KR101586388B1 - 분자 오비탈 분포에 대한 정량적 비교 분석 방법 및 이를 이용한 시스템 - Google Patents

분자 오비탈 분포에 대한 정량적 비교 분석 방법 및 이를 이용한 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 a) 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 비교할 2개의 분자 오비탈을 선택한 후, 양자역학 계산법을 이용하여 이들의 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하는 단계: b) 각 분자 오비탈에 대한 RDM (radially discrete mesh) 계산 방법을 통하여 구조 특성을 계산한 후, 상기 a)단계에서 계산된 분자 오비탈(molecular orbital) 분포와 매칭하여 구조 특성에 따른 분자 오비탈 분포를 구하는 단계; 및 c) 상기 b) 단계에서 구한 2개의 RDM을 통한 구조 특성에 따른 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를, 프로파일 방법을 이용하여 비교하는 단계를 포함하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법 및 이를 이용한 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템에 관한 것이다.

Description

분자 오비탈 분포에 대한 정량적 비교 분석 방법 및 이를 이용한 시스템{METHOD FOR QUANTITATIVE AND COMPARATIVE ANALYSIS OF DISTRIBUTIONS OF TWO MOLECULAR ORBITALS AND SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법 및 이를 이용한 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 정량적으로 분자 오비탈 (molecular orbital) 분포를 비교할 수 있는 새로운 분석방법을 이용한 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.
물질 고유의 전기화학적 특성은 전자의 이동 및 분포 특성에 큰 영향을 받기 때문에 분자 내에서 전자의 거동을 모사하는 것은 물질 개발에 매우 중요하다. 전자의 거동은 분자 내 특정 지점에서 전자가 존재할 확률로서 나타낼 수 있는데, 이와 같은 전자의 거동을 모사하기 위해서 도입된 개념이 바로 분자 오비탈(molecular orbital)이다. 분자 구조 내의 특정 위치에서 확률적인 개념으로 전자의 분포를 나타내는 분자 오비탈은 실험적으로 구할 수 없고 양자역학적 방법을 이용한 슈뢰딩거 방정식(Schrodinger equation)을 계산하여 구할 수 있다.
현재까지 양자역학으로 계산된 분자의 분자 오비탈 분포는 등고선 플롯(contour plot)을 통한 3차원이나 2차원 그림을 생성해 시각적으로 비교하는, 예를 들어 “Analysis of Electron Delocalization in Aromatic Systems: Individual Molecular Orbital Contributions to Para-Delocalization Indexes (PDI)”에서와 같은 정성적인 방법(qualitative measurement)으로 평가하고 있다. 예를 들어 도 1은 OLED의 박막으로 사용되는 NPB (N,N’-Di[(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl]-1,1’-(biphenyl)-4,4’-diamine)의 Neutral/ HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) 의 분자 오비탈 분포를 나타낸 것이다. 도 1을 그리기 위해서 분자 오비탈 시각화 프로그램인 MATERIAL STUDIO의 프로그램인 visualizer를 사용하였다. 분자 오비탈 분포가 되어 있는 영역(노란색/녹색으로 표시된 영역)에만 전자가 위치할 확률이 있는 것으로, 도 1의 경우에는 전반적으로 분자 오비탈이 전체 분자 구조 내에 고르게 분포되어 있는 것을 알 수 있다.
