KR20120085178A

KR20120085178A - 화합물의 물성을 예측하는 방법 및 화합물의 물성을 예측하는 시스템

Info

Publication number: KR20120085178A
Application number: KR1020110110691A
Authority: KR
Inventors: 정원천; 김양수; 성애리; 전정재; 권오형; 권윤경; 조준혁; 박태윤
Original assignee: 주식회사 켐에쎈
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-07-31
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: KR101375672B1

Abstract

본 발명은 화합물의 물성을 예측하는 방법 및 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최적의 분자구조를 기반으로 양자역학 계산을 하는 프로그램과 물성정보 예측모듈을 이용하여 얻은 다양한 물성 데이터를 관리하고 사용자의 요구에 맞추어 서비스하는 방법 및 물성 데이터를 계산하고 관리하는 서버와 사용자가 화합물의 검색 조건을 입력하고 서버로부터 결과를 전송받아 스크린에 디스플레이하는 클라이언트로 이루어진 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 사용자가 사용하기에 편리하도록 GUI를 통하여 분자명, 분자식, 분자구조에 기반한 검색기능 제공하고, 단순한 원자, 분자, functional group의 개수비교가 아니라. Subgraph Isomorphism 방법을 통해서 분자의 구조적 동일성을 온라인 상에서 직접 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명은 실험에 드는 비용과 시간을 절감해줄 뿐만이 아니라 실험이 불가능한 경우에도 그 값을 짐작하게 해주어 관련 산업의 연구개발활동을 용이하게 함은 물론 더 나아가 학계와 관(官)계 등 그 값을 필요로 하는 모든 곳에 합당한 정보를 제공하여 그 활동을 보다 원활히 수행할 수 있게 해주는 효과를 낳는다 하겠다.

Description

화합물의 물성을 예측하는 방법 및 화합물의 물성을 예측하는 시스템{Method for Predicting a Property of Compound and System for Predicting a Property of Compound}

본 발명은 화합물의 물성을 예측하는 방법 및 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최적의 분자구조를 기반으로 양자역학 계산을 하는 프로그램과 물성정보 예측모듈을 이용하여 얻은 다양한 물성 데이터를 관리하고 사용자의 요구에 맞추어 서비스하는 방법 및 물성 데이터를 계산하고 관리하는 서버와 사용자가 화합물의 검색 조건을 입력하고 서버로부터 결과를 전송받아 스크린에 디스플레이하는 클라이언트로 이루어진 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 관한 것이다.

현재까지 화합물의 화학적, 물리적 물성을 제공하는 방법 또는 시스템은 실험에 의해서 얻어진 값들을 데이터베이스에 입력하고 이들 화합물에 대해서 텍스트 기반으로 검색하고 있는 실정이다. 이들 데이터베이스는 최대 2만여개의 화합물에 대해서 알려져 있는 물성 데이터를 제공하고 있으며, 그 이외의 화합물에 대한 물성은 필요에 따라서 실험을 통하여 얻어지고 있다.

화합물의 물리, 화학적 물성정보는 실험기구의 적절한 설계와 적절히 제어된 실험조건에서 측정이 되어야 정확한 결과를 얻어낼 수 있다. 전문적인 실험기구가 설계된 연구소나 기관에서 실험값을 측정할 수 있지만 화합물의 수많은 물성정보를 모두 얻기 위해서는 상당한 장비, 인력, 비용을 필요로 하고 많은 시간이 소요되므로 화학공정과 관련된 연구를 수행하는 실무자는 당장 물성정보가 필요한 상황인데도 불구하고 기존의 데이터베이스에 존재하지 않는 수천만개 화합물의 물성 데이터를 온라인 상에서 실시간으로 얻을 수가 없다. 따라서, 종래의 방법 또는 시스템으로는 하나의 화합물에 대한 물성값을 얻는데 실험에 의해서 얻어져야 하므로 많은 노력과 시간이 필요하기에 시간소모적이고 비효율적이라는 문제점을 가지고 있으므로 실험값이 존재하지 않는 수 많은 화합물에 대한 물성을 실시간으로 사용자에게 제공할 수 있는 방법 또는 시스템의 필요성이 증대되고 있다.

