WO2015009016A1

WO2015009016A1 - 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법 및 이를 이용한 시스템

Info

Publication number: WO2015009016A1
Application number: PCT/KR2014/006364
Authority: WO
Inventors: 이승엽; 조혜성
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2015-01-22
Also published as: KR101586382B1; JP5933130B2; JP2016502158A; KR20150008677A; US10102349B2; US20160171182A1

Abstract

본 발명은 분자 오비탈 유사성을 비교할 2개의 대상 분자 오비탈을 선택한 후 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻은 후, 동일한 블록 크기의 N_x개의 MBS pair를 조합하는 단계; b) 상기 N_x개의 MBS pair에 대하여 다단계 동일성 평가를 수행하여 각각의 MBS pair에 대한 TSS(m)(m는 MBS의 번호로서 1 내지 Nx 이다) 값을 계산하는 단계; 및 c) 상기 N_x개의 MBS pair에 대한 TSS(m)값의 표준 편차를 계산하고 이를 통해 정량적으로 분자 오비탈 유사성 편차를 평가하는 단계를 포함하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법에 관한 것이다.

Description

분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법 및 이를 이용한 시스템

본 발명은 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법 및 이를 이용한 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 정량적으로 분자 오비탈(molecular orbital)의 유사성 편차를 정량적으로 정확하게 평가할 수 있는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.

물질의 전기화학적 특성은 전자 거동에 큰 영향을 받는다. 이러한 전자 거동은 매우 복잡하고 해석하기 어렵기 때문에 이를 실험을 통한 직접적인 측정으로 평가하는 것은 어렵다. 따라서 전자 거동은 실험이 아닌 계산을 통해 해석되고 있고 이를 위해서 도입된 개념이 바로 분자 오비탈(Molecular Orbital, MO)이다.

분자 오비탈은 분자 내 각 위치에서 전자가 존재할 수 있는 확률을 나타낸다. 분자 오비탈은 양자역학 방법에 의한 계산을 통해서만 파악될 수 있다. 전통적으로 분자 오비탈의 평가는 계산된 분자 오비탈을 그림으로 생성한 후 이를 시각적인 판단에 의존하는 정성적인 방법에 의존한다. 그러나 정성적인 방법은 분자 오비탈의 전체적인 특성을 대략적으로 평가하는 데는 유용하지만 정량적인 방법과 같이 분자 오비탈을 객관적이고 정확하게 평가하기는 어렵다. 왜냐하면 정성적인 방법은 주관적인 기준에 따라서 평가하기 때문에 동일한 분자 오비탈에 대해서도 평가자에 따라 매우 다른 평가가 나올 수 있기 때문이다.

따라서, 본 발명자는 이와 같은 정성적인 평가 방법이 가지는 한계를 극복하고 분자 오비탈 정보를 체계적으로 정확하게 평가하여 이를 이용하기 위한 분자 오비탈을 정량적으로 평가할 수 있는 여러 방법을 개발하게 되었다.

예를 들어, 전체 분자 구조에서 분자 오비탈이 분포할 수 있는 패턴의 수는 거의 무한대인데, 이와 같이 복잡한 패턴을 가지고 분포하는 분자 오비탈을 직관적이고 정확하게 평가하기 위해 블록 개념을 도입해 이를 이용하는 새로운 방법인 AC2B(Assembly of Consecutive Building Block)법을 개발했다.

상기 AC2B법은 (1) 분자의 전체 분자 구조의 각각의 세부 영역을 블록으로 만든 후 전체 분자 구조를 블록의 조합으로 생성한 후, (2) 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈이 전체 오비탈의 합에 대해 차지하는 비율을 계산해 이를 바탕으로 순차적으로 블록을 재배열하여 얻은 재배열된 순차적 블록 스펙트럼을 얻음으로써 분자 오비탈 특성을 해석하는 방법을 의미한다. 재배열된 순차적 블록 스펙트럼에서는 가장 앞에 위치한 블록에 가장 많은 분자 오비탈이 분포하고 가장 마지막에 위치한 블록에 가장 적은 분자 오비탈이 분포한다. 새롭게 블록이란 개념을 도입한 AC2B법을 이용하여 복잡한 분자 오비탈의 패턴을 단순화시켜 분자 오비탈 특성을 직관적이고 명확하게 평가할 수 있었다.