하지만, 상기의 경우에서 알 수 있듯이 시각화를 통한 정성적 확인만으로는 동일한 분자 오비탈 분포에 대해서도 해석하는 기준에 따라 평가가 달라질 수 있어 정확하게 비교하기 어렵다. 예를 들어 위의 경우에서도 (1) 분자 오비탈이 전반적으로 분자 전체에 잘 분포하고 있기 때문에, “분자 오비탈이 잘 분포한다”라고 평가할 수 있지만, (2) 양 끝의 Naphthalene에서 분포가 잘 되지 않기 때문에 “분자 오비탈이 적당히 분포하고 있다.”와 같이 서로 다른 평가 결과가 나올 수 있다. 이러한 정성적인 비교 방법이 가지는 문제점은 위의 예와 같이 1개의 물질에 대한 분자 오비탈 분포 평가의 경우보다 2개의 분자 오비탈 분포를 서로 비교해야 할 경우 더 크게 부각된다. 즉 물질 개발에서는 분자 오비탈 A의 분포가 분자 오비탈 B의 분포와 서로 어느 정도 유사한지를 평가해서 전기화학적 물성 평가를 해야 하는 경우가 많은데, 이 경우 시각을 통한 정성적 비교는 기준에 따라 평가 결과가 크게 달라질 수 있기 때문에, 1개의 분자 오비탈을 평가하는 것보다 더 부정확하다. 이와 같은 문제점은 정성적인 방법을 통한 분자 오비탈 분포 비교에만 발생하는 것이 아니라 모든 정성적인 비교 방법이 가지는 가장 근본적인 한계점 중 하나이다. 현재까지 정성적인 비교만 가능한 분자 오비탈 분포를 효과적으로 정확하고 신뢰성 있게 비교할 수 있는 방법이 있다면, 물질 개발에서 전자 친화도(electron affinity) 등과 같은 전자의 이동으로 인해 결정되는 기본 물성과 더불어 분자 오비탈 분포를 더 효과적으로 이용할 수 있다.
종래의 기술로, 예를 들어 일본 공개특허 2011-173821호의 경우, 프런티어궤도 이외의 반응성 분자궤도를 고려한 양자학적 계산에 근거해 산출된 분자의 반응성 지표를 이용한 새로운 화학물질의 활성도 예측 방법에 대하여 개시하고 있으나, 두 분자 사이의 분자 오비탈 분포 차이를 정량적으로 비교하는 데에는 한계가 있다는 문제점이 있다.
JP 2011-173821 A
Analysis of Electron Delocalization in Aromatic Systems: Individual Molecular Orbital Contributions to Para-Delocalization Indexes (PDI). J.Phys. Chem. A. 2006. 110. 11569-11574
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서,
분자 오비탈 분포 차이를 정량적으로 비교할 수 있는 방법인 MOD-Dscore (Molecular Orbital Distribution-Deviation Score)를 개발하여 분자 오비탈 분포 차이를 정량적인 값(score)로 나타냄으로써, 양자역학에 근거한 방법을 통하여 계산된 분자 오비탈 분포에 대하여 체계적으로 정량적인 비교를 하여, 신규 물질의 개발에 이용하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
a) 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 비교할 2개의 분자 오비탈을 선택한 후, 양자역학 계산법을 이용하여 이들의 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하는 단계:
b) 각 분자 오비탈에 대한 RDM (radially discrete mesh) 계산 방법을 통하여 구조 특성을 계산한 후, 상기 a)단계에서 계산된 분자 오비탈(molecular orbital) 분포와 매칭하여 구조 특성에 따른 분자 오비탈 분포를 구하는 단계; 및
c) 상기 b) 단계에서 구한 2개의 RDM을 통한 구조 특성에 따른 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를, 프로파일 방법을 이용하여 비교하는 단계를 포함하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 비교할 2개의 분자 오비탈을 선택한 후, 양자역학 계산법을 이용하여 이들의 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하여 데이터를 입력하는 데이터 입력 모듈: 각 분자 오비탈에 대한 RDM (radially discrete mesh) 계산 방법을 통하여 구조 특성을 계산한 후, 상기 데이터 입력 모듈에 입력된 분자 오비탈(molecular orbital) 분포와 매칭하여 구조 특성에 따른 분자 오비탈 분포를 구하는 분자 구조 결정 모듈; 및 상기 분자 구조 결정 모듈에서 구한 2개의 RDM을 통한 구조 특성에 따른 분자 오비탈 (molecular orbital) 분포를, 프로파일 방법을 이용하여 비교하는 비교 모듈을 포함하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법에 의하면, MOD-Dscore(Molecular Orbital Distribution-Deviation Score)를 이용한 프로파일 방법을 통하여, 분자 오비탈 분포 차이를 정량적인 값(score)로 나타냄으로써, 양자역학에 근거한 방법을 통하여 계산된 분자 오비탈 분포에 대하여 체계적으로 정량적인 비교를 할 수 있다는 장점이 있으며, 이를 통하여 신규 물질의 개발에 응용할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에서 사용한 NPB 분자의 구조 및 분자 오비탈 분포를 나타낸 그림이다.