또한, 기존의 데이터베이스를 이용한 검색은 텍스트를 입력하여 검색을 하기에 복잡한 분자 구조를 갖는 화합물을 검색하는데 많은 어려움이 존재하고 있다.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 결과, 최적의 분자구조를 기반으로 양자역학 계산을 하는 프로그램과 물성정보 예측모듈을 이용하여 얻은 다양한 물성 데이터를 관리하고 사용자의 요구에 맞추어 서비스하는 방법 및 물성 데이터를 계산하고 관리하는 서버와 사용자가 화합물의 검색 조건을 입력하고 서버로부터 결과를 전송받아 스크린에 디스플레이하는 클라이언트로 이루어진 화합물의 물성을 예측하는 시스템을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 상기 언급된 기존의 방법 및 시스템의 한계를 뛰어넘어 보다 신뢰성 있고 보다 우수한 예측성능을 보이는, 수소(H), 탄소(C), 질소(N), 산소(O), 황(S) 등 5가지 이내의 원소로 구성되고, 수소를 제외한 원자의 개수가 25개 이하인 분자로 이루어진 순수한 유기화합물의 물성을 예측하는 방법 및 시스템을 구축하는 것으로, 실험 데이터가 존재하지 않는 화합물의 물성을 계산하여 데이터베이스에 저장할 뿐만 아니라 사용자가 편리하게 화합물을 검색할 수 있는 환경을 제공하는 것과 동시에 그 화합물의 물성 예측값을 사용자에게 친숙한 방법으로 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 보다 많은 실험데이터를 바탕으로 보다 다양한 분자표현자들을 고려한 QSPR(quantitative structure-property relationship) 모형의 일례인 다중선형회귀-인공신경망 혼성모형에 의해서 화합물의 물성을 계산하여 데이터베이스화하고, 웹어플리케이션 서버, 관계형 데이터베이스, 파일스토리지, 온도의존물성정보를 계산하기 위한 계산프로그램, 분자구조기반검색프로그램 등으로 이루어져 있는 서버가 클라이언트에서 사용자에 의해서 입력되는 화합물을 분자식, 분자명, 분자구조, 원하는 온도 범위, 사용자의 검색조건, 원소의 개수, 분자량, InChi(The IUPAC International Chemical Identifier), 물성범위에 대응하여 해당하는 물성을 클라이언트에게 제공한다.

본 발명은 또한, ‘화합물’은 수소(H), 탄소(C), 질소(N), 산소(O), 황(S) 등 5가지 이내의 원소로 구성되고, 수소를 제외한 원자의 개수가 25개 이하인 분자로 이루어진 순수한 화합물을 지칭하며, 예측모형을 적용할 수 있는 화합물의 범위를 이와 같이 제한을 두는 이유는 주로, 사용된 분자표현자들 중 그 값을 구하기 위해서는 양자역학적 계산이 필요한 것들이 존재하는 경우, 현재의 기술수준으로는 언급된 범위를 넘어서는 화합물에 대해서는 정확도와 계산시간의 측면에서 곤란한 문제가 발행한다는 사실에 기인하고 있다. 그러나 상기의 제한범위 내라 할지라도 대단히 많은 화합물들이 존재하며 산업적으로 중요한 화합물들이 상당 부분 포함되므로 본 발명이 인류사회에 큰 유익을 끼칠 수 있을 것으로 판단된다.

오늘날 인류는 플라스틱, 섬유, 고무, 도료, 비료, 의약품, 연료 등, 방대한 종류의 유기화합물에 의존하여 살아가고 있으며 이러한 경향은 더욱 심화될 것으로 예상된다. 미국 화학회(ACS)에 따르면 2010년 7월 기준으로 등록된 전체 화합물의 수는 54,000,000개를 넘는다고 한다. 이에 비해 물성값이 한가지라도 실험적으로 알려져 있는 화합물의 수는 고작해야 수만에 지나지 않는다. 화합물의 물성값은 신물질과 신약의 개발, 화학플랜트의 최적 설계, 기존 설비의 생산성 향상, 자원의 개발과 절약, 안전성 확보, 환경보호 등 인류의 보다 나은 물질생활에 필수적인 요소이다.