하지만 AC2B를 통해 계산되는 재배열된 블록 스펙트럼은 단일 분자 오비탈 특성을 직관적으로 나타내주지만 서로 다른 분자 오비탈 특성을 비교하는데 직접적으로 사용하기 어렵다. 이는 상기 블록 스펙트럼은 각 블록이 차지하는 위치에 따른 순차적인 블록의 배열이기 때문에 이를 정량적인 비교에 바로 이용할 수 없기 때문이다.

따라서, 본 발명자는 분자 구조 내에서 복잡하고 다양한 패턴으로 분포하고 있는 분자 오비탈 특성을 블록이라는 새로운 개념을 도입해 계산된 블록 스펙트럼을 이용해 직관적이고 명확하게 평가하고, 블록 스펙트럼을 이용해 서로 다른 분자 오비탈에 대한 유사성을 정량적으로 정확하게 비교할 수 있는 방법인 2BS-score법을 개발하였다.

2BS-score법은 서로 다른 분자 오비탈에 대해 계산된 블록 스펙트럼의 서열에 대한 동일성 평가를 통해 분자 오비탈의 유사성을 정량적으로 평가하는 평가법이다. 구체적으로 설명하면, 2BS-score법은 비교하려는 분자 오비탈에 대한 블록 스펙트럼에서 같은 서열에서의 동일성을 3단계에 걸쳐 비교하여 전체 분자 오비탈 유사도를 정량적으로 측정하는 방법이다. 비교하려는 2개의 분자 오비탈 블록 스펙트럼의 서열이 정확하게 동일한 경우 2BS-score는 100%이고, 서열 차이가 클수록 점점 작은 값을 가져 분자 오비탈 유사성이 좋지 않다는 것을 나타낸다. 본 발명자는 상기 2BS-score법에 따라 분자 오비탈 유사성을 정량적으로 정확하게 나타낼 수 있음을 확인하였다.

그러나, 상기 2BS-score법을 통해 분자 오비탈 유사성을 정량적으로 평가할 수 있지만 어느 정도의 편차를 가지는 유사성인지 여부는 알 수 없었다. 예를 들면 서로 다른 분자 오비탈 pair인 A0-A1과 A2-A3의 유사성을 2BS-score로 평가한다고 했을 때, 계산 결과 두 경우 모두 동일한 2BS-score를 가지면 동일한 유사성을 가진다고 판정되는데, 실제 A0-A1과 A2-A3사이의 유사성은 정확하게 동일하다고 볼 수 없다. 왜냐하면 2BS-score값이 동일하다고 해도 A0-A1과 A2-A3가 가지는 유사성은 편차가 존재할 수 있기 때문이다.

따라서, 이러한 유사성 편차를 정확하게 측정할 수 있다면 분자 오비탈 유사성을 보다 정확하게 평가할 수 있어 유사성 특성을 이해하는데 매우 유용할 것으로 기대되었다. 본 발명자는 이러한 필요성에 따라 2BS-score법에 따라 계산된 분자 오비탈 유사성에 대한 정량적 평가를 통해 분자 오비탈 유사성에 대한 새로운 특성, 즉 분자 오비탈 유사성에 대한 편차(similarity deviation)를 통계적으로 평가하는 방법을 개발하게 되었다.

상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 분자 오비탈의 유사성 편차를 정량적으로 정확하게 평가할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 분자 오비탈 유사성을 비교할 2개의 대상 분자 오비탈을 선택한 후 하기 i) 내지 v) 단계의 방법에 의해 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻은 후, 동일한 블록 크기의 N_x개의 MBS pair를 조합하는 단계: i) 양자역학 계산법을 이용하여 상기 분자 오비탈 분포를 계산하는 단계, ii) 상기 분자의 분자 구조 내의 분자 중심에서 방사방향(radial direction)으로 N개의 블록을 만드는 단계, iii) 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))(k는 블록의 번호이고 1 내지 N의 자연수이다)을 계산하는 단계, iv) 상기 분자 오비탈 비율(BX(k))의 크기를 기준으로 상기 블록을 순차적으로 재배열하여 블록 스펙트럼을 얻는 단계, 및 v) 상기 ii)~iv) 단계를 반복하여 대상 분자 오비탈 별로 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻은 후, 동일한 블록 크기의 N_x개의 MBS pair를 조합하는 단계; b) 상기 N_x개의 MBS pair에 대하여 다단계 동일성 평가를 수행하여 각각의 MBS pair에 대한 TSS(m)(m는 MBS의 번호로서 1 내지 N_x 이다) 값을 계산하는 단계; 및 c) 상기 N_x개의 MBS pair에 대한 TSS(m)값의 표준 편차를 계산하고 이를 통해 정량적으로 분자 오비탈 유사성 편차를 평가하는 단계를 포함하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법을 제공한다.