도 2는 본 발명에 따른 RDM 계산방법을 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1과 실시예 2에서 비교한 NPB의 anion/neutral/cation 의 분자 오비탈 분포를 나타낸 그림이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법은 a) 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 비교할 2개의 분자 오비탈을 선택한 후, 양자역학 계산법을 이용하여 이들의 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하는 단계: b) 각 분자 오비탈에 대한 RDM (radially discrete mesh) 계산 방법을 통하여 구조 특성을 계산한 후, 상기 a)단계에서 계산된 분자 오비탈(molecular orbital) 분포와 매칭하여 구조 특성에 따른 분자 오비탈 분포를 구하는 단계; 및 c) 상기 b) 단계에서 구한 2개의 RDM을 통한 구조 특성에 따른 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를, 프로파일 방법을 이용하여 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명자는 상기 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법을 “MOD-Dscore(Molecular Orbital Distribution-Deviation Score)”법이라고 명명하였다. 상기 “MOD-Dscore”법은 양자역학에 근거한 방법을 통하여 계산된 분자 오비탈 분포에 대하여 체계적으로 정량적인 비교를 할 수 있는 방법이다. 이하 MOD-Dscore 법을 자세히 설명한다.
본 발명은, 상기 a) 단계에서 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 비교할 2개의 분자 오비탈을 선택한 후, 양자역학 계산법을 이용하여 이들의 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하는 것을 특징으로 한다. 분자 오비탈은 분자 내에서의 전자의 파동적(wave-like) 거동을 나타내는 수학적인 모사로 정의할 수 있다. 본 발명에 있어서, 분자 오비탈 분포를 비교하려는 2개의 분자 오비탈 대상은 1개의 분자에 대한 2가지 전자 상태에 대한 것이 될 수도 있고 (예를 들면, 동일한 분자에 대한 Neutral/HOMO와 Neutral/LUMO), 2개의 분자에 대한 동일하거나 아니면 서로 다른 전자 상태가 될 수 있다(예를 들면 A분자의 Neutral/HOMO와 B 분자의 Neutral/HOMO, 또는 A 분자의 Neutral/HOMO와 B 분자의 Anion/LUMO). 상기와 같이 분자 오비탈 분포의 비교를 위한 2개의 분자 오비탈을 정하고 나서 각각에 대한 양자역학 계산을 통해 분자 오비탈 분포를 구한다. 분자 오비탈 분포를 구하기 위한 양자역학적 계산은, 양자역학을 이용한 방법이라면 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 물질의 분자 구조에서 계산되는 각 지점에서의 오비탈 파동 함수(orbital wave function, ψ)의 제곱인 전자 밀도(ψ2)의 분포를 통하여 계산하는 것을 사용할 수 있고, 단일지점　에너지（single point energy）　계산　또는　기하학적　최적화　（geometry optimization）　계산을　이용할 수도 있다. 구체적으로, 본 발명의 발명자들은 DFT (Density Functional Theory) 에 근간을 둔 ACCELRYS 사에서 개발한 MATERIAL STUDIO의 DMol3를 이용하여 분자 오비탈의 분포를 계산하였다.
본 발명은, 상기 b) 단계에서 각 분자 오비탈의 구조 특성을 계산한 후, 상기 a)단계에서 계산된 분자 오비탈(molecular orbital) 분포와 매칭하여 구조 특성에 따른 분자 오비탈 분포를 구하는 것을 특징으로 한다.
상기　구조 특성 계산은　(x，y，z)의　원자　좌표 (atomic　coordinates)를　이용하여　계산할 수 있으며, 이와 같은 정보를 구조 특성 계산을 통해 계산된 분자 오비탈 분포와 연결시켜야 한다. 상기와 같은 구조 특성화 계산 과정이 필요한 이유는 분자 구조의 좌표 (coordinates) 정보를 그대로 사용하면 분자 오비탈 분포는 그냥 분자 전체에 산개되어 있는 데이터 일 뿐, 아무런 정보를 주지 못하기 때문이다. 따라서, 주어진 분자 구조에 대한 특성화 계산은 분자 내 중심으로부터 출발하는 RDM (radially discrete mesh)을 구성한 후, 각 RDM에 속해 있는 영역을 구함으로써, 분자 구조 전체에 대한 RDM을 계산한다. 상기 RDM은 분자의 중심으로부터 출발해서 방사 방향 (radial direction)으로 일정한 간격을 가지고 증가하는 메쉬 (mesh)를 나타낸다. 상기 RDM에 의한 분자 구조 계산에 있어서, 분자 내 중심 (xc, yc, zc)을 구하는 방법은 다음의 식 1-1 내지 1-3과 같다.