본 발명은 사용자가 사용하기에 편리하도록 GUI를 통하여 분자명, 분자식, 분자구조에 기반한 검색기능 제공하고, 단순한 원자, 분자, functional group의 개수비교가 아니라. Subgraph Isomorphism 방법을 통해서 분자의 구조적 동일성을 온라인 상에서 직접 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명은 실험에 드는 비용과 시간을 절감해줄 뿐만이 아니라 실험이 불가능한 경우에도 그 값을 짐작하게 해주어 관련 산업의 연구개발활동을 용이하게 함은 물론 더 나아가 학계와 관(官)계 등 그 값을 필요로 하는 모든 곳에 합당한 정보를 제공하여 그 활동을 보다 원활히 수행할 수 있게 해주는 효과를 낳는다 하겠다.

도 1은 본 발명이 제공하는 화합물의 물성을 예측하는 방법 또는 시스템의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 서버/클라이언트 시스템의 구성도이다.
도 3은 화합물의 물성을 예측하는 시스템의 검색창에서 분자식을 입력한 예이다.
도 4는 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 입력된 분자식을 포함하고 있는 화합물의 검색결과이다.
도 5는 화합물의 물성을 예측하는 시스템의 검색창에서 분자구조를 입력한 예이다.
도 6는 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 입력된 분자구조를 포함하고 있는 화합물의 검색결과이다.
도 7은 화합물의 물성을 예측하는 시스템의 검색창에서 원자수, 분자량, , 물성의 범위를 입력한 예이다.
도 8는 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 입력된 조건에 대한 특정 화합물의 물성 결과이다.
도 9는 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 입력된 조건에 대한 특정 화합물의 분자표현자 값 결과이다.
도 10는 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 입력된 조건에 대한 특정 화합물의 양자역학 계산값 결과이다.
도 11는 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 입력된 조건에 대한 특정 화합물의 제약물성 결과이다.
도 12는 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 입력된 온도범위 조건에 대한 특정 화합물의 물성 결과이다.
도 13은 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 입력된 조건에 대한 특정 화합물의 3차원 측정정보 결과이다.
도 14는 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 입력된 조건에 대한 특정 화합물의 3차원 분자진동 결과이다.
도 15는 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 입력된 조건에 대한 특정 화합물의 3차원 오비탈 결과이다.

본 발명은 일관점에서, 도 1은 본원 발명에 의한 화합물의 물성을 예측하는 방법 및 시스템에 관한 흐름도이며, 서버에 접근할 수 있는 클라이언트에 사용자가 로그인하는 제1단계; 검색하고자 하는 화합물을 분자식, 분자명, 분자구조 중 어느 하나 이상을 선택하여 입력하는 제2단계; 상기 제2단계에서 상기 화합물의 온도에 의존하는 경우의 물성에 대하여 원하는 온도 범위를 선택하는 제3단계; 상기 제2단계 및 상기 제3단계에서 입력된 정보를 클라이언트가 서버로 전송하는 제4단계; 상기 제4단계에서 전송된 정보를 통하여 입력된 상기 화합물에 대한 물성을 분자 정보 데이터베이스, 물성정보를 가지고 있는 파일스토리지, 온도의존물성 계산 모듈, 분자구조기반 검색 모듈로부터 전송 받아 서버에서 클라이언트로 반환하는 제5단계; 상기 제2단계 및 상기 제3단계에서 입력된 상기 화합물에 대한 IR, VCD, NMR 스펙트라 정보를 서버에서 클라이언트로 반환하는 제6단계; 상기 제2단계 및 상기 제3단계에서 입력된 상기 화합물에 대한 3차원 구조정보를 서버에서 클라이언트로 반환하는 제7단계; 상기 제5단계 내지 제7단계에서 클라이언트로 전송된 상기 물성, 스펙트라 정보, 3차원 구조정보를 클라이언트가 화면에 디스플레이 하는 제8단계;를 포함하는 화합물의 물성을 예측하는 방법에 관한 것이다. 상기 제2단계에서 화합물을 선택할 때에 원소의 개수, 분자량, (The IUPAC International Chemical Identifier), 물성범위에서 선택되는 어느 하나 이상을 선택할 수 있는 것도 포함한다. 상기 제2단계에서 분자구조는 사용자가 분자구조를 가지고 있는 테이블에서 선택되거나 사용자에 의해서 직접 입력될 수 있으며, 입력되는 상기 분자구조는 분자구조의 전체 구조 또는 전체 구조 중의 일부분이 입력된다. 상기 제7단계에서 3차원 구조정보는 화합물 분자 내의 원자간의 거리, 인접 원자간의 각도, 분자의 비틀림 정도, 분자 진동수, 오비탈을 포함한다.

