KR20150010402A - Method for determining the segmented core area of molecular orbital, the method for quantitative test using the same and system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 분자 오비탈의 핵심 영역 결정 방법, 이를 이용한 정량적 평가 방법 및 이를 이용한 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 분자 오비탈이 집중적으로 분포하고 있는 핵심 영역을 세분화시켜 이에 대한 분자 오비탈의 변화 정도를 계산해서 분자 오비탈 밀집 패턴을 정량적으로 평가할 수 있는 분자 오비탈의 핵심 영역 결정 방법, 이를 이용한 정량적 평가 방법 및 이를 이용한 시스템 에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining a core region of a molecular orbital, a quantitative evaluation method using the same, and a system using the same. More particularly, the present invention relates to a method for segmenting a core region in which molecular orbitals are concentrated, The present invention relates to a method for determining a core region of a molecular orbitals capable of quantitatively evaluating a molecular orbital density pattern, a quantitative evaluation method using the same, and a system using the same.
전자의 이동은 분자나 원자 사이에서 발생하고 이를 통해 물질의 전기화학적 특성이 변한다. 따라서 전자의 거동을 해석하고 이용하는 것은 물질의 물성 평가 및 신규 물질 개발에 아주 중요하다. 전자의 거동을 해석하기 위해 도입된 것이 바로 분자 오비탈 (Molecular Orbital, MO)이다. 분자 오비탈은 분자 내의 특정 영역에서 전자가 존재할 수 있는 확률을 나타내어 이를 통해 전자의 거동을 모사한다. 분자 오비탈은 오직 양자역학에 근간한 방법을 통한 계산으로만 구할 수 있다. 하지만 전자의 거동을 나타내는 분자 오비탈은 이러한 중요성에 비해서 다른 관련 물성에 비해 잘 이용되지 못하고 있다. 이는 분자 오비탈을 평가할 수 있는 방법이 계산된 분자 오비탈 정보를 그림으로 생성해 주관적인 시각적 판단에 의존하는 정성적인 방법밖에 없기 때문이다. 이와 같은 한계로 인해 다른 전기화학적 관련 물성에 비해 분자 오비탈은 광범위하게 이용되지 못하고 있다.
The transfer of electrons occurs between molecules or atoms, thereby changing the electrochemical properties of the material. Therefore, analyzing and using the behavior of electrons is very important for evaluating the physical properties of materials and developing new materials. The molecular orbital (Molecular Orbital, MO) was introduced to analyze the behavior of electrons. Molecular orbitals represent the probability that electrons can exist in a specific region of a molecule, thereby simulating the behavior of electrons. Molecular orbitals can only be obtained by calculations based on quantum mechanics. However, molecular orbitals, which represent the behavior of electrons, are not well utilized compared to other related properties. This is because the only way to evaluate the molecular orbital is by a qualitative method that relies on subjective visual judgment by drawing the calculated molecular orbital information. Due to these limitations, molecular orbital is not widely used compared to other electrochemical related properties.
특히, 분자 오비탈은 분자 구조 내에서 매우 복잡한 형태로 분포하기 때문에 분자 오비탈이 밀집되어 있는 패턴도 다양할 수 있다. 이러한 분자 오비탈 밀집 패턴의 다양성을 보여주기 위해 도 1에 NPB (N,N’-Di[(1-naphthyl)-N,N’-diphenyl]-1,1’-(biphenyl)-4,4’-diamine)의 Neutral/ HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) 분자의 Neutral/HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital)에 대해 계산된 분자 오비탈을 그림으로 나타냈다. 도 1을 그리기 위해서 분자 오비탈 시각화 프로그램인 MATERIAL STUDIO의 프로그램인 visualizer를 사용하였다. 도 1에서 분자 구조 내에서 분자 오비탈이 분포하는 영역은 노란색/녹색으로 나타낸 부분이고 그 외의 영역은 분자 오비탈이 분포하지 않는다.
In particular, since molecular orbital is distributed in a very complex form within the molecular structure, the pattern in which the molecular orbital is dense can vary. In order to show the diversity of the molecular orbital densification pattern, NPB (N, N'-Di [(1-naphthyl) -N, N'- The molecular orbital calculated for Neutral / HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) of Neutral / HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) molecule of -diamine is shown in the figure. 1, a visualizer, a program of MATERIAL STUDIO, a molecular orbital visualization program, was used. In FIG. 1, the region where the molecular orbital is distributed in the molecular structure is a portion represented by yellow / green, and the other regions are not distributed with molecular orbital.
도 1에서 나타내는 경우는 분자 오비탈이 전체 구조에 걸쳐 분포한다. 따라서 분자 오비탈이 집중적으로 분포하는 영역의 크기가 크다(검은색 실선 원으로 표시된 부분). 도 1에서 위에 나타낸 0.0~1.0의 화살표는 분자 중심에 가까운 정도를 나타낸다. 분자 오비탈이 전체 구조에 걸쳐서 분포되어 있지만 자세히 살펴보면 분자 오비탈의 밀집 형태가 분자 구조 내 위치에 따라 차이가 있다는 것을 알 수 있다. 위쪽의 사각형은 분자 중심에 상대적으로 가까운 영역에서의 분자 오비탈을 나타내고 아래쪽의 사각형은 분자 중심에서 상대적으로 먼 외곽 지역에서의 분자 오비탈을 나타낸다. 이러한 2개 지역의 분자 오비탈 분포를 그림을 확대해서 자세히 살펴보면, (1) 분자 중심에 가까운 영역에서는 분자 오비탈이 고르게 밀집되어 있지만, (2) 분자 중심에서 먼 외곽 지역에서는 분자 오비탈이 중심에서 멀어질수록 밀집된 정도가 떨어지는 패턴을 나타낸다는 것을 확인할 수 있다. 즉 분자 오비탈이 집중적으로 분포하는 영역의 크기가 크지만, 분자 오비탈이 밀집되어 있는 패턴은 위치에 따라 민감하게 차이가 난다.In the case shown in Fig. 1, the molecular orbitals are distributed throughout the entire structure. Therefore, the size of the region in which the molecular orbital is concentrated is large (a portion indicated by a solid black circle). In Fig. 1, the arrows from 0.0 to 1.0 shown above indicate a degree close to the center of the molecule. Although the molecular orbital is distributed throughout the structure, a close examination reveals that the density of the molecular orbital differs depending on the position in the molecular structure. The upper rectangle represents the molecular orbital in the region relatively close to the center of the molecule and the lower rectangle represents the molecular orbitals in the outer region relatively far from the center of the molecule. The molecular orbital distribution in these two regions is shown in more detail as follows: (1) the molecular orbital is uniformly concentrated in the region close to the center of the molecule, (2) It can be confirmed that the density is more or less dense. In other words, although the size of the region where the molecular orbital is concentrated is large, the pattern in which the molecular orbital is concentrated differs depending on the position.