(식 1-1)
Figure 112013064769448-pat00001
(식 1-2)
Figure 112013064769448-pat00002
(식 1-3)
Figure 112013064769448-pat00003
상기 식 1-1 내지 1-3에서 NAT는 분자를 구성하는 원자 좌표의 총 개수를 나타낸다.
상기와 같이 구성된 RDM 방법을 사용함으로써, 분자 구조를 세분화 하여 이를 분자 오비탈 분포와 매칭시킨다.
RDM 계산은 도 2를 통하여 더욱 구체적으로 알 수 있는데, 분자 구조의 원자들이 모두 포함될 때까지 RDM (1), RDM (2), …, RDM (n)으로 증가하며, 여기서 RDM(1)은 분자 중심에 가장 가까운 RDM이고, RDM(n)은 모든 분자가 포함된 분자 중심에서 가장 외곽에 있는 RDM이다. 상기 RDM 계산에 있어서, RDM의 총 개수인 n 값은 비교 대상인 2개의 분자 오비탈에 대해서 동일하게 설정하며, 상기 n 값은 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 50 내지 300의 범위를 갖고, 더욱 바람직하게는 100 내지 300의 범위를 갖는다. 이렇게 계산된 RDM에 대하여 각 RDM에 포함되는 분자 오비탈 분포를 계산한다. 이를 통해 분자 구조에 대해서 계산된 분자 오비탈 정보를 총 n 개의 RDM으로 변환된 구조 특성에 대한 분자 오비탈 정보로 매칭(matching) 시킨다. 상기에서 구해진 RDM 정보를 이용하여 후술할 c) 단계에서 그래프 기반의 프로파일(graph-based profile) 계산에 이용한다.
본 발명은, 상기 c) 단계에서 상기 b) 단계에서 구한 2개의 RDM을 통한 구조 특성에 따른 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를, 프로파일 방법을 이용하여 비교하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 b) 단계에서 계산된 2개의 RDM 계산을 통하여 각각의 RDM에 대해서 분자 오비탈이 어떻게 분포가 되어 있는지 계산할 수 있으며, 이를 RDM-profile 이라고 한다. 본 발명에서는 상기 2개의 분자 오비탈에 대한 RDM 구조 특성화를 통하여 매칭된 분자 오비탈 분포에 대하여 그래프 기반의 프로파일(graph-based profile)을 구성하여 그래프의 분자 오비탈 분포에 대한 프로파일 차이 (profile deviation), 즉 각각의 RDM에서의 분자 오비탈 분포의 차이를 구조 전체에 대하여 계산하는데, 하나의 RDM에서의 프로파일의 차이는 0 내지 1.0 사이의 값을 가지게 된다. 상기 프로파일의 차이가 0이면 두 프로파일은 동일한 것이고, 그 값이 커질수록 차이가 큰 것을 의미한다. 이와 같이 비교된 프로파일 비교를 통해 2개의 분자 오비탈에 따른 구조에 대하여 각각 RDM 구성을 통하여 매칭된 분자 오비탈 분포에 대한 정량적인 차이를 알 수 있으며, 이는 상기에서 구한 모든 RDM의 경우에 대하여 합산한 하기 식 2의 TPD (total profile deviation)　값을 구함으로써, 더욱 구체화 할 수 있다.
（식　2）
Figure 112013064769448-pat00004
（상기　식에서， Prof(Ak)와 Prof(Bk)는 각각 RDM(k)에 속하는 분자 오비탈 값을 나타내고, N은 RDM의 총 개수이다.）
또한, 상기에서 구한 TPD 값을 이용하여 2개의 분자 오비탈 분포의 차이를 더욱 정량적으로 비교할 수 있는 MOD-Dscore를 하기 식 3과 같이 계산할 수 있다.