본 발명은 다른 관점에서, 도 2는 본원 발명인 화합물의 물성을 예측하는 시스템의 구성도로서, 화합물의 물성을 예측하는 시스템은 사용자가 검색하고자 하는 화합물의 분자식, 분자명, 분자구조 중 어느 하나 이상을 선택하여 입력하고, 확장된 상세검색에서는 원소의 개수, 분자량, (The IUPAC International Chemical Identifier), 물성범위에서 선택되는 어느 하나 이상이 입력될 수 있으며, 접근이 가능한 서버에서 반환되는 물성, IR, VCD, NMR 스펙트라 정보, 3차원 구조정보를 화면에 디스플레이하는 클라이언트; 상기 클라이언트에서 입력된 화합물의 물성, IR, VCD, NMR 스펙트라 정보, 3차원 구조정보를 계산하고 검색하는 서버; 상기 서버는 웹어플리케이션 서버, 관계형 데이터베이스, 물성 정보를 가지고 있는 파일스토리지, 온도의존물성정보를 계산하기 위한 계산 모듈, 분자구조기반 검색 모듈을 포함하는 화합물의 물성을 예측하는 시스템에 관한 것이며, 상기 클라이언트에서 입력되는 상기 분자구조는 사용자에 의해서 분자구조를 가지고 있는 테이블에서 선택되거나 사용자에 의해서 직접 입력될 수 있으며, 입력되는 상기 분자구조는 분자구조의 전체 구조 또는 전체 구조 중의 일부분이 입력된다. 상기 서버에서 상기 클라이언트로 전송하는 상기 3차원 구조정보는 화합물 분자 내의 원자간의 거리, 인접 원자간의 각도, 분자의 비틀림 정도, 분자 진동수, 오비탈을 포함한다.

본 발명은 화합물의 분자식이라는 아주 작은 정보에서 시작해서 다양한 물리, 화학적 물성정보를 활용할 수 있도록 설계되어 있다. 물리, 화학적 물성정보는 하나의 화합물에 대해 하나의 값을 가지는 상수값 물성과 온도에 따라 다른 값을 가지는 온도의존 물성을 포함한다. 상수값 물성은 적어도 분자량, 쌍극자 모멘트, 정상끓는점, 임계 온도, 임계 압력, 임계 부피, 임계 압축인자, 이심인자, 회전 반경, 이상기체의 절대 엔트로피, 이상기체의 생성에너지, 이상기체의 생성 깁스에너지, 액체 몰부피, 융해열, 굴절률, 수용해도, 표준상태의 절대 엔트로피, 표준상태의 생성에너지, 표준상태의 생성 깁스에너지, 표준상태의 연소열, 반데르발스 면적, 반데르발스 부피, 자기 감수율, 편극도, 이온화 에너지, 전자 친화도, 파라코드, 인화점, 인화 하한 온도, 인화 하한 부피퍼센트, 인화 상한 온도, 인화 상한 부피퍼센트, 정상끓는점의 액체 밀도, 298.15K에서의 기화열, 정상끓는점에서의 기화열을 포함하고, 온도의존 물성은 적어도 이상기체의 열용량, 액체의 열용량, 기화열, 포화액체밀도, 표면장력, 액체 열전도율, 기체 열전도율, 액체 증기압, 액체 점성도, 기체 점성도, 2차 비리얼계수를 포함한다.