도 2는 또 다른 예로써 분자 오비탈이 분자 중심에서 먼 외곽에만 분포해, 분자 오비탈이 집중적으로 분포하는 영역의 크기가 앞의 경우보다 매우 작은 경우를 나타낸다. 하지만 분자 오비탈이 집중적으로 분포하는 영역을 자세히 살펴보면 분자 오비탈의 밀집된 패턴이 위치에 상관없이 거의 동일하다는 것을 알 수 있다. 즉 분자 오비탈이 집중적으로 분포하는 영역 내에서는 위치에 상관없이 분자 오비탈이 고르게 잘 분포되어 있다. 2가지 경우에서 알 수 있듯이 분자 오비탈이 집중적으로 분포하는 영역의 크기가 큰 경우는 분자 오비탈이 분포하는 영역이 넓기 때문에 분자 오비탈의 밀집된 정도가 위치에 따라 차이가 나고 분자 오비탈이 집중적으로 분포하는 영역의 크기가 작은 경우는 상대적으로 분자 오비탈이 집중적으로 분포하는 영역 내의 위치에 상관없이 분자 오비탈이 동일한 패턴으로 밀집된 경향을 나타낸다. 이와 같은 차이는 전자의 거동에 직/간접적으로 큰 영향을 줄 것이다. FIG. 2 shows another example in which the molecular orbital is distributed only in the outermost part from the center of the molecule, and the size of the region where the molecular orbitals are concentrated is much smaller than in the case of the former case. However, if we look closely at the region where the molecular orbital is concentrated, we can see that the dense pattern of molecular orbital is almost the same regardless of its position. In other words, the molecular orbital is uniformly distributed regardless of its position in the region where the molecular orbital is concentrated. As can be seen from the two cases, when the size of the region in which the molecular orbital is concentrated is large, the density of the molecular orbital differs depending on the position because the region where the molecular orbital is distributed is wide, The molecular orbital tends to be densely packed in the same pattern irrespective of the position in the region where the molecular orbitals are intensively distributed. This difference will directly or indirectly affect the behavior of the electrons.
앞의 예에서도 확인을 했듯이 분자 오비탈의 밀집된 패턴은 다양한 경향을 나타낸다. 하지만 그림을 이용한 정성적인 시각적 판단으로는 대략적인 경향만을 파악할 수 있을 뿐 정확하게 밀집 패턴을 평가할 수는 없다.
As we have seen in the previous example, dense patterns of molecular orbital show various trends. However, it is not possible to evaluate the dense pattern accurately, only the rough tendency can be grasped by the qualitative visual judgment using the picture.
이와 관련하여, 종래의 기술로, 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, 분자의 분자 오비탈 분포 차이를 정량적으로 비교하는 데에는 한계가 있다는 문제점이 있다. In this regard, in the case of Japanese Laid-Open Patent Application No. 2011-173821, a method for predicting the activity of a new chemical substance using the reactivity index of a molecule calculated based on quantum computation considering reactive molecular orbits other than the frontier orbit However, there is a limitation in quantitatively comparing the molecular orbital distribution difference of molecules.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems occurring in the prior art,
분자 오비탈 분포 차이를 정량적으로 비교할 수 있는 방법인 MO-P2RM (Molecular Orbital-Packing Pattern Recognition Method)을 개발하여 분자 오비탈이 집중적으로 분포하고 있는 핵심 영역을 정량적인 값의 범위로 나타냄으로써, 양자역학에 근거한 방법을 통하여 계산된 분자 오비탈 분포에 대하여 체계적으로 정량적인 비교를 하여, 신규 물질의 개발에 이용하는 것을 그 목적으로 한다.By developing MO-P2RM (Molecular Orbital-Packing Pattern Recognition Method), which is a method to quantitatively compare the molecular orbital distribution, quantitative values of the core region in which molecular orbitals are concentrated are quantitatively analyzed. The purpose of this study is to systematically quantitatively compare the molecular orbital distribution calculated through the proposed method and to use it for the development of new materials.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,
a) 대상 물질에 대하여 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)을 하기 i) 내지 ⅳ) 단계에 의하여 구하는 단계,a) obtaining a core region (MOD-WIN) of the molecular orbitals for the target substance by the following steps i) to iv)
ⅰ) 대상 물질에 대하여 양자역학 계산법을 이용하여 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하는 단계; ⅱ) 대상 물질의 분자의 중심으로부터 출발해서 방사 방향 (radial direction)으로 일정한 간격을 가지고 증가하는 메쉬 (mesh)인 RDM(k)을 구축한 후(k=1 내지 N, N은 RDM의 총 개수), 각각의 RDM(k)에 따른 분자 오비탈 분포인 MO(k)를 구하는 단계; ⅲ) 상기 MO(k)에 대한 전체 합인 SUM 값을 하기 식 1와 같이 구한 후, 하기 식 2의 Ra(k)를 구하는 단계; 및 ⅳ) 상기 Ra(k)의 값이 p≤Ra(k)≤q의 범위를 갖는 영역을 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)으로 정하는 단계 (상기 p는 0.01≤p≤0.30, q는 0.70≤q≤0.99의 범위를 갖는다.); I) calculating a molecular orbital distribution for a target material using a quantum mechanical calculation; (K = 1 to N, where N is the total number of RDMs), which is a mesh starting from the center of the molecule of interest and increasing in a radial direction, ), Obtaining a molecular orbital distribution MO (k) according to each RDM (k); Iii) obtaining a sum SUM, which is a sum of the sum of the MO (k), according to
b) 상기 분자 오비탈의 핵심 영역(MOD-WIN)의 거리 기준으로 50%의 영역 내에 포함되는 분자 오비탈의 비율 (MOR[half])을 계산하는 단계를 포함하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법을 제공한다.b) Quantitative evaluation using a core region of the molecular orbital, comprising calculating the ratio (MOR [half]) of the molecular orbitals contained within the region of 50% based on the distance of the core region (MOD-WIN) ≪ / RTI >
(식 1)(Equation 1)
(식 2)(Equation 2)
또한, 본 발명은 대상 물질에 대하여 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)을 하기 i) 내지 ⅳ) 단계에 의하여 구하는 MOD-WIN 결정 모듈,In addition, the present invention relates to a MOD-WIN determination module for obtaining a core region (MOD-WIN) of a molecular orbitals for a target substance through steps i) to iv)
ⅰ) 대상 물질에 대하여 양자역학 계산법을 이용하여 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하는 단계; ⅱ) 대상 물질의 분자의 중심으로부터 출발해서 방사 방향 (radial direction)으로 일정한 간격을 가지고 증가하는 메쉬 (mesh)인 RDM(k)을 구축한 후(k=1 내지 N, N은 RDM의 총 개수), 각각의 RDM(k)에 따른 분자 오비탈 분포인 MO(k)를 구하는 단계; ⅲ) 상기 MO(k)에 대한 전체 합인 SUM 값을 하기 식 1와 같이 구한 후, 하기 식 2의 Ra(k)를 구하는 단계; 및 ⅳ) 상기 Ra(k)의 값이 p≤Ra(k)≤q의 범위를 갖는 영역을 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)으로 정하는 단계 (상기 p는 0.01≤p≤0.30, q는 0.70≤q≤0.99의 범위를 갖는다.); I) calculating a molecular orbital distribution for a target material using a quantum mechanical calculation; (K = 1 to N, where N is the total number of RDMs), which is a mesh starting from the center of the molecule of interest and increasing in a radial direction, ), Obtaining a molecular orbital distribution MO (k) according to each RDM (k); Iii) obtaining a sum SUM, which is a sum of the sum of the MO (k), according to
상기 분자 오비탈의 핵심 영역(MOD-WIN)의 거리 기준으로 50%의 영역 내에 포함되는 분자 오비탈의 비율 (MOR[half])을 결정하는 MOR[half] 결정 모듈을 포함하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 시스템을 제공한다.A core region of a molecular orbital containing a MOR [half] determination module that determines the ratio (MOR [half]) of the molecular orbitals contained within the region of 50% based on the distance of the core region (MOD-WIN) And provides a quantitative evaluation system.
(식 1)(Equation 1)
(식 2)(Equation 2)
본 발명에 따른 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법에 의하면, 분자 오비탈 분포 차이를 정량적으로 비교할 수 있는 방법인 MO-P2RM (Molecular Orbital-Packing Pattern Recognition Method)을 개발하여 분자 오비탈이 집중적으로 분포하고 있는 핵심 영역을 정량적인 값의 범위로 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.According to the quantitative evaluation method using the core region of the molecular orbital according to the present invention, the molecular orbital is concentratedly distributed by developing the MO-P2RM (Molecular Orbital-Packing Pattern Recognition Method) which can quantitatively compare the molecular orbital distribution difference Quantitative comparison of the molecular orbital distribution calculated through quantum mechanics based on the quantitative range of values of the core region of the target molecule, .