본 발명은 분자 오비탈 유사성에 포함되어 있는 편차를 정량적으로 정확하게 평가함으로써 분자 오비탈 유사성에 관련된 특성을 포괄적으로 평가하고 이해하게 할 수 있어, OLED(organic light-emitting diode) 또는 태양전지 등과 같은 분야의 신규 물질 개발에 유용하게 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 분자 오비탈 유사성 편차 평가 과정을 나타낸 Flow chart 차트이다.

도 2는 서로 다른 분자 오비탈을 갖는 NPB(N,N'-Di[(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl]-1,1'-(biphenyl)-4,4'-diamine)에 대해 서로 다른 전자 상태에서 양자역학 방법으로 계산된 분자 오비탈 T1과 T2에 대해 각각 SSDE-MO법을 적용하여 얻은 편차가 ±8.6인 분자 오비탈 pair T1과 T2를 그림으로 나타낸 것이다.

도 3은 서로 다른 분자 오비탈을 갖는 NPB(N,N'-Di[(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl]-1,1'-(biphenyl)-4,4'-diamine)에 대해 서로 다른 전자 상태에서 양자역학 방법으로 계산된 분자 오비탈 T1과 T3에 대해 각각 SSDE-MO법을 적용하여 얻은 편차가 ±24.9인 분자 오비탈 pair T1과 T3를 그림으로 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법은 a) 분자 오비탈 유사성을 비교할 2개의 대상 분자 오비탈을 선택한 후 하기 i) 내지 v) 단계의 방법에 의해 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻은 후, 동일한 블록 크기의 N_x개의 MBS pair를 조합하는 단계: i) 양자역학 계산법을 이용하여 상기 분자 오비탈 분포를 계산하는 단계, ii) 상기 분자의 분자 구조 내의 분자 중심에서 방사방향(radial direction)으로 N개의 블록을 만드는 단계, iii) 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))(k는 블록의 번호이고 1 내지 N의 자연수이다)을 계산하는 단계, iv) 상기 분자 오비탈 비율(BX(k))의 크기를 기준으로 상기 블록을 순차적으로 재배열하여 블록 스펙트럼을 얻는 단계, 및 v) 상기 ii)~iv) 단계를 반복하여 대상 분자 오비탈 별로 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻은 후, 동일한 블록 크기의 N_x개의 MBS pair를 조합하는 단계; b) 상기 N_x개의 MBS pair에 대하여 다단계 동일성 평가를 수행하여 각각의 MBS pair에 대한 TSS(m)(m는 MBS의 번호로서 1 내지 N_x 이다) 값을 계산하는 단계; 및 c) 상기 각각의 MBS pair에 대한 TSS(m)값의 표준 편차를 계산하고 이를 통해 정량적으로 분자 오비탈 유사성 편차를 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명자는 상기 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법을 "SDE-MO(Statistical Similarity Deviation Estimation-Molecular Orbital)" 법 이라고 명명하였다. 상기 SSDE-MO법은 통계적인 추정 방법을 통해 분자 오비탈 유사성 편차를 정량적으로 계산하는 것이다. 상기 SSDE-MO법은 서로 다른 분자 오비탈의 유사성 편차를 계산하기 위해 (1) 블록 서열 크기가 다른 N개의 MBS(Multi-level Block Spectrum)를 생성하고 (2) 생성된 MBS 서열에 대한 동일성 평가를 통해 각각의 MBS pair에 대한 유사성을 계산하고 (3) 계산된 각각의 MBS pair에 대한 유사성 데이터를 이용해 유사성 편차를 통계적으로 계산하는 과정을 수행한다. SSDE-MO법의 계산 과정을 도 1의 Flow chart로 나타냈다. 이하 SSDE-MO 법의 계산 과정을 자세히 설명한다.

