の種別を表す配位結合に対応付けて前記配位結合で結合する原子間の電子密度に関する第４の条件を記憶し、前記配位結合に対応付けて前記配位結合で結合する原子の種別の組合せに関する第５の条件を記憶しており、
    前記コンピュータに、
    前記算出した電子密度が前記第２の記憶部に記憶された前記第４の条件を満たすか否かを判定し、
    前記第１の原子の種別および前記第２の原子の種別の組合せが前記第２の記憶部に記憶された前記第５の条件を満たすか否かを判定する処理を実行させ、
    前記決定する処理は、
    前記第４の条件および前記第５の条件を満たすと判定した場合、前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合の種別を前記配位結合に決定する処理を実行することを特徴とする請求項１または２に記載の決定プログラム。
  4. 前記第２の記憶部は、さらに、原子間の結合の種別を表す芳香族結合に対応付けて前記芳香族結合で結合して環を形成可能な原子の種別に関する第６の条件を記憶しており、
    前記コンピュータに、
    前記分子に環を形成する原子群があるか否かを判定し、
    前記分子に環を形成する原子群があると判定した場合、前記原子群の各々の原子の種別が前記第２の記憶部に記憶された前記第６の条件を満たすか否かを判定し、
    前記第６の条件を満たすと判定した場合、前記分子に環を形成する原子群の各々の原子間の結合の種別を前記芳香族結合に決定する、処理を実行させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の決定プログラム。
  5. 前記第２の記憶部は、さらに、前記芳香族結合に対応付けて前記芳香族結合で結合する原子間が結合して形成される環と前記環に結合する原子との間の結合の種別に関する第７の条件を記憶しており、
    前記コンピュータに、
    前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を決定し、かつ、前記分子に環を形成する原子群があると判定した場合、前記分子内の環に結合する原子があるか否かを判定し、
    前記分子内の環に結合する原子があると判定した場合、前記分子内の環と前記分子内の環に結合する原子との間の結合の種別が前記第２の記憶部に記憶された前記第７の条件を満たすか否かを判定し、
    前記第７の条件を満たすと判定した場合、前記分子内の環を形成する原子群の各々の原子間の結合の種別を前記芳香族結合に決定する、
    処理を実行させることを特徴とする請求項４に記載の決定プログラム。
  6. 前記コンピュータに、
    前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合の種別が前記二重結合であると決定した場合、前記分子のうちの前記第１の原子および前記第２の原子を除く残余の原子群の中から、原子間の結合の種別が前記二重結合となり、かつ、原子の種別の組合せが前記第１の原子の種別および前記第２の原子の種別の組合せに一致する第３の原子および第４の原子を抽出し、
    前記第１の原子と前記第２の原子との間の電子密度と、前記第３の原子と前記第４の原子との間の電子密度と、が同一であるか否かを判断し、
    前記第１の原子と前記第２の原子との間の電子密度と、前記第３の原子と前記第４の原子との間の電子密度と、が同一でないと判断した場合、前記第１の原子と前記第２の原子との間の電子密度および前記第３の原子と前記第４の原子との間の電子密度のうちの低い電子密度となる原子間の結合の種別を前記単結合に決定すると共に、前記結合の種別を単結合に決定した２つの原子のいずれか一方の原子をアニオン性原子に決定する、
    処理を実行させることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の決定プログラム。
  7. 構造的に安定な状態における分子内の各原子に属する電子の電子密度と前記分子内の原子間の原子軌道の重なりの度合いとを記憶する第１の記憶部を参照して、前記分子から選択された第１の原子と前記第１の原子とは異なる第２の原子との間の電子密度を算出する算出部と、
    原子間の結合の種別を表す結合種と前記結合種で結合する原子間の電子密度に関する条件とを対応付けて記憶する第２の記憶部を参照して、前記算出部によって算出された電子密度に基づいて、前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を決定する決定部と、
    前記決定部によって決定された前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を出力する出力部と、
    を有することを特徴とする決定装置。
  8. コンピュータが、
    構造的に安定な状態における分子内の各原子に属する電子の電子密度と前記分子内の原子間の原子軌道の重なりの度合いとを記憶する第１の記憶部を参照して、前記分子から選択された第１の原子と前記第１の原子とは異なる第２の原子との間の電子密度を算出し、
    原子間の結合の種別を表す結合種と前記結合種で結合する原子間の電子密度に関する条件とを対応付けて記憶する第２の記憶部を参照して、算出した電子密度に基づいて、前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を決定し、
    決定した前記第１の原子と前記第２の原子との間の結合種を出力する、
    処理を実行することを特徴とする決定方法。
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