도 1은 NPB 분자의 서로 다른 영역에 따른 분자 오비탈 분포의 차이를 나타낸 그림이다.
도 2는 NPB 분자의 서로 다른 영역에 따른 분자 오비탈 분포의 차이를 나타낸 또 다른 그림이다.
도 3은 본 발명에 따른 RDM 계산방법을 나타낸 그림이다.
도 4는 본 발명의 분자 오비탈의 핵심 영역 결정 방법에 따른 FLOW-CHART를 나타낸 그림이다.
도 5는 본 발명의 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법에 따른 FLOW-CHART를 나타낸 그림이다.
도 6은 실시예 1 및 2에서 비교한 분자 오비탈의 핵심 영역에 대한 정량적 평가 방법을 나타낸 그림이다.1 is a graph showing the difference in molecular orbital distribution according to different regions of NPB molecules.
FIG. 2 is another diagram showing the difference in molecular orbital distribution according to different regions of NPB molecules. FIG.
3 is a diagram illustrating an RDM calculation method according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing FLOW-CHART according to the method of determining the core region of the molecular orbitals of the present invention. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing FLOW-CHART according to a quantitative evaluation method using a core region of the molecular orbitals of the present invention. FIG.
6 is a graph showing a quantitative evaluation method for the core region of the molecular orbitals compared in Examples 1 and 2. FIG.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법은 a) 대상 물질에 대하여 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)을 하기 i) 내지 ⅳ) 단계에 의하여 구하는 단계,A quantitative evaluation method using a core region of a molecular orbital according to the present invention comprises the steps of: a) obtaining a core region (MOD-WIN) of a molecular orbitals for a target substance by the following steps i) to iv)
ⅰ) 대상 물질에 대하여 양자역학 계산법을 이용하여 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하는 단계;I) calculating a molecular orbital distribution for a target material using a quantum mechanical calculation;
ⅱ) 대상 물질의 분자의 중심으로부터 출발해서 방사 방향 (radial direction)으로 일정한 간격을 가지고 증가하는 메쉬 (mesh)인 RDM(k)을 구축한 후(k=1 내지 N, N은 RDM의 총 개수), 각각의 RDM(k)에 따른 분자 오비탈 분포인 MO(k)를 구하는 단계;(K = 1 to N, where N is the total number of RDMs), which is a mesh starting from the center of the molecule of interest and increasing in a radial direction, ), Obtaining a molecular orbital distribution MO (k) according to each RDM (k);
ⅲ) 상기 MO(k)에 대한 전체 합인 SUM 값을 하기 식 1와 같이 구한 후, 하기 식 2의 Ra(k)를 구하는 단계; 및 Iii) obtaining a sum SUM, which is a sum of the sum of the MO (k), according to
ⅳ) 상기 Ra(k)의 값이 p≤Ra(k)≤q의 범위를 갖는 영역을 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)으로 정하는 단계 (상기 p는 0.01≤p≤0.30, q는 0.70≤q≤0.99의 범위를 갖는다.); Iv) determining a region having a value of Ra (k) in the range of p? Ra (k)? Q as a core region (MOD-WIN) of the molecular orbital (p is 0.01? P? 0.30 and q is 0.70 ≪ / = q < / = 0.99);
b) 상기 분자 오비탈의 핵심 영역(MOD-WIN)의 거리 기준으로 50%의 영역 내에 포함되는 분자 오비탈의 비율 (MOR[half])을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.b) calculating the ratio (MOR [half]) of the molecular orbitals contained within the region of 50% based on the distance of the core region (MOD-WIN) of the molecular orbitals.
(식 1) (Equation 1)
(식 2)(Equation 2)
본 발명자는 상기 분자 오비탈 분포의 정량적 비교 분석 방법을 “MO-P2RM (Molecular Orbital-Packing Pattern Recognition Method)”법이라고 명명하였다. 상기 “MO-P2RM”법은 분자 오비탈 핵심 영역을 나타내는 MOD-WIN내에서 분자 오비탈이 밀집되어 있는 패턴을 계산하기 위해 MOD-WIN의 영역을 순차적으로 세분화시켜 이에 따른 분자 오비탈의 변화 정도를 측정해서 최종적으로 MOD-WIN내의 분자 오비탈 밀집 패턴을 평가 할 수 있는 방법이다. 이하 MO-P2RM 법을 자세히 설명한다.
The inventors have named the quantitative comparative analysis of the molecular orbital distribution "MO-P2RM (M olecular O rbital- P acking P attern R ecognition M ethod)" method. In the above-mentioned "MO-P2RM" method, in order to calculate a dense pattern of molecular orbital in the MOD-WIN indicating the molecular orbital core region, the MOD-WIN region is sequentially subdivided and the degree of change of the molecular orbital is measured Finally, it is a method to evaluate molecular orbital density pattern in MOD-WIN. Hereinafter, the MO-P2RM method will be described in detail.
본 발명은, 상기 a) 단계에서 대상 물질에 대하여 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)을 구하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that a core region (MOD-WIN) of the molecular orbitals is obtained for the target substance in the step a).
상기 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)은 하기와 같은 하기 i) 내지 ⅳ) 단계를 통하여 구할 수 있는데, The core region (MOD-WIN) of the molecular orbitals can be obtained through the following steps i) to iv)
먼저, ⅰ) 단계에서 대상 물질에 대하여, 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. 상기와 같이 대상 물질에 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.
First, the molecular orbital distribution of the target substance is calculated using the quantum mechanical calculation method in step (i). Molecular orbitals can be defined as mathematical simulations that show the wave-like behavior of electrons in a molecule. As described above, the molecular orbital distribution is obtained through the quantum mechanical calculation for the target substance. The quantum mechanical calculation for obtaining the molecular orbital distribution is not particularly limited as long as it is a method using quantum mechanics, but it is preferable that the electron orbit, which is the square of the orbital wave function (?) At each point calculated in the molecular structure of the substance, The calculation through the distribution of the density (? 2 ) can be used, and single point energy calculation or geometry optimization calculation can be used. Specifically, the inventors of the present invention calculated the distribution of molecular orbital using DMol3 of MATERIAL STUDIO developed by ACCELRYS, which is based on DFT (Density Functional Theory).
이 후, ⅱ) 단계에서 대상 물질의 분자의 중심으로부터 출발해서 방사 방향 (radial direction)으로 일정한 간격을 가지고 증가하는 메쉬 (mesh)인 RDM(k)을 구축한 후(k=1 내지 N, N은 RDM의 총 개수), 각각의 RDM(k)에 따른 분자 오비탈 분포인 MO(k)를 구하는 것을 특징으로 한다. Then, in step ii), RDM (k), which is an increasing mesh starting from the center of the molecule of the target material and increasing in a radial direction, is constructed (k = 1 to N, N Is a total number of RDMs), and MO (k), which is a molecular orbital distribution according to each RDM (k), is obtained.
상기 RDM(k)에 대한 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 3-1 내지 3-3과 같다.The structural property calculation for RDM (k) can be performed using the atomic coordinates of (x, y, z), and such information should be linked to the molecular orbital distribution calculated through the structural property calculation . The reason why the above-described structural characterization calculation process is required is that if the coordinates information of the molecular structure is used as it is, the molecular orbital distribution is merely data scattered throughout the molecule, and gives no information. Therefore, the characterization calculation for a given molecular structure computes the RDM for the entire molecular structure by constructing a RDM (radially discrete mesh) starting from the center of the molecule and then determining the region belonging to each RDM. The RDM represents a mesh that starts at the center of the molecule and increases in a radial direction with constant spacing. In the calculation of the molecular structure by RDM, the method of obtaining the intramolecular center (x c , y c , z c ) is as shown in the following formulas 3-1 to 3-3.