본 발명은 a) 분자 오비탈 유사성을 비교할 2개의 대상 분자 오비탈을 선택한 후 하기 i) 내지 v) 단계의 방법에 의해 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻은 후, 동일한 블록 크기의 N_x개의 MBS pair를 조합하는 단계: i) 양자역학 계산법을 이용하여 상기 분자 오비탈 분포를 계산하는 단계, ii) 상기 분자의 분자 구조 내의 분자 중심에서 방사방향(radial direction)으로 N개의 블록을 만드는 단계, iii) 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))(k는 블록의 번호이고 1 내지 N의 자연수이다)을 계산하는 단계, iv) 상기 분자 오비탈 비율(BX(k))의 크기를 기준으로 상기 블록을 순차적으로 재배열하여 블록 스펙트럼을 얻는 단계, 및 v) 상기 ii)~iv) 단계를 반복하여 대상 분자 오비탈 별로 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻은 후, 동일한 블록 크기의 N_x개의 MBS pair를 조합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 a) 단계는 본 발명자가 개발한 분자 오비탈 특성 해석 방법인 "AC2B(Assembly of Consecutive Building Block)" 법을 이용하는 단계이다.

분자 오비탈은 분자 내에서의 전자의 파동적(wave-like) 거동을 나타내는 수학적인 모사로 정의할 수 있다. 분자 오비탈이 존재하는 영역은 양자역학 계산을 통해 구할 수 있으며, 상기 양자역학 계산 방법으로는 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 ACCELYS 사에서 개발한 MATERIAL STUDIO의 DMol3를 이용하여 분자 오비탈을 계산하였고, 분자 오비탈 그림을 생성하기 위해 MATERIAL STUDIO 패키지의 VISUALIZER를 이용하였다.

본 발명에서, 상기 대상 분자의 전체 분자 구조는, 지정된 분자 전체 블록 개수(N)에 따라 분자 중심을 기준으로 생성된 N 개의 순차적인 블록의 조합으로 구성된다.

이를 위해, 분자 중심(r=0.0)을 시작점으로 해서 방사방향(radial direction)으로 분자 전체를 포함하는 크기가 가장 큰 RDM(radially discrete mesh)을 계산하고 이때의 크기를 r=1.0으로 지정한다. 상기 RDM은 분자의 중심으로부터 출발해서 방사방향(radial direction)으로 분자 구조 내의 모든 구성 원자(atom)를 포함하는 메쉬(mesh)를 나타낸다. 상기 RDM에 의한 분자 구조 계산에 있어서, 분자 내 중심(x_c, y_c, z_c)을 구하는 방법은 하기 수학식 1-1 내지 1-3과 같다.

(수학식 1-1)

(수학식 1-2)

(수학식 1-3)

상기 수학식 1-1 내지 1-3에서 N^Coord는 분자를 구성하는 원자 좌표의 총 개수를 나타낸다.

블록의 총 개수 N 값은 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 3 내지 100의 범위를 갖는다.

상기와 같이 RDM에 의한 분자 구조 계산에 의해, 상기 대상 분자의 전체 분자 구조는 분자 중심으로부터의 거리를 기준으로 블록화될 수 있다.

상기 a)단계는 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))은 전체 분자 오비탈 중에서 k번째 블록에 연관되어 있는 분자 오비탈이 차지하고 있는 양을 의미한다. 상기 k는 블록의 번호이고 1 내지 N의 자연수이다. 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))은 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈(BMO(k))을 양자역학 계산을 통해 계산하고 이를 통해서 전체 분자 오비탈 합인 SUM을 계산한 다음, 전체 분자 오비탈 합에 대한 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈의 비율(BX(k))을 계산함으로써 구할 수 있다.

또한, 상기 a) 단계는 상기 분자 오비탈 비율(BX(k))의 크기를 기준으로 상기 블록의 조합을 순차적으로 재배열하여 재배열된 블록 스펙트럼을 얻는 단계를 포함할 수 있다. 상기 "재배열된 블록 스펙트럼"은 상기 a) 단계에서 얻은 순차적 블록의 조합(AC2B, Assembly of Consecutive Building Block)을 BX(k)를 기준으로 순차적으로 재배열하여 얻은 순차적 블록의 조합을 의미한다.