본 발명인 화합물의 물성정보시스템은 서버/클라이언트 형식으로 구성되어 있다. 서버는 웹어플리케이션서버, 분자의 정보를 포함하는 관계형 데이터베이스, 물성정보를 포함하는 파일스토리지, 온도의존물성정보를 계산하기 위한 계산 프로그램, 분자구조기반검색 프로그램 등으로 이루어져 있다. 실제 사용자가 물성정보를 조회하기 위해 사용하는 프로그램인 클라이언트는 미리 정의된 네트워크 프로토콜을 구현하고 있어서 서버에서 원하는 분자를 검색하고 해당 분자의 물성정보를 검색해 볼 수 있다.

관계형 데이터베이스는 분자의 검색에 필요한 정보를 가지고 있는 테이블과 물성에 관한 정보를 가지고 있는 테이블을 포함하고, 분자의 검색에 필요한 정보를 가지고 있는 테이블은 분자 정보를 갖는 테이블,‘몰파일’로 지칭되는 분자의 구조를 가지고 있는 테이블, 분자의 작용기 정보를 가지고 있는 테이블이다. 분자 정보는 화합물의 분자식, 분자명, SMILES(simplified molecular input line entry specification), 분자량, InChIkey(문자열의 길이가 긴 InChI를 해시 알고리즘을 적용하여 25글자의 고정된 길이를 가지는 축약된 문자열), 라디칼의 포함 여부 등의 정보를 포함하며, 물성 정보를 이용한 검색 또는 온도에 의존하는 물성을 계산할 시에 계산인자로서 사용된다.

물성정보를 가지고 있는 파일스토리지 시스템은 사용자의 요구에 따라서 클라이언트로 반환되는 정보를 포함하고 있으며, 일정한 값을 갖는 물성 파일, 온도에 의존하는 계산 인자 파일, 제약(drug) 물성 파일, 표현자 물성 파일, 양자역학 정보 파일, 분자 썸네일(thumbnail) 파일을 포함하고, 이들은 시스템의 부하분산을 위해서 각 파일들은 헤시안(hessian) 함수를 이용하여 생성된 폴더에 나누어져서 보관된다. 양자역학 정보 파일은 분자의 오비탈에 관한 물성과 양자계산에 관한 물성을 저장하고 있는 파일로서 양자역학 계산을 통해 얻어지는 결과파일로 2차적인 추가계산의 시작점 (starting point)으로 사용하기 위한 정보를 포함하며, 전자의 발견확률을 그래픽 환경에서 볼 수 있도록 오비탈(궤도함수)과 관련된 정보를 포함한다.

온도의존물성정보를 계산하기 위한 계산 프로그램은 물성을 확인하고 해당하는 물성에 맞는 계산 모듈을 실행하여 각 물성별 모듈에서 분자별 계수를 확인하여 계산을 수행한다.

서버에 저장되어 있는 화합물 분자들의 물성에 관한 정보는 기존의 실험값에 기초한 물성데이터베이스하고는 달리 양자역학적 계산에 근거한 QSPR(quantitative structure-property relationship) [Todeschini R., V. Consonni V., Molecular Descriptors for Chemoinformatics : Second , Revised and Enlarged Edition : Volume I/ II, Wiley-VCH, 2009] 모형의 일례인 다중선형회귀-인공신경망 혼성모형에 의해서 직접 계산한 수많은 물성정보들이 저장되어 있다. 양자역학적 계산에 의한 분자의 전자구조 계산을 하기 위해서는 보통 순이론인 방법으로 슈뢰딩거(Schrodinger) 방정식을 풀어 전자에너지에 대한 해를 구하게 되는데, 전자가 많은 계의 경우 전자상관관계(electron correlation)를 무시한 근사법을 적용한 하트리-포크(Hartree-Fock, HF) 방법[C.C. J. Roothan, Rev. Mod. Phys. 23, 69 (1951)]을 사용하여 해를 풀게 된다. 이런 근사법으로 인해 계산된 결과에서 근본적인 오차가 유발되어 다차원의 이론적인 섭동항을 추가한 포스트 하트리-포크(Post Hartree-Fock) 방법[C. Moller and M. S. Plesset, Phys. Rev. 46, 618 (1934)]들을 사용하여 더 정확한 해를 구하긴 하지만 상대적으로 엄청나게 많은 계산량이 요구된다.