(식 3-1)(Equation 3-1)
(식 3-2) (Expression 3-2)
(식 3-3) (Equation 3-3)
상기 식 3-1 내지 3-3에서 NAT는 분자를 구성하는 원자 좌표의 총 개수를 나타낸다.In the formulas 3-1 to 3-3, N AT represents the total number of atomic coordinates constituting the molecule.
상기와 같이 구성된 RDM 방법을 사용함으로써, 분자 구조를 세분화 하여 이를 분자 오비탈 분포와 매칭시킨다. By using the RDM method thus constructed, the molecular structure is subdivided and matched with the molecular orbital distribution.
RDM 계산은 도 3을 통하여 더욱 구체적으로 알 수 있는데, RMD은 분자 중심으로부터 시작해 방사 방향 (radial direction)으로 일정한 간격 (Δr)만큼 증가하는 메쉬 (mesh)를 나타낸다. 분자 구조의 원자들이 모두 포함될 때까지 RDM(1), RDM(2), …, RDM(N)으로 증가하며, RDM(1)은 분자 중심에서 가장 가까운 메쉬로 분자 중심에서 Δr 만큼 떨어져 있다. 이렇게 분자 중심으로부터 점차적으로 Δr 만큼 증가시키면서 순차적으로 RDM을 만들 수 있다. 즉, RDM(2)는 분자 중심에서 2Δr 만큼 떨어져 있는 것이고 RDM(3)는 분자 중심에서 3Δr만큼 떨어져 있는 메쉬이다. 이렇게 일정한 크기로 메쉬를 증가시키면서 RDM을 구축할 수 있는데 가장 크기가 큰 RDM인 RDM(N)은 분자 중심에 가장 외각에 있는 분자를 포함할 수 있어 전체 분자를 다 포함해야 한다. 이렇게 구축된 N 개의 RDM에 대해서 각각의 RDM 내에 포함되는 MO(Molecular Orbital)를 계산한다. 이와 같은 과정을 통해서 각각의 RDM내에 분자 전체의 MO 정보가 연결된다.The RDM calculation is more concretely shown in FIG. 3, wherein the RMD represents a mesh starting from the center of the molecule and increasing in a radial direction by a constant interval (? R). RDM (1), RDM (2), ... until all atoms of the molecular structure are included. , RDM (N), and RDM (1) is the mesh closest to the center of the molecule and is spaced by Δr from the center of the molecule. Thus, the RDM can be sequentially generated while increasing gradually from the center of the molecule by? R. That is, RDM (2) is 2Δr apart from the center of the molecule and RDM (3) is a mesh 3Δr apart from the center of the molecule. RDM (N), which is the largest RDM, can contain the outermost molecule at the center of the molecule and must contain all the molecules. The MO (Molecular Orbital) included in each RDM is calculated for the N RDMs thus constructed. Through this process, the MO information of the whole molecule is connected to each RDM.
상기 RDM 계산에 있어서, RDM의 총 개수인 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 이용한다.
In the RDM calculation, the total number N of RDMs is not particularly limited, but is preferably in the range of 50 to 300, more preferably in the range of 100 to 300. Calculate the molecular orbital distribution in each RDM for this calculated RDM. Thereby matching the molecular orbital information calculated for the molecular structure to the molecular orbital information for the structural characteristics converted to the total of N RDMs. And is used in step c) to be described later by using the RDM information obtained in the above.
그리고, ⅲ) 단계에서 상기 ⅱ) 단계에서 구한 상기 MO(k)에 대한 전체 합인 SUM 값을 하기 식 1와 같이 구한 후, 하기 식 2의 Ra(k)를 구한다.Then, in step iii), the sum SUM of the sum of the MO (k) obtained in the step ii) is obtained by the
(식 1)(Equation 1)
(식 2)(Equation 2)
상기 식 1은 대상 물질의 분자의 중심으로부터 출발해서 방사 방향 (radial direction)으로 일정한 간격을 가지고 증가하는 메쉬 (mesh)인 RDM(k)을 구축한 후(k=1 내지 N, N은 RDM의 총 개수), 각각의 RDM(k)에 따른 분자 오비탈 분포인 MO(k)에 대한 전체 합인 SUM값을 식 1과 같이 구한다.(K = 1 to N, where N is the number of RDMs), which is a mesh starting from the center of the molecule of interest and increasing in a radial direction, (K), which is a total sum of the molecular orbital distribution MO (k) according to each RDM (k), as shown in Equation (1).
이 후, RDM(1)으로부터 RDM(k)까지 전체 오비탈에서 얼마만큼의 분자 오비탈을 포함하는지를 구하기 위하여, 상기 식 2와 같이 Ra(k)를 구한다. 상기 Ra(k) 값은 0.00에서 1.0까지의 값을 갖게 되면, 최외각의 RDM인 RDM(N)에서의 Ra(N)은 1.0의 값을 갖게 된다.
Thereafter, in order to determine how much molecular orbitals are contained in the entire orbital from RDM (1) to RDM (k), Ra (k) is obtained as in the above formula (2). When the value of Ra (k) has a value from 0.00 to 1.0, Ra (N) in RDM (N) which is the outermost RDM has a value of 1.0.
이 후, ⅳ) 단계에서 상기 Ra(k)의 값이 p≤Ra(k)≤q의 범위를 갖는 영역을 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)으로 정한다.Subsequently, in a step iv), a region having a value of Ra (k) in the range of pRa (k)? Q is defined as a core region (MOD-WIN) of the molecular orbital.
상기 p값 및 q 값은, 사용자가 설정하려는 핵심 영역의 범위에 따라서 정할 수 있으나, 0.01≤p≤0.30, q는 0.70≤q≤0.99의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 p 값이 0.01 미만이면, 비 핵심 영역이 포함될 수 있고, 0.30을 초과하면 제외되는 분자 오비탈 분포 영역이 너무 많아진다. 또, 상기 q 값이 0.70 미만이면, 제외되는 분자 오비탈 분포 영역이 너무 많아지고, 0.99을 초과하면 비 핵심 영역이 포함될 수 있다.
The p value and the q value may be determined according to the range of the core area to be set by the user, but it is preferable that 0.01 p 0.30 and q 0.70 q 0.99. If the p value is less than 0.01, the non-core region may be included, and if the p value is more than 0.30, the excluded molecular orbital distribution region becomes too large. If the q value is less than 0.70, the excluded molecular orbital distribution region becomes too large, and if it exceeds 0.99, the non-core region may be included.
상기, ⅳ) 단계에서 상기 Ra(k)가 p값을 갖는 RDM(k)를 RDM(S0)으로, 상기 Ra(k)가 q값을 갖는 RDM(k)를 RDM(E0)으로 설정한 후, 상기 RDM(S0)과 RDM(E0) 사이의 RDM(k) 영역을 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)으로 결정할 수 있다.In step (iv), RDM (k) having the p value of Ra (k) is set as RDM (So) and RDM (k) having Ra of q , The RDM (k) region between the RDM (SO) and the RDM (E0) can be determined as a core region (MOD-WIN) of the molecular orbitals.
이 때, 상기 RDM(S0)과 RDM(E0) 사이의 RDM(k) 영역 거리를 분자 오비탈의 핵심 영역의 크기로 결정하게 되며, 구체적으로는 RDM(S0)과 RDM(E0) 사이의 방사 방향 (radial direction)의 거리를 분자 오비탈의 핵심 영역의 크기로 결정하게 된다.
At this time, the RDM (k) region distance between the RDM (So) and the RDM (E0) is determined as the size of the core region of the molecular orbitals. Specifically, the distance between the RDM (SO) and the RDM the distance of the radial direction is determined as the size of the core region of the molecular orbital.
본 발명의 분자 오비탈의 핵심 영역 결정 방법에 대한 자세한 알고리즘은 도 4의 FLOW-CHART로 나타낼 수 있으며, 하기와 같이 단계 1 내지 4로 나타낼 수 있다.
A detailed algorithm for determining the core region of the molecular orbital of the present invention can be represented by FLOW-CHART of FIG. 4 and can be represented by
단계 1.