상기 a) 단계는 상기 ii)~v) 단계를 반복하여 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 분자 오비탈 유사성 편차를 통계적으로 추정하기 위해서는 다양한 상황에서 분자 오비탈 유사성 변화에 대한 정보가 필요하다. 이와 같은 데이터를 얻기 위해 본 발명에서는 상기 AC2B법을 이용하여 비교하려는 분자 오비탈에 대해 블록 크기(=전체 블록 개수)가 다른 N_x개의 MBS를 생성한다. 이 과정을 비교하려는 서로 다른 분자 오비탈을 T1과 T2라고 하여 설명한다. AC2B에서 BS(Block Spectrum)를 생성하기 위해 기본으로 지정된 블록 크기는 5개이다. MBS를 생성하기 위해서는 MBS의 전체 개수 N_x와 그에 따른 블록 크기 집합인 N(k)를 정해야 한다. N_x는 1보다 커야 하고 계산의 효율성을 고려하고 사용 목적에 따라 다양한 값을 가질 수 있다. 예를 들어 N_x를 6으로 지정한 경우 이에 따른 블록 크기 집합은 다음과 같이 설정될 수 있다.

N={5,6,7,8,9,10}

상기 블록 크기에 따라 상기 ii)~iv) 단계를 반복하면 대상 분자 오비탈 별로 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻을 수 있다.

상기 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)로부터 동일한 블록 크기의 N_x개의 MBS pair를 조합한다.

본 발명에서 "MBS pair"는 대상 분자 오비탈 별로 얻은 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)로부터 조합한 동일한 크기의 블록 스펙트럼으로 이루어진 쌍을 의미한다.

상기의 예에서 서로 다른 블록 크기를 가지는 총 6 pair(쌍)의 MBS를 조합할 수 있다.

본 발명은, b) 상기 N_x개의 MBS pair에 대하여 다단계 동일성 평가를 수행하여 각각의 MBS pair에 대한 TSS(m)(m는 MBS의 번호로서 1 내지 N_x 이다) 값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 b) 단계의 다단계 동일성 평가는 제1 단계 내지 제3 단계 동일성 평가의 총 3단계 평가로 상기 N_x개의 MBS pair의 유사성을 계산하는 단계일 수 있다. 모든 과정에서 동일성 평가는 MBS pair의 동일 서열에서의 비교를 바탕으로 수행된다. 아래에 Multi-step의 3단계 과정에 대해 자세히 설명했다.

<제1 단계 동일성 평가>

총 N_x개의 MBS pair에 대해 아래와 같은 서열 비교를 통해 1차적 동일성을 평가한다.

상기 MBS1{m,n}과 MBS2{m,n}은 각각 T1과 T2 분자 오비탈에 생성된 N{m}의 블록 크기를 가지는 MBS에서 n 위치에 있는 블록의 동일성(identity)을 나타낸다.

상기 SC{m,n}은 N{m}크기를 가지는 MBS pair에 대해 n 위치에서 동일성 정도를 나타낸다. 이를 통해 MBS 서열 위치에서의 일차적 동일성을 평가한다.

상기 X는 0초과 내지 0.6이하이고, Y는 0초과 내지 0.5이하이고, Z는 0 내지 0.3이하이며, X, Y 및 Z 간에는 X+Y+(N-2)×Z=1.0의 관계가 성립한다.

상기 제1 단계 동일성 평가는 상기 N_x개의 MBS pair의 각각의 블록 스펙트럼 서열을 동일한 서열 위치에서 비교하여 블록이 동일하면 SC(m, n) 값을 부여하되, n 값이 증가할수록 SC(m, n) 값을 낮게 부여하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 단계 동일성 평가는 m이 1인 경우 n=1 위치에서 블록이 동일하면 SC(m, n)= X, ℓ=2 위치에서 블록이 동일하면 SC(m, n)= Y, ℓ>2 위치에서 블록이 동일하면 SC(m, n)= Z인 것으로 평가되고, 상기 X는 0초과 0.6이하이고, Y는 0초과 0.5이하이고, Z는 0 내지 0.3이하이며, X, Y 및 Z 간에는 X+Y+(N-2)×Z=1의 관계가 성립하는 것을 특징으로 한다.