또한, 다른 방법인 하트리-포크와 포스트 하트리-포크를 조합한 가우시안 방법[L. A. Curtiss, K. Raghavachari, G. W. Trucks, and J. A. Pople, J. Chem. Phys. 94, 7221 (1991); L. A. Curtiss, K. Raghavachari, P. C. Redfern, V. Rassolov, and J. A. Pople, J. Chem. Phys. 109, 7764 (1998)]은 에너지 예측에 있어 아주 적은 오차를 보이지만 여러 포스트 하트리-포크 방법에 대한 에너지 계산을 수행하기 때문에 더 엄청난 계산량이 요구된다.

본 발명에서는 많은 전자로 이루어진 분자에 대한 전자들간의 상관관계를 고려하기 위해 다차원의 섭동항이 추가된 파동함수 대신 전자 밀도함수를 써서 총에너지의 범함수를 이용해서 바닥상태를 구하는 밀도 범함수 이론(density functional theory)[ R. Seeger and J. A. Pople, J. Chem. Phys. 66, 3045 (1977)]을 적용하여 분자구조에 대한 최적화 및 진동수 계산을 수행하였다.

또한, 기존 실험값 기반 데이터베이스에서 처리하는 분자 개수인 수만개 수준을 넘어서 수천만개 수준의 물성정보 데이터를 처리하기 위하여, 사용자가 불편을 느끼지 않을 만큼 빠른 시간 내에 응답을 하도록 분자검색에는 모든 데이터를 2차원 테이블로 표현하는 관계형 데이터 베이스를 사용하고, 분자의 물성조회에는 트리구조를 이루는 파일 시스템을 사용한다.

서버구조는 클라이언트에서 접근할 수 있도록 웹어플리케이션 서버가 외부로 노출되어 있다. 웹어플리케이션이 서버자원을 이용해서 서버시스템 내부에서 사용자 로그인, 분자 검색, 물성조회 같은 기능을 처리한 다음 결과를 클라이언트로 반환한다.

사용자가 로그인을 한 후에 분자식, 분자명, 분자구조를 이용하여 일반 검색(General search)을 수행하며, 도 3에서 보여주는 바와 같이 분자식 C6H6를 입력하면 도면 4와 같이 C6H6를 포함하는 화합물인 벤젠을 비롯한 6개의 분자가 검색되어지나, 분자명으로 벤젠만을 입력하면 C6H6를 입력하는 경우에서 5개의 분자는 검색되지 않고 벤젠만이 검색되어 화면에 디스플레이 된다.

또한, 본원 발명의 일반검색은 종래 실험값 데이터베이스에서는 제공하지 않는 본 발명인 물성정보 시스템만의 고유 기능인 분자구조를 이용한 검색기능을 포함하고 있다. 다양한 분자구조를 포함하고 있는 파일인 몰파일을 불러와서 몰파일 내의 분자구조를 선택하여 검색조건으로 이용할 수도 있고, 사용자가 직접 원하는 분자 구조를 그려서 그 분자구조를 기반으로 검색을 수행할 수도 있다. 몰파일에서 선택된 분자구조 또는 사용자가 직접 입력한 구조를 전체구조검색의 조건으로 설정할 수 있을 뿐만 아니라 이를 전체 구조 중 하나의 일부분, 다시 말하면 전체 구조 중에 선택된 구조가 포함되어 있는 것을 조건으로 설정하는 부분구조검색이 가능하다. 따라서, 벤젠 분자구조를 검색조건으로 이용해서 검색하면 각각 도 5, 도 6에서 검색결과를 볼 수 있다. 도 5는 벤젠이 검색하고자 하는 검색 구조로 설정했을 경우에 대하여 전체구조검색의 결과로서, 벤젠만이 검색되었다. 도 6은 전체 구조 중에 벤젠 구조를 포함하는 분자를 검색한 것으로10055개의 화합물이 검색되어졌다.