타깃 물질 TA에 대해서 분자 오비탈 (MO)을 계산한다. 양자역학에 근간을 둔 어떠한 방법이라도 분자 오비탈 계산에 이용할 수 있다.
Calculate the molecular orbital (MO) for the target substance TA. Any method based on quantum mechanics can be used for molecular orbital calculations.
단계 2.
TA의 분자 구조에 대해 RDM(k)을 구축한다 (k=1 내지 N). 구축된 각각의 RDM(k)에 대한 분자 오비탈 MO(k)를 계산한다. 계산된 MO(k)에 대한 전체 합인 SUM값을 구한다.
Construct RDM (k) for the molecular structure of TA (k = 1 to N). Calculate the molecular orbital MO (k) for each constructed RDM (k). And obtains a SUM value which is a total sum of the calculated MO (k).
단계 3.
각각의 RDM(k)의 MO(k)를 전체 합 SUM으로 나눈 값인 Ra(k)를 계산한다. Ra(k)는 각각의 RDM(k)이 전체 오비탈에서 얼마만큼의 분자 오비탈을 포함하는지를 나타낸다. 따라서 RDM(N)에서 Ra(N)은 1.0이어야 한다. Ra(k)가 0.05과 0.95 사이에 존재하는지 여부를 평가한다. 이는 분자 오비탈 핵심 영역에 대한 제한 조건으로 분자 중심을 기준으로 분자 오비탈이 전체 분자 오비탈 합 대비 5%와 95%에 사이에 있는 영역을 분자 오비탈 핵심 영역으로 정의해 MOD-WIN으로 나타낸다는 의미이다.
And calculates Ra (k), which is a value obtained by dividing the MO (k) of each RDM (k) by the total sum SUM. Ra (k) indicates how much molecular orbitals each RDM (k) contains in the total orbital. Therefore, Ra (N) in RDM (N) should be 1.0. It is evaluated whether Ra (k) is between 0.05 and 0.95. This means that the region where the molecular orbitals are between 5% and 95% of the total molecular orbital sum is defined as the core region of the molecular orbitals and expressed as MOD-WIN.
단계 4.Step 4.
분자 오비탈의 핵심 영역에 대한 RDM값인 RDM(S0)와 RDM(E0)를 찾아낸다. 따라서 MOD-WIN을 통해 나타나는 핵심 영역은 RDM(S0)와 RDM(E0) 사이에 존재하는 영역이고, 핵심 영역의 크기는 RDM(S0)와 RDM(E0) 사이의 거리이다.
The RDM values (S0) and RDM (E0) for the core regions of the molecular orbital are found. Therefore, the key area shown through MOD-WIN is the area between RDM (SO) and RDM (E0), and the size of the core area is the distance between RDM (SO) and RDM (E0).
상기와 같이 i) 내지 ⅳ) 단계를 거쳐서 분자 오비탈의 핵심 영역을 구하게 되면, 분자 오비탈이 분포하고 있지 않은 RDM(k) 영역을 제외하고, 분자 오비탈이 충분히 분포하고 있는 RDM(k) 영역을 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)을 구함으로써, 분자 오비탈이 집중적으로 분포하고 있는 핵심 영역을 확인 할 수 있으며, 이를 이용하여 양자역학에 근거한 방법을 통하여 계산된 분자 오비탈 분포에 대하여 체계적으로 정량적인 비교가 가능하다.
As described above, when the core region of the molecular orbital is obtained through steps i) to iv), the RDM (k) region in which the molecular orbitals are sufficiently distributed, except for the RDM (k) By identifying the orbital core region (MOD-WIN), we can identify the key regions in which molecular orbitals are concentrated, and quantitatively analyze molecular orbital distributions calculated using quantum mechanics-based methods Comparison is possible.
본 발명은 상기 b) 단계에서, a) 단계에서 구한 분자 오비탈의 핵심 영역(MOD-WIN)의 거리 기준으로 50%의 영역 내에 포함되는 분자 오비탈의 비율 (MOR[half])을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the step b), the step of calculating the ratio (MOR [half]) of the molecular orbitals contained in the region of 50% based on the distance of the core region (MOD-WIN) of the molecular orbital determined in the step a) .
상기 분자 오비탈의 핵심 영역(MOD-WIN)의 거리 기준으로 50%의 영역 내에 포함되는 분자 오비탈의 비율 (MOR[half])의 계산은, 앞서 구한 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)을 M 개의 세분화된 MOD-WIN (segmented MOD-WIN)으로 나눈 후, 상기 세분화된 MOD-WIN내의 분자 오비탈 비율 정보를 이용하여 MOD-WIN을 매핑(mapping) 하여, 분자 오비탈의 핵심 영역(MOD-WIN) 크기의 50%가 될 때의 RDM(k) 내에 포함되어 있는 Ra(k) 값으로 분자 오비탈의 비율 (MOR[half])을 계산할 수 있다. 상기 M의 범위는 특별한 제한은 없으나, 정확한 계산을 위하여 5 내지 100 범위의 정수인 것이 바람직하다.The calculation of the ratio (MOR [half]) of the molecular orbitals contained within the region of 50% based on the distance of the core region (MOD-WIN) of the molecular orbital is performed by dividing the core region (MOD-WIN) (MOD-WIN) by mapping the MOD-WIN using the molecular orbital ratio information in the subdivided MOD-WIN, dividing the MOD-WIN into the subdivided MOD- The ratio (MOR [half]) of the molecular orbitals to the Ra (k) value contained in the RDM (k) when it is 50% of the size can be calculated. The range of M is not particularly limited, but is preferably an integer in the range of 5 to 100 for accurate calculation.
본 발명은 상기에서 구해진 MOR[half]을 이용하여 분자 오비탈의 밀집 패턴을 평가할 수 있다. 즉, MOR[half]을 통하여 MOD-WIN내의 분자 오비탈 밀집 패턴의 일관성을 알 수 있는데, MOR[half]가 50%에서 멀어질수록 분자 오비탈 밀집 패턴이 MOD-WIN내의 위치에 따라 민감하게 변한다는 것을 나타낸다. 즉, MOR[half] 값이 50%보다 클수록 분자 중심 근처에서 분자 오비탈의 밀집 정도가 높다는 것을 나타내고 50%보다 작은 값을 가질수록 외곽에서 분자 오비탈의 밀집 정도가 높다는 것을 나타낸다.
The present invention can evaluate the density pattern of molecular orbital using the MOR [half] obtained above. In other words, the consistency of molecular orbital density patterns in MOD-WIN can be seen through MOR [half]. As the MOR [half] moves away from 50%, the molecular orbital density pattern changes sensitively according to the position in MOD-WIN . That is, when the value of MOR [half] is larger than 50%, the density of the molecular orbital near the center of the molecule is high. When the value is smaller than 50%, the density of the molecular orbital is high near the center.
본 발명의 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법에 대한 자세한 알고리즘은 도 5의 FLOW-CHART로 나타낼 수 있으며, 하기와 같이 단계 1-1 내지 3-1으로 나타낼 수 있다.
Detailed algorithms for the quantitative evaluation method using the core region of the molecular orbitals of the present invention can be represented by FLOW-CHART of FIG. 5 and can be represented by steps 1-1 to 3-1 as follows.
단계 1-1.Step 1-1.
대상 분자 오비탈 TA에 대해 양자역학에 근간을 둔 방법을 사용해 분자 오비탈 계산을 한다. 계산된 분자 오비탈 결과를 이용해 분자 오비탈이 집중적으로 분포하고 있는 핵심 영역을 평가하는 MOD-WIN을 계산한다.Molecular orbital calculations are performed using a method based on quantum mechanics for the target molecule orbital TA. Calculate MOD-WIN to evaluate the core region where the molecular orbitals are concentrated using the calculated molecular orbital results.
단계 2-1.Step 2-1.