이를 통해 MBS 서열 위치에서의 일차적 동일성을 평가한다.

<제2 단계 동일성 평가>

MBS pair에 대한 2차적 동일성 평가를 다음과 같이 수행한다. MBS 서열에서 가장 높은 중요도를 가지는 것은 1번째와 2번째 위치에 배열되어 있는 블록이다. 그 이유는 1번째와 2번째에 분자 오비탈이 가장 많이 분포하기 때문이다. 이와 같은 점을 고려한 2차적 동일성 평가를 아래와 같이 수행한다.

상기 제2 단계 동일성 평가는 i) 상기 N_x개의 MBS pair의 각각의 블록 스펙트럼에서 제1 블록 스펙트럼의 n=1 위치와 제2 블록 스펙트럼의 n=2 위치에서의 블록이 동일하고, 제1 블록 스펙트럼의 n=2 위치와 제1 블록 스펙트럼의 n=1 위치에서의 블록이 동일하면 SC(m, n) 값을 부여하는 단계; 및 ii) 제1 블록 스펙트럼의 n=2 위치와 제2 블록 스펙트럼의 n=3 위치에서의 블록이 동일하고, 제1 블록 스펙트럼의 n=3 위치와 제2 블록 스펙트럼의 n=2 위치에서의 블록이 동일하면 SC(m, n) 값을 부여하는 단계를 포함하고, 상기 SC(m, n) 값은 상기 i) 단계에서 부여된 값이 상기 ii) 단계에서 부여된 값보다 높은 것을 특징으로 한다.

<제3 단계 동일성 평가>

MBS pair의 각각의 동일한 서열 위치에서 블록 거리(d_BL{m,n})을 계산한다. 즉, d_BL{m,n}은 N{m} 크기를 가지는 블록 스펙트럼에서 n 위치에서의 블록 사이의 교차 거리를 나타낸다. 예를 들면 N{1} 블록 크기를 가지는 MBS pair에서 MBS1{1,1} = BL5 이고 MBS2{1,1} = BL4 이면 d_BL{1,1} = 5 - 4 = 1이다. 이를 이용해 3차적 동일성 평가를 아래와 같은 알고리즘으로 수행한다.

상기 제3 단계 동일성 평가는 상기 MBS pair의 각각의 동일한 서열 위치에서 블록서열거리(d_BL{m,n}) 기준을 설정하고, 각 위치에서의 블록서열거리가 상기 블록서열거리(d_BL{ℓ}) 기준과 동일하면 SC(m, n) 값을 부여하되, 상기 SC(m, n) 값은 n 값이 증가함에 따라 감소되도록 부여되는 것을 특징으로 한다.

상기 b) 단계에서 다단계 동일성 평가를 통해 각각의 MBS pair에 대해 동일성 평가 결과를 이용해서 하기 수학식 1을 이용해 각각의 MBS pair에 대한 유사성(TSS, total similarity score)을 계산한다.

[수학식 1]

상기 식에서 m은 MBS의 번호로서 1 내지 N_X이다_.

상기 TSS{m}은 블록 크기 N{m}의 MBS pair에 대한 동일성을 나타낸다. MBS pair가 서로 정확하게 동일한 경우는 TSS는 100%값을 나타내고 유사도가 떨어질수록 100%보다 작은 값을 나타낸다.

본 발명은, c) 상기 각각의 MBS pair에 대한 TSS(m)값의 표준 편차를 계산하고 이를 통해 정량적으로 분자 오비탈 유사성 편차를 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

N_x개의 TSS에 대해서 표준 편차(Standard Deviation)를 계산한다. 상기 표준 편차는 전체 MBS의 편차이기 때문에 결국 분자 오비탈 유사성 편차를 나타내게 된다. 상기 표준 편차(Standard Deviation)는 0보다 큰 값을 나타낸다. 모든 TSS(m)가 동일한 값을 가져서 TSS(m) 값의 표준편차(Standard Deviation)가 0인 경우 분자 오비탈 유사성 편차가 없는 것이고 표준편차가 0보다 큰 값을 나타낼수록 분자 오비탈 유사성 편차가 크다는 것을 의미한다. 이와 같은 표준편차(Standard Deviation) 값을 통해 정량적으로 분자 오비탈 유사성 편차를 평가할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법을 이용한 분자 오비탈 유사성 편차 평가 시스템을 제공한다.