（식　3）
MOD-Dscore＝1.0-TPD
상기와 같이 계산된 MOD-Dscore는 0.0 내지 1.0 사이의 값을 가지게 되며, 2개의 분자 오비탈 분포가 정확하게 동일할 때에는 TPD 값은 0.0이고, 최종 MOD-Dscore의 값은 1.0을 가지게 된다. 따라서, 두 분자 오비탈 분포의 차이가 크면 클수록 MOD-Dscore는 1.0보다 작은 값을 가지게 된다. 이와 같이 2개의 분자 오비탈 사이의 분포 차이를 MOD-Dscore를 통하여 정량적으로 분석할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기에서 살펴본 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법을 이용한 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템을 제공한다.
상기 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템은 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 비교할 2개의 분자 오비탈을 선택한 후, 양자역학 계산법을 이용하여 이들의 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하여 데이터를 입력하는 데이터 입력 모듈: 각 분자 오비탈에 대한 RDM (radially discrete mesh) 계산 방법을 통하여 구조 특성을 계산한 후, 상기 데이터 입력 모듈에 입력된 분자 오비탈(molecular orbital) 분포와 매칭하여 구조 특성에 따른 분자 오비탈 분포를 구하는 분자 구조 결정 모듈; 및 상기 분자 구조 결정 모듈에서 구한 2개의 RDM을 통한 구조 특성에 따른 분자 오비탈 (molecular orbital) 분포를, 프로파일 방법을 이용하여 비교하는 비교 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템에 있어서, 분자 오비탈 분포를 비교하려는 2개의 분자 오비탈 대상은 1개의 분자에 대한 2가지 전자 상태에 대한 것이 될 수도 있고 (예를 들면, 동일한 분자에 대한 Neutral/HOMO와 neutral/LUMO), 2개의 분자에 대한 동일하거나 아니면 서로 다른 전자 상태가 될 수 있다(예를 들면 A분자의 Neutral/HOMO와 B 분자의 Neutral/HOMO, 또는 A 분자의 Neutral/HOMO와 B 분자의 Anion/LUMO).
상기 데이터 입력 모듈에 있어서, 양자역학 계산법은 상기 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법에서와 같이, 물질의 분자 구조에서 계산되는 각 지점에서의 오비탈 파동 함수(orbital wave function, ψ)의 제곱인 전자 밀도(ψ2)의 분포를 통하여 계산할 수 있으며, 바람직하게는 단일지점　에너지（single point energy）　계산　또는　기하학적　최적화　（geometry optimization）　계산을　이용할 수 있다.
또한, 상기 분자 구조 결정 모듈에 있어서,　구조 특성 계산은　상기 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법에서와 같이, (x，y，z)의　원자　좌표 (atomic　coordinates)를　이용하여　계산할 수 있으며, 상기 분자 구조 결정 모듈의　구조 특성 계산은　RDM　(radially discrete mesh) 계산방법을 이용할 수 있다.
상기 RDM 계산은 상기 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법에서와 같이, 각각의　RDM에　포함되는　분자 오비탈　분포를　매칭하여　RDM　정보를　얻는　것을 특징으로 한다.
상기 RDM (radially discrete mesh) 계산 방법의 RDM의 총 개수 (N)는 50 이상 300 이하의 정수인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100 이상 250 이하의 정수일 수 있다.
또한, 상기 비교 모듈에 있어서,　구조 특성 계산은,　상기 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법에서와 같이, 프로파일 방법은　2개의 분자 오비탈의　각각의 RDM에서의　분자 오비탈　분포의　차이를　비교하는　RDM　프로파일　방법을　이용할 수 있다.
상기 비교 모듈의　구조 특성 계산의　프로파일 방법은　하기　식　2의　TPD (total profile deviation)　값을　이용할 수 있다.
（식　2）
Figure 112013064769448-pat00005
상기　식에서， Prof(Ak)와 Prof(Bk)는 각각 RDM(k)에 속하는 분자 오비탈 값을 나타내고, N은 RDM의 총 개수이다.）
또한, 상기 비교 모듈의　구조 특성 계산의　프로파일 방법은　하기　식　3의　MOD-Dscore 값을　이용할 수 있다.
(식　3）
MOD-Dscore＝1.0-TPD
본 발명에서 모듈(module)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다.