MOD-WIN은 분자 오비탈이 전체 합 대비 누적 비율 5%에서 95%사이에 있는 핵심 영역(core region)을 나타낸다. MOD-WIN을 분자 중심에서의 거리를 기반으로 M개의 세분화된 MOD-WIN (segmented MOD-WIN)으로 나눈다. 세분화된 MOD-WIN내에서의 분자 오비탈 비율(Ra(j), j=1 내지 M)을 각각 계산한다. 여기서는 M=10으로 정하였다.
MOD-WIN represents a core region in which the molecular orbital is between 5% and 95% of the cumulative total. MOD-WIN is divided into M subdivided MOD-WIN (segmented MOD-WIN) based on the distance from the center of the molecule. And calculates the molecular orbital ratio (Ra (j), j = 1 to M) in the subdivided MOD-WIN. Here, M = 10.
단계 3-1.Step 3-1.
세분화된 MOD-WIN내의 분자 오비탈 비율 정보를 이용해 MOD-WIN을 mapping한다. MOD-WIN mapping을 통해 MOD-WIN 크기의 50%가 될 때의 분자 오비탈 비율(MOR[half])을 계산한다.
Map MOD-WIN using molecular orbital ratio information in subdivided MOD-WIN. Calculate the molecular orbital ratio (MOR [half]) at 50% of MOD-WIN size through MOD-WIN mapping.
이와 같은 과정을 거쳐서 분자 오비탈의 핵심 영역에 대한 정량적 평가 방법은 상기에서와 같이 MO-P2RM (Molecular Orbital-Packing Pattern Recognition Method)을 이용하여, 분자 오비탈이 집중적으로 분포하고 있는 핵심 영역 간의 분자 오비탈 분포의 정도를 확인 할 수 있으며, 이를 이용하여 양자역학에 근거한 방법을 통하여 계산된 분자 오비탈 분포에 대하여 체계적으로 정량적인 비교가 가능하다.
The quantitative evaluation method of the core region of the molecular orbital through the above process is performed by using the MO-P2RM (Molecular Orbital-Packing Pattern Recognition Method) as described above. The molecular orbital distribution between the core regions in which the molecular orbitals are intensively distributed And quantitative comparison of the molecular orbital distribution calculated through quantum mechanics based on quantum mechanics is possible.
또한, 본 발명은 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 시스템을 제공한다. The present invention also provides a quantitative assessment system that utilizes key areas of molecular orbital.
상기 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 시스템은 a) 대상 물질에 대하여 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)을 하기 i) 내지 ⅳ) 단계에 의하여 구하는 MOD-WIN 결정 모듈: A quantitative evaluation system using a core region of the molecular orbitals comprises: a) a MOD-WIN determination module obtained from steps i) to iv) of a core region (MOD-WIN) of a molecular orbital for a target substance;
ⅰ) 대상 물질에 대하여 양자역학 계산법을 이용하여 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하는 단계, ⅱ) 대상 물질의 분자의 중심으로부터 출발해서 방사 방향 (radial direction)으로 일정한 간격을 가지고 증가하는 메쉬 (mesh)인 RDM(k)을 구축한 후(k=1 내지 N, N은 RDM의 총 개수), 각각의 RDM(k)에 따른 분자 오비탈 분포인 MO(k)를 구하는 단계, ⅲ) 상기 MO(k)에 대한 전체 합인 SUM 값을 하기 식 1와 같이 구한 후, 하기 식 2의 Ra(k)를 구하는 단계, 및 ⅳ) 상기 Ra(k)의 값이 p≤Ra(k)≤q의 범위를 갖는 영역을 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)으로 정하는 단계 (상기 p는 0.01≤p≤0.30, q는 0.70≤q≤0.99의 범위를 갖는다.); 및(I) calculating a molecular orbital distribution for a target material using a quantum mechanics calculation method, (ii) calculating a distribution of the molecular orbital distribution from the center of the molecule of the target material to the meshes increasing at regular intervals in the radial direction (k), which is a molecular orbital distribution according to each RDM (k) (k = 1 to N and N is the total number of RDMs) after constructing RDM (k) (k) is calculated as follows: Ra (k) of Equation (2) is obtained by the
b) 상기 분자 오비탈의 핵심 영역(MOD-WIN)의 거리 기준으로 50%의 영역 내에 포함되는 분자 오비탈의 비율 (MOR[half])을 결정하는 MOR[half] 결정 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.b) a MOR [half] determination module for determining the ratio (MOR [half]) of the molecular orbitals contained within the region of 50% based on the distance of the core region (MOD-WIN) of the molecular orbitals .
(식 1)(Equation 1)
(식 2)(Equation 2)
상기 a) MOD-WIN 결정 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. In the a) MOD-WIN decision module, the quantum mechanical calculation method is a method of calculating the orbital wave function (ψ) at each point calculated in the molecular structure of the material, as in the quantitative comparison analysis method of the molecular orbital distribution Can be calculated through the distribution of the electron density (? 2 ), which is a square, and preferably a single point energy calculation or a geometry optimization calculation can be used.
또한, 상기 a) MOD-WIN 결정 모듈에 있어서, RDM(k)의 구축은 (x，y，z)의 원자 좌표 (atomic coordinates)를 이용하여 계산할 수 있다. 상기 RDM(k)의 구축은 RDM (radially discrete mesh) 계산방법을 이용하여, 각각의 RDM에 포함되는 분자 오비탈 분포를 매칭하여 RDM 정보를 얻는 것을 특징으로 한다. Also, in the a) MOD-WIN decision module, RDM (k) can be constructed using atomic coordinates of (x, y, z). The construction of the RDM (k) is characterized in that RDM information is obtained by matching the molecular orbital distribution included in each RDM using a RDM (radially discrete mesh) calculation method.
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.The total number (N) of RDMs in the RDM (radially discrete mesh) calculation method is preferably an integer of 50 or more and 300 or less, more preferably 100 or more and 250 or less.
또한, 상기 a) MOD-WIN 결정 모듈에 있어서, 상기 Ra(k)가 p값을 갖는 RDM(k)를 RDM(S0)으로, 상기 Ra(k)가 q값을 갖는 RDM(k)를 RDM(E0)으로 설정한 후, 상기 RDM(S0)과 RDM(E0) 사이의 RDM(k) 영역을 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)으로 결정할 수 있다. (K) with Ra (k) having a p value is referred to as RDM (SO), and RDM (k) having Ra with a q value is referred to as RDM (K) region between the RDM (S0) and the RDM (E0) can be determined as a core region (MOD-WIN) of the molecular orbitals after setting the value of the RDM (E0)
또한, 상기 분자 오비탈의 핵심 영역의 크기는 상기 RDM(S0)과 RDM(E0) 사이의 RDM(k) 영역 거리로 결정할 수 있고, 보다 구체적으로는 RDM(S0)과 RDM(E0) 사이의 방사 방향 (radial direction)의 거리로 결정할 수 있다.
The size of the core region of the molecular orbital can be determined by the RDM (k) region distance between the RDM (SO) and RDM (E0), and more specifically, the distance between the RDM (SO) Can be determined by the distance in the radial direction.
본 발명에서 모듈(module)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현할 수 있다.
The term " module " in the present invention means a unit for processing a specific function or operation, and may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.
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.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the embodiments of the present invention described below are illustrative only and the scope of the present invention is not limited to these embodiments. The scope of the present invention is indicated in the claims, and moreover, includes all changes within the meaning and range of equivalency of the claims.
실시예Example
분자 오비탈의 핵심 영역에 대한 정량적 평가를 위하여, 본 발명에서 개발한 MO-P2RM (Molecular Orbital-Packing Pattern Recognition Method)을 이용하여 서로 다른 상태의 물질에 대한 분자 오비탈의 핵심 영역의 오비탈 분포 차이를 정량적으로 비교하였다. 상기 계산에서는 ACCELRYS 사에서 개발한 MATERIAL STUDIO의 DMol3를 이용하여 분자 오비탈의 분포를 계산하였으며, RDM의 계산을 위한 N 값은 200으로 설정하였다.