화합물의 검색은 확장검색(extended search)에 의해서도 검색되어진다. 일반검색은 분자명, 분자식, 분자구조에 의해서 검색되지만 확장검색은 원소의 개수, 분자량, (The IUPAC International Chemical Identifier) 또는 물성의 범위를 이용하여 검색을 수행할 수 있다. 도 7에서 보여주는 바와 같이 기본 원소인 C, H, O, N, S의 개수를 사용자가 원하는 수로 설정할 수 있으며, 분자량 역시 사용자가 일정 범위를 한정할 수 있다. 상기한 검색조건을 도 7에서 보여주는 확장검색 창에 입력을 한 후에 검색된 화합물 결과 목록 중에서 화합물을 클릭하여 선택하면 해당 화합물 분자에 대하여 도 8 내지 도 11에서와 같이 물성치, 분자표현자 값, 양자역학 계산값, 제약물성치가 사용자의 화면으로 반환되어 디스플레이된다.

물성 중에 온도에 의존하는 물성인 경우에는 원하는 온도대역을 직접 선택해서 물성을 조회할 수 있다. 사용자가 원하는 온도 대역을 입력하면 클라이언트는 그 온도들을 서버로 보내고 서버는 해당 온도에 대하여 온도의존물성정보를 계산하기 위한 모듈에 의해서 온도의존 물성을 계산한 다음 클라이언트로 값을 돌려준다. 종래의 실험값 물성 데이터베이스는 이미 실험이 수행되어서 데이터베이스에 저장되어 있는 값만을 조회해 볼 수 있지만, 본 발명인 물성정보 시스템은 사용자가 원하는 온도 범위에 대한 값을 실시간으로 계산해서 조회할 수 있다. 도 12는 온도 범위가 273K에서 1500K로 설정된 경우, 이상기체의 열용량 값을 보여주며, 실험치가 존재하는 경우에 대하여 실험에 의해서 얻어진 값과 본 발명의 계산값을 비교할 수 있도록 두가지 값을 함께 보여주고 있으며 상당히 정확한 이상기체의 열용량 값을 계산에 의해서 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.

그 밖에도 IR, VCD, NMR의 스펙트라 정보 역시 사용자가 선택한 화합물에 대하여 클라이언트로 제공되며, 도 13 내지 도 15에서 보여주는 바와 같이 선택된 화합물의 측정정보, 분자진동수, 오비탈 등의 3차원 구조 정보 역시 제공된다. 측정정보는 화합물 분자 내의 원자간의 거리, 원자와 원자 간의 배열 각도 등을 포함하고, 분자진동은 도 14에서 보여주는 것처럼 해당하는 분자진동에 대한 방향과 세기를 화살표 형식으로 표현해주고 분자가 해당하는 분자진동에 맞게 움직이도록 애니메이션이 구현되어 있어서 사용자가 역동적인 분자의 이미지를 확인할 수 있다. 도 15는 오비탈 정보로서, 본 발명은 양자역학 계산에 의해서 얻어진 결과이며 이는 종래의 데이터베이스에서는 제공할 수 없는 본 발명에서만 제공할 수 있는 고유한 분자 정보이다.

이렇게 본 화학물성정보시스템은 단순히 수치적 물성정보만 가지고 있는 데이터베이스가 아니라 하나의 분자에 대한 거의 모든 정보들을 하나의 프로그램에서 찾아볼 수 있도록 설계된 시스템이다. 이 시스템에서 정해진 네트워크 프로토콜을 이용하면 클라이언트는 일반 PC와 모바일 기기를 가리지 않고 모두에서 구현될 수 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims

화합물의 물성을 예측하는 방법에 있어서,
서버에 접근할 수 있는 클라이언트에 사용자가 로그인하는 제1단계;
검색하고자 하는 화합물을 분자식, 분자명, 분자구조 중 어느 하나 이상을 선택하여 입력하는 제2단계;
상기 제2단계에서 상기 화합물의 온도에 의존하는 경우의 물성에 대하여 원하는 온도 범위를 선택하는 제3단계;
상기 제2단계 및 상기 제3단계에서 입력된 정보를 클라이언트가 서버로 전송하는 제4단계;
상기 제4단계에서 전송된 정보를 통하여 입력된 상기 화합물에 대한 물성을 분자 정보 데이터베이스, 물성정보를 가지고 있는 파일스토리지, 온도의존물성 계산 모듈, 분자구조기반 검색 모듈로부터 전송 받아 서버에서 클라이언트로 반환하는 제5단계;
상기 제2단계 및 상기 제3단계에서 입력된 상기 화합물에 대한 IR, VCD, NMR 스펙트라 정보를 서버에서 클라이언트로 반환하는 제6단계;
상기 제2단계 및 상기 제3단계에서 입력된 상기 화합물에 대한 3차원 구조정보를 서버에서 클라이언트로 반환하는 제7단계; 및
상기 제5단계 내지 제7단계에서 클라이언트로 전송된 상기 물성, 스펙트라 정보, 3차원 구조정보를 클라이언트가 화면에 디스플레이 하는 제8단계;를 포함하는 화합물의 물성을 예측하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2단계에서 원소의 개수, 분자량, InChI(The IUPAC International Chemical Identifier), 물성범위에서 선택되는 어느 하나 이상을 선택할 수 있는 것을 포함하는 화합물의 물성을 예측하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2단계에서 분자구조는 사용자가 분자구조를 가지고 있는 테이블에서 선택되거나 사용자에 의해서 직접 입력될 수 있으며, 입력되는 상기 분자구조는 분자구조의 전체 구조 또는 전체 구조 중의 일부분이 입력되는 것을 특징으로 하는 화합물의 물성을 예측하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제7단계에서 3차원 구조정보는 화합물 분자 내의 원자간의 거리, 인접 원자간의 각도, 분자의 비틀림 정도, 분자 진동수, 오비탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물의 물성을 예측하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 의한 화합물의 물성을 예측하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램으로 기록하고 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체.
화합물의 물성을 예측하는 시스템에 있어서,
사용자가 검색하고자 하는 화합물의 분자식, 분자명, 분자구조 중 어느 하나 이상을 선택하여 입력하고, 접근이 가능한 서버에서 반환되는 물성, IR, VCD, NMR 스펙트라 정보, 3차원 구조정보를 화면에 디스플레이하는 클라이언트;
상기 클라이언트에서 입력된 화합물의 물성, IR, VCD, NMR 스펙트라 정보, 3차원 구조정보를 계산하고 검색하는 서버; 및
상기 서버는 웹어플리케이션 서버, 관계형데이터베이스, 물성 정보를 가지고 있는 파일스토리지, 온도의존물성정보를 계산하기 위한 계산 모듈, 분자구조기반 검색모듈을 포함하는 화합물의 물성을 예측하는 시스템.
제6항에 있어서, 상기 클라이언트에서 원소의 개수, 분자량, InChI(The IUPAC International Chemical Identifier), 물성범위에서 선택되는 어느 하나 이상이 선택되어 입력될 수 있는 것을 포함하는 화합물의 물성을 예측하는 시스템.
제6항에 있어서, 상기 클라이언트에서 입력되는 상기 분자구조는 사용자에 의해서 분자구조를 가지고 있는 테이블에서 선택되거나 사용자에 의해서 직접 입력될 수 있으며, 입력되는 상기 분자구조는 분자구조의 전체 구조 또는 전체 구조 중의 일부분이 입력되는 것을 특징으로 하는 화합물의 물성을 예측하는 시스템.
제6항에 있어서, 상기 서버에서 상기 클라이언트로 전송하는 상기 3차원 구조정보는 화합물 분자 내의 원자간의 거리, 인접 원자간의 각도, 분자의 비틀림 정도, 분자 진동수, 오비탈을 포함하는 것을 특징으로 하는 화합물의 물성을 예측하는 시스템.