실시예
2개의 분자 오비탈 사이의 분자 오비탈 분포 차이에 대한 정량적인 비교를 위하여, 본 발명에서 개발한 MOD-Dscore를 이용하여 NPB 물질에 대한 분자 오비탈 분포 차이를 정량적으로 비교하였다. 도 3에서와 같이 NPB 분자의 3가지 분자 오비탈에 기존의 방법인 시각화 프로그램을 이용하여 생성된 그림을 나타냈으며, 이를 육안을 통하여 정성적으로 평가해 보면 다음과 같다.
(1) Cation/HOMO 의 분자 오비탈 분포는 분자 전체에 고르게 잘 분포되어 있다.
(2) Neutral/HOMO 의 분자 오비탈 분포는 상기 Cation/HOMO와 마찬가지로 분자 전체에 고르게 잘 분포되어 있다.
(3) Anion/LUMO의 분자 오비탈 분포는 분자 구조의 양 끝에 위치한 두 개의 나프탈렌(naphthalene)에만 집중적으로 되어 있으며, 그 이외의 영역에는 분포가 되어 있지 않은 특정 지역에 편중된 분자 오비탈 분포(localized molecular orbital distribution)의 경향을 나타내고 있다.
상기와 같은 정성적인 평가에 대하여, 본 발명에서 개발한 MOD-Dscore를 이용하여 2개의 분자 오비탈 분포에 대한 차이를 얼마나 성공적으로 정량적인 비교를 할 수 있는지를 테스트 하기 위하여 상기 NPB의 Neutral/HOMO 상태를 기준으로 하여 2개의 분자 상태에 대하여 각각 적용하여 계산하였다. 상기 계산에서는 ACCELRYS 사에서 개발한 MATERIAL STUDIO의 DMol3를 이용하여 분자 오비탈의 분포를 계산하였으며, RDM의 계산을 위한 N 값은 200으로 설정하였다.
실시예 1: Neutral/HOMO와 Anion/LUMO의 분자 오비탈 차이 비교
정성적인 비교를 위하여 도 3의 그림의 Neutral/HOMO와 Anion/LUMO의 분자 오비탈 분포 차이를 살펴보면, Neutral/HOMO는 분자 오비탈이 전체 구조에 대하여 고르게 분포되어 있는데 반하여, Anion/LUMO는 분자 오비탈 분포가 분자 구조의 양 끝에 편중(localized molecular orbital distribution) 되어 있었다.
이에 대하여, 본 발명의 MOD-Dscore를 이용하여 정량적인 분포의 비교를 해보면, MOD-Dscore값은 0.770으로 1.0 보다 크게 작은 값을 나타내었다. 이를 통하여 분자 오비탈 분포가 전 분자에 걸쳐서 고르게 되어 있는 Neutral/HOMO에 비하여 분자 오비탈 구조 극단적으로 편중된 Anion/LUMO의 분자 오비탈 분포의 차이를 정량적으로 정확하게 나타내는 것을 알 수 있다.
실시예 2: Neutral/HOMO와 Cation/HOMO의 분자 오비탈 차이 비교
정성적인 비교를 위하여 도 3의 그림의 Neutral/HOMO와 Cation/HOMO의 분자 오비탈 분포 차이를 살펴보면, Neutral/HOMO와 Cation/HOMO 모두 분자 오비탈 분포가 전 분자에 걸쳐서 고르게 되어 있는 것을 알 수 있었다.
이에 대하여, 본 발명의 MOD-Dscore를 이용하여 정량적인 분포의 비교를 해보면, MOD-Dscore값은 0.988로 1.0과 아주 가까운 값을 나타내었다. 이를 통하여 본 발명의 MOD-Dscore는 분자 오비탈 분포가 거의 동일한 경우에도 정량적으로 정확하게 나타내는 것을 알 수 있다.

Claims (20)

  1. a) 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 비교할 2개의 분자 오비탈을 선택한 후, 양자역학 계산법을 이용하여 이들의 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하는 단계;
    b) 각 분자 오비탈에 대한 RDM (radially discrete mesh) 계산 방법을 통하여 구조 특성을 계산한 후, 상기 a)단계에서 계산된 분자 오비탈(molecular orbital) 분포와 매칭하여 구조 특성에 따른 분자 오비탈 분포를 구하는 단계; 및
    c) 상기 b) 단계에서 구한 2개의 RDM을 통한 구조 특성에 따른 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를, 프로파일 방법을 이용하여 비교하는 단계를 포함하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 2개의 분자 오비탈은 1개 분자 구조의 다른 전자 상태, 또는 2개의 서로 다른 분자 구조에 대해 동일하거나 또는 서로 다른 전자 상태인 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 a) 단계의 양자역학 계산법은 물질의 분자 구조에서 계산되는 각 지점에서의 오비탈 파동 함수(orbital wave function, ψ)의 제곱인 전자 밀도(ψ2)의 분포를 통하여 계산하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법.