In order to quantitatively evaluate the core region of the molecular orbitals, the orbital distribution difference of the core regions of the molecular orbital for the substances in different states is quantitatively determined using the MO-P2RM (Molecular Orbital-Packing Pattern Recognition Method) Respectively. In the above calculations, the distribution of molecular orbital was calculated using DMol3 of MATERIAL STUDIO developed by ACCELRYS, and the N value for calculation of RDM was set to 200.
실시예 1 내지 2: MO-P2RM를 이용한 분자 오비탈 밀집 패턴의 평가Examples 1 to 2: Evaluation of dense pattern of molecular orbital using MO-P2RM
도 6에서와 같이, 분자 전체 구조에 걸쳐 분자 오비탈이 분포하고 있는 실시예 1 과 분자 오비탈이 외곽에만 분포하고 있는 실시예 2에 대해 MOD-WIN을 적용했다. As shown in Fig. 6, MOD-WIN was applied to Example 1 in which molecular orbital was distributed over the entire molecular structure and Example 2 in which the molecular orbital was distributed only in the outer portion.
분자 전체 구조에 걸쳐 분자 오비탈이 분포하고 있는 실시예 1의 경우, MO-P2RM을 적용해서 계산된 MOR[half]의 값은 39.3%로 50%보다 작았다. 즉 MOD-WIN내에서 분자 오비탈의 밀집 패턴이 위치에 따라서 달라진다. 또한 MOR[half]의 값이50%보다 작기 때문에 분자 중심 근처보다는 외곽에서 분자 오비탈이 더 밀집되어 있다는 것을 알 수 있다.In the case of Example 1 in which the molecular orbital was distributed over the entire molecular structure, the value of MOR [half] calculated using MO-P2RM was 39.3%, which was smaller than 50%. In other words, the density pattern of molecular orbital in MOD-WIN changes depending on the position. In addition, since the value of MOR [half] is smaller than 50%, it can be seen that the molecular orbital is more concentrated in the periphery than near the center of the molecule.
또, 분자 오비탈이 외곽에만 분포하고 있는 실시예 2에 대해 MO-P2RM을 적용해서 계산된 MOR[half]의 값은47%로 50%에 거의 근접한 값을 나타내었다. 즉, MOD-WIN내에서 분자 오비탈 밀집 패턴이 위치에 상관없이 동일하다는 것을 나타낸다. 따라서 MOD-WIN의 크기는 작아 분자 오비탈이 좁은 영역에서만 분포하지만 밀집 패턴은 위치에 상관없이 같다는 것을 알 수 있다. In addition, the value of MOR [half] calculated by applying MO-P2RM to Example 2, in which the molecular orbital is distributed only in the outskirts, is 47%, which is close to 50%. That is, it indicates that the molecular orbital density patterns in the MOD-WIN are the same regardless of the positions. Therefore, it can be seen that the size of the MOD-WIN is small and the molecular orbital is distributed only in a narrow region, but the density pattern is the same regardless of the position.
즉, 실시예 1은 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)은 크지만, 밀집 패턴이 분자 중심 근처에 주로 분포하고 있는데 반하여, 실시예 2는 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)은 작지만 핵심 영역 전체에 걸쳐 분포되어 있는 것을 알 수 있다.That is, in Example 1, although the core region (MOD-WIN) of the molecular orbital is large, the dense pattern is mainly distributed near the center of the molecule, whereas the core region (MOD-WIN) Are distributed over the entire area.
상기 실시예 1 및 2에서 평가한 MO-P2RM의 결과는 분자 오비탈 분포를 그림으로 나타냈을 때 정성적으로 확인한 것과 정확하게 일치한다. 즉 MO-P2RM은 그림을 통해 정성적으로 대체적인 경향만 파악할 수 있었던 분자 오비탈 밀집 패턴을 정량적으로 정확하게 평가한다는 것을 확인했다.The results of the MO-P2RM evaluated in Examples 1 and 2 are exactly the same as those obtained qualitatively when the molecular orbital distribution is plotted. In other words, MO-P2RM confirmed that quantitative and precise evaluation of molecular orbital densification patterns, which could only qualitatively identify alternative trends through the figure.
Claims (20)
ⅰ) 대상 물질에 대하여 양자역학 계산법을 이용하여 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하는 단계,
ⅱ) 대상 물질의 분자의 중심으로부터 출발해서 방사 방향 (radial direction)으로 일정한 간격을 가지고 증가하는 메쉬 (mesh)인 RDM(k)을 구축한 후(k=1 내지 N, N은 RDM의 총 개수), 각각의 RDM(k)에 따른 분자 오비탈 분포인 MO(k)를 구하는 단계,
ⅲ) 상기 MO(k)에 대한 전체 합인 SUM 값을 하기 식 1와 같이 구한 후, 하기 식 2의 Ra(k)를 구하는 단계, 및
ⅳ) 상기 Ra(k)의 값이 p≤Ra(k)≤q의 범위를 갖는 영역을 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)으로 정하는 단계 (상기 p는 0.01≤p≤0.30, q는 0.70≤q≤0.99의 범위를 갖는다.); 및
b) 상기 분자 오비탈의 핵심 영역(MOD-WIN)의 거리 기준으로 50%의 영역 내에 포함되는 분자 오비탈의 비율 (MOR[half])을 계산하는 단계를 포함하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법.
(식 1)
(식 2)
I) calculating a molecular orbital distribution for a target material using a quantum mechanical calculation method,
(K = 1 to N, where N is the total number of RDMs), which is a mesh starting from the center of the molecule of interest and increasing in a radial direction, ), Obtaining a molecular orbital distribution MO (k) according to each RDM (k)
Iii) obtaining a sum SUM of the sum of the MO (k) and a Ra (k) of Equation 2,
Iv) determining a region having a value of Ra (k) in the range of p? Ra (k)? Q as a core region (MOD-WIN) of the molecular orbital (p is 0.01? P? 0.30 and q is 0.70 ≪ / = q < / = 0.99); And
b) Quantitative evaluation using a core region of the molecular orbital, comprising calculating the ratio (MOR [half]) of the molecular orbitals contained within the region of 50% based on the distance of the core region (MOD-WIN) Way.
(Equation 1)
(Equation 2)
상기 b) 단계는 얻어진 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)을 M 개의 세분화된 MOD-WIN (segmented MOD-WIN)으로 나눈 후, 분자 오비탈의 핵심 영역(MOD-WIN)의 거리 기준으로 50%의 영역 내에 포함되는 분자 오비탈의 비율 (MOR[half]) 을 계산하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법.The method according to claim 1,
In step b), the core region (MOD-WIN) of the obtained molecular orbital is divided into M subdivided MOD-WIN segments and then 50% or more of the molecular orbital core region (MOD-WIN) (MOR [half]) of the molecular orbitals contained in the region of the molecular orbital is calculated.
상기 b) 단계에서 계산된 상기 분자 오비탈의 핵심 영역(MOD-WIN)의 거리 기준으로 50%의 영역 내에 포함되는 분자 오비탈의 비율 (MOR[half])을 이용하여, 분자 오비탈 밀질 패턴을 평가하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법.The method according to claim 1,
(MOR [half]) of the molecular orbitals contained in the region of 50% based on the distance of the core region (MOD-WIN) of the molecular orbitals calculated in the step b) is used to evaluate the molecular orbital texture A quantitative evaluation method using a core region of a molecular orbital.
ⅳ) 단계는 상기 Ra(k)가 p값을 갖는 RDM(k)를 RDM(S0)으로, 상기 Ra(k)가 q값을 갖는 RDM(k)를 RDM(E0)으로 설정한 후, 상기 RDM(S0)과 RDM(E0) 사이의 RDM(k) 영역을 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)으로 결정하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법.The method according to claim 1,
(Iv), RDM (k) is set to RDM (S0) with Ra (k) having a p value and RDM (k) with Ra Wherein the RDM (k) region between RDM (SO) and RDM (E0) is determined as a core region (MOD-WIN) of the molecular orbitals.
상기 RDM(S0)과 RDM(E0) 사이의 RDM(k) 영역 거리를 분자 오비탈의 핵심 영역의 크기로 결정하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법.The method of claim 4,
Wherein the RDM (k) region distance between the RDM (SO) and the RDM (E0) is determined as the size of the core region of the molecular orbitals.
상기 분자 오비탈의 핵심 영역의 크기는 RDM(S0)과 RDM(E0) 사이의 방사 방향 (radial direction)의 거리인 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법.The method of claim 5,
Wherein the size of the core region of the molecular orbital is a distance in a radial direction between RDM (SO) and RDM (E0).
상기 ⅰ) 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 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법.The method according to claim 1,
The quantum mechanical calculation method in the step (i) is calculated through the distribution of the electron density (? 2 ), which is the square of the orbital wave function (?) At each point calculated in the molecular structure of the substance Quantitative evaluation method using the core domain of orbitals.
상기 ⅰ) 단계의 양자역학 계산법은 단일지점 에너지（single point energy） 계산 또는 기하학적 최적화 （geometry optimization） 계산을 이용하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법.The method according to claim 1,
Wherein the quantum mechanical calculation of the step (i) uses a single point energy calculation or a geometry optimization calculation.
상기 ⅱ) 단계의 RDM의 총 개수 (N)는 50 이상 300 이하의 정수인 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법.The method according to claim 1,
Wherein the total number (N) of RDMs in the step (ii) is an integer of 50 or more and 300 or less.
상기 M은 5 내지 100 범위의 정수인 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 방법.The method of claim 2,
Wherein M is an integer in the range of 5 to 100.
ⅰ) 대상 물질에 대하여 양자역학 계산법을 이용하여 분자 오비탈(molecular orbital) 분포를 계산하는 단계,
ⅱ) 대상 물질의 분자의 중심으로부터 출발해서 방사 방향 (radial direction)으로 일정한 간격을 가지고 증가하는 메쉬 (mesh)인 RDM(k)을 구축한 후(k=1 내지 N, N은 RDM의 총 개수), 각각의 RDM(k)에 따른 분자 오비탈 분포인 MO(k)를 구하는 단계,
ⅲ) 상기 MO(k)에 대한 전체 합인 SUM 값을 하기 식 1와 같이 구한 후, 하기 식 2의 Ra(k)를 구하는 단계, 및
ⅳ) 상기 Ra(k)의 값이 p≤Ra(k)≤q의 범위를 갖는 영역을 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)으로 정하는 단계 (상기 p는 0.01≤p≤0.30, q는 0.70≤q≤0.99의 범위를 갖는다.);
b) 상기 분자 오비탈의 핵심 영역(MOD-WIN)의 거리 기준으로 50%의 영역 내에 포함되는 분자 오비탈의 비율 (MOR[half])을 결정하는 MOR[half] 결정 모듈을 포함하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 시스템.
(식 1)
(식 2)
I) calculating a molecular orbital distribution for a target material using a quantum mechanical calculation method,
(K = 1 to N, where N is the total number of RDMs), which is a mesh starting from the center of the molecule of interest and increasing in a radial direction, ), Obtaining a molecular orbital distribution MO (k) according to each RDM (k)
Iii) obtaining a sum SUM of the sum of the MO (k) and a Ra (k) of Equation 2,
Iv) determining a region having a value of Ra (k) in the range of p? Ra (k)? Q as a core region (MOD-WIN) of the molecular orbital (p is 0.01? P? 0.30 and q is 0.70 ≪ / = q < / = 0.99);
b) a MOR [half] determining module that determines the ratio (MOR [half]) of the molecular orbital contained within the region of 50% on the basis of the distance of the core region (MOD-WIN) Quantitative Evaluation System Using Domain.
(Equation 1)
(Equation 2)
상기 MOR[half] 결정 모듈은 얻어진 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)을 M 개의 세분화된 MOD-WIN (segmented MOD-WIN)으로 나눈 후, 분자 오비탈의 핵심 영역(MOD-WIN)의 거리 기준으로 50%의 영역 내에 포함되는 분자 오비탈의 비율 (MOR[half])을 계산하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 시스템.The method of claim 11,
The MOR [half] determination module divides a core region (MOD-WIN) of the obtained molecular orbitals into M subdivided MOD-WIN (segmented MOD-WIN) (MOR [half]) of the molecular orbitals contained within the region of 50% by weight of the molecular orbital.
ⅳ) 단계는 상기 Ra(k)가 p값을 갖는 RDM(k)를 RDM(S0)으로, 상기 Ra(k)가 q값을 갖는 RDM(k)를 RDM(E0)으로 설정한 후, 상기 RDM(S0)과 RDM(E0) 사이의 RDM(k) 영역을 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)으로 결정하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 시스템.The method of claim 11,
(Iv), RDM (k) is set to RDM (S0) with Ra (k) having a p value and RDM (k) with Ra Wherein the RDM (k) region between RDM (SO) and RDM (E0) is determined as a core region (MOD-WIN) of the molecular orbitals.
상기 RDM(S0)과 RDM(E0) 사이의 RDM(k) 영역 거리를 분자 오비탈의 핵심 영역의 크기로 결정하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 시스템.14. The method of claim 13,
Wherein the RDM (k) region distance between the RDM (SO) and the RDM (E0) is determined as the size of the core region of the molecular orbital.
상기 분자 오비탈의 핵심 영역의 크기는 RDM(S0)과 RDM(E0) 사이의 방사 방향 (radial direction)의 거리인 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 시스템.15. The method of claim 14,
Wherein the size of the core region of the molecular orbital is a distance in a radial direction between RDM (SO) and RDM (E0).
상기 MOR[half] 결정 모듈에서 계산된 상기 분자 오비탈의 핵심 영역 (MOD-WIN)의 거리 기준으로 50%의 영역 내에 포함되는 분자 오비탈의 비율 (MOR[half])을 이용하여, 분자 오비탈 밀질 패턴을 평가하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 시스템.The method of claim 11,
Using the ratio (MOR [half]) of the molecular orbitals contained within the region of 50% based on the distance of the core region (MOD-WIN) of the molecular orbital calculated in the MOR [half] determination module, Of the molecular orbital of the molecular orbital.
상기 ⅰ) 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 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 시스템.The method of claim 11,
The quantum mechanical calculation method in the step (i) is calculated through the distribution of the electron density (? 2 ), which is the square of the orbital wave function (?) At each point calculated in the molecular structure of the substance Quantitative evaluation system using the core domain of orbitals.
상기 ⅰ) 단계의 양자역학 계산법은 단일지점 에너지（single point energy） 계산 또는 기하학적 최적화 （geometry optimization） 계산을 이용하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 시스템.The method of claim 11,
Wherein the quantum mechanical calculation method of the step (i) uses a single point energy calculation or a geometry optimization calculation.
상기 ⅱ) 단계의 RDM의 총 개수 (N)는 50 이상 300 이하의 정수인 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 시스템.The method of claim 11,
Wherein the total number (N) of RDMs in the step (ii) is an integer of 50 or more and 300 or less.
상기 M은 5 내지 100 범위의 정수인 것을 특징으로 하는 분자 오비탈의 핵심 영역을 이용한 정량적 평가 시스템.The method of claim 12,
Wherein M is an integer in the range of 5 to 100. A quantitative evaluation system using a core region of a molecular orbital.
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| KR20170008432A (en) * | 2015-07-14 | 2017-01-24 | 주식회사 엘지화학 | Method for analyzing the structure openness of a specific atom position in the materials |
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