  4. 청구항 １에 있어서,
    상기 a) 단계의 양자역학 계산법은 단일지점　에너지（single point energy）　계산　또는　기하학적　최적화　（geometry optimization）　계산을　이용하는　것을　특징으로　하는　분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 b)　단계의　구조 특성 계산은　(x，y，z)의　원자　좌표 (atomic　coordinates)를　이용하여　계산하는　것을　특징으로　하는　분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 b)　단계의　RDM (radially discrete mesh) 계산 방법은 분자의 중심으로부터 출발해서 방사 방향 (radial direction)으로 일정한 간격을 가지고 증가하는 메쉬 (mesh)를 생성하여 계산하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 b)　단계의　RDM (radially discrete mesh) 계산 방법의 RDM의 총 개수 (N)는 50 이상 300 이하의 정수인 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 ｃ)　단계의　프로파일 방법은　2개의 분자 오비탈의　각각의 RDM에서의　분자 오비탈　분포의　차이를　비교하는　RDM　프로파일　방법을　이용하는　것을　특징으로　하는　분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법.
  9. 청구항　1에　있어서，
    상기 ｃ)　단계의　프로파일 방법은　하기　식　2의　TPD (total profile deviation)　값을　이용하는　것을　특징으로　하는　분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법.
    （식　2）
    Figure 112013064769448-pat00006

    상기　식에서， Prof(Ak)와 Prof(Bk)는 각각 RDM(k)에 속하는 분자 오비탈 값을 나타내고, N은 RDM의 총 개수이다.）
  10. 청구항　9에　있어서，
    상기 ｃ)　단계의　프로파일 방법은　하기　식　3의　MOD-Dscore (Molecular Orbital Distribution-Deviation Score) 값을　이용하는　것을　특징으로　하는　분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법.
    （식　3）
    MOD-Dscore＝1.0-TPD
  11. a) 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 비교할 2개의 분자 오비탈을 선택한 후, 양자역학 계산법을 이용하여 이들의 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하여 데이터를 입력하는 데이터 입력 모듈:
    b) 각 분자 오비탈에 대한 RDM (radially discrete mesh) 계산 방법을 통하여 구조 특성을 계산한 후, 상기 데이터 입력 모듈에 입력된 분자 오비탈(molecular orbital) 분포와 매칭하여 구조 특성에 따른 분자 오비탈 분포를 구하는 분자 구조 결정 모듈; 및
    c) 상기 분자 구조 결정 모듈에서 구한 2개의 RDM을 통한 구조 특성에 따른 분자 오비탈 (molecular orbital) 분포를, 프로파일 방법을 이용하여 비교하는 비교 모듈을 포함하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 2개의 분자 오비탈은 1개 분자 구조의 다른 전자 상태, 또는 2개의 서로 다른 분자 구조에 대해 동일하거나 또는 서로 다른 전자 상태인 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 데이터 입력 모듈의 양자역학 계산법은 물질의 분자 구조에서 계산되는 각 지점에서의 오비탈 파동 함수(orbital wave function, ψ)의 제곱인 전자 밀도(ψ2)의 분포를 통하여 계산하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 데이터 입력 모듈의 양자역학 계산법은 단일지점　에너지（single point energy）　계산　또는　기하학적　최적화　（geometry optimization）　계산을　이용하는　것을　특징으로　하는　분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 분자 구조 결정 모듈의　구조 특성 계산은　(x，y，z)의　원자　좌표 (atomic　coordinates)를　이용하여　계산하는　것을　특징으로　하는　분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 분자 구조 결정 모듈의　RDM (radially discrete mesh) 계산 방법은 분자의 중심으로부터 출발해서 방사 방향 (radial direction)으로 일정한 간격을 가지고 증가하는 메쉬 (mesh)를 생성하여 계산하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 분자 구조 결정 모듈의　RDM (radially discrete mesh) 계산 방법의 RDM의 총 개수 (N)는 50 이상 300 이하의 정수인 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 비교 모듈의　구조 특성 계산의　프로파일 방법은　2개의 분자 상태의　각각의 RDM에서의　분자 오비탈　분포의　차이를　비교하는　RDM　프로파일　방법을　이용하는　것을　특징으로　하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템.
  19. 청구항　11에　있어서，
    상기 비교 모듈의　구조 특성 계산의　프로파일 방법은　하기　식　2의　TPD (total profile deviation)　값을　이용하는　것을　특징으로　하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템.
    （식　2）
    Figure 112013064769448-pat00007

    상기　식에서， Prof(Ak)와 Prof(Bk)는 각각 RDM(k)에 속하는 분자 오비탈 값을 나타내고, N은 RDM의 총 개수이다.）
  20. 청구항　19에　있어서，
    상기 비교 모듈의　구조 특성 계산의　프로파일 방법은　하기　식　3의　MOD-Dscore (Molecular Orbital Distribution-Deviation Score) 값을　이용하는　것을　특징으로　하는 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 시스템.
    （식　3）
    MOD-Dscore＝1.0-TPD
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101586382B1 (ko) * 2013-07-15 2016-01-18 주식회사 엘지화학 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법 및 이를 이용한 시스템
US20160378910A1 (en) * 2015-06-25 2016-12-29 Florida Institute of Technology, Inc. Molecular active center identification using tunneling barriers and/or associated measurements for sub-molecular qsar
KR102030219B1 (ko) * 2015-07-14 2019-10-08 주식회사 엘지화학 물질 내 특정 원자 위치의 구조적 개방성 분석방법
KR102030229B1 (ko) * 2016-11-09 2019-10-08 주식회사 엘지화학 이온화 퍼텐셜을 이용한 유기형광물질의 내광성 예측 방법
EP4243025A4 (en) 2020-11-09 2023-12-20 Fujitsu Limited QUANTUM CHEMICAL CALCULATION PROGRAM, QUANTUM CHEMICAL CALCULATION METHOD AND QUANTUM CHEMICAL CALCULATION DEVICE

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040128081A1 (en) 2002-12-18 2004-07-01 Herschel Rabitz Quantum dynamic discriminator for molecular agents
JP2011173821A (ja) 2010-02-24 2011-09-08 Sumitomo Chemical Co Ltd 化学物質の活性度の予測方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040136485A1 (en) * 2002-12-19 2004-07-15 Bennett Forrest H. Method and apparatus for quantum mechanical analysis of molecular systems
JP4741802B2 (ja) * 2004-01-19 2011-08-10 独立行政法人産業技術総合研究所 分子軌道法計算方法および計算装置
US20070198199A1 (en) * 2004-07-19 2007-08-23 Mills Randell L Method and system of computing and rendering the nature of the chemical bond of hydrogen-type molecules and molecular ions
WO2007105794A1 (ja) * 2006-03-15 2007-09-20 Nec Corporation 分子構造予測システム、方法及びプログラム
US8022394B2 (en) * 2007-12-18 2011-09-20 Northwestern University Molecular quantum interference apparatus and applications of same
US9563746B2 (en) * 2008-09-25 2017-02-07 Brilliant Light Power, Inc. System and method of computing and rendering the nature of dipole moments, condensed matter, and reaction kinetics
KR101472417B1 (ko) * 2013-07-09 2014-12-12 주식회사 엘지화학 순차적 블록 구성을 통한 분자 오비탈 특성 해석 방법 및 이를 이용한 시스템
KR101586382B1 (ko) * 2013-07-15 2016-01-18 주식회사 엘지화학 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법 및 이를 이용한 시스템
KR101655912B1 (ko) * 2013-07-18 2016-09-08 주식회사 엘지화학 전하 상태에 따른 분자 오비탈 분포 특성의 정량적 비교 분석 방법 및 이를 이용한 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040128081A1 (en) 2002-12-18 2004-07-01 Herschel Rabitz Quantum dynamic discriminator for molecular agents
JP2011173821A (ja) 2010-02-24 2011-09-08 Sumitomo Chemical Co Ltd 化学物質の活性度の予測方法
US20130041638A1 (en) 2010-02-24 2013-02-14 Sumitomo Chemical Company, Limited Method for predicting activity of chemical substance

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