상기 분자 오비탈 유사성 편차 평가 시스템은, a) 분자 오비탈 유사성을 비교할 2개의 대상 분자 오비탈을 선택한 후 i) 양자역학 계산법을 이용하여 상기 분자 오비탈 분포를 계산하는 단계, ii) 상기 분자의 분자 구조 내의 분자 중심에서 방사방향(radial direction)으로 N개의 블록을 만드는 단계, iii) 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))(k : 1 내지 N의 자연수)을 계산하는 단계, iv) 상기 분자 오비탈 비율(BX(k))의 크기를 기준으로 상기 블록을 순차적으로 재배열하여 블록 스펙트럼을 얻는 단계, 및 v) 상기 ii)~iv) 단계를 반복하여 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻는 단계를 통하여 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻는 블록화 모듈; b) 상기 2개의 대상 분자 오비탈의 각각의 N_x개의 MBS(multi-block spectrum) 로부터 동일한 블록 크기의 N_x개의 MBS pair를 조합한 후, 상기 N_x개의 MBS pair에 대하여 다단계 동일성 평가를 수행하여 각각의 MBS pair에 대한 TSS(m) 값을 계산하여 데이터를 입력받는 데이터 입력 모듈; 및 c) 상기 각각의 MBS pair에 대한 TSS(m)값의 표준 편차를 계산하고 이를 통해 정량적으로 분자 오비탈 유사성 편차를 평가하는 평가 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

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 예시로서, 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

서로 다른 분자 오비탈을 갖는 NPB(N,N'-Di[(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl]-1,1'-(biphenyl)-4,4'-diamine)에 대해 서로 다른 전자 상태에서 양자역학 방법으로 계산된 분자 오비탈 pair인 T1과 T2에 대해 본 발명의 SSDE-MO법을 적용해 MBS pair에 대한 TSS값을 구하였다. 그 결과 최종적인 표준 편차는 ±8.6이었다. 이는 매우 작은 값으로 T1과 T2 분자 오비탈 사이의 유사도에는 편차가 별로 없다는 것을 나타낸다. 정성적인 평가를 위해 MATERIAL STUDIO 패키지의 프로그램인 VISUALIZER를 사용하여 분자 오비탈 T1과 T2을 시각화하여 도 2에 나타냈다. 도 2에서도 확인할 수 있듯이 분자 오비탈이 동일하지는 않지만 유사성이 매우 크다는 것을 알 수 있다. 따라서 정성적으로 확인해 보아도 T1과 T2 분자 오비탈의 유사성에 대한 편차는 크지 않다는 것을 알 수 있다. 이를 통해서 본 발명의 SSDE-MO법은 분자 오비탈 유사도 편차를 정량적으로 정확하게 나타낸다는 것을 확인할 수 있다.

서로 다른 분자 오비탈을 갖는 NPB(N,N'-Di[(1-naphthyl)-N,N'-diphenyl]-1,1'-(biphenyl)-4,4'-diamine)에 대해 서로 다른 전자 상태에서 양자역학 방법으로 계산된 분자 오비탈 pair인 T1와 T3에 대해서 SSDE-MO법을 적용한 결과 표준 편차는 ±24.9이었다. 상기 T1과 T3 분자 오비탈 사이의 유사도는 상대적으로 큰 편차를 나타냈다. 이와 같은 정량적인 SSDE-MO 평가는 도 3과 같이 그림을 통한 정성적인 평가와 정확하게 일치한다.

이를 통해 본 발명의 SSDE-MO법은 분자 오비탈 유사성에 대한 편차를 정량적으로 정확하게 평가한다는 것을 확인했다.

Claims

a) 분자 오비탈 유사성을 비교할 2개의 대상 분자 오비탈을 선택한 후 하기 i) 내지 v) 단계의 방법에 의해 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻은 후, 동일한 블록 크기의 N_x개의 MBS pair를 조합하는 단계: i) 양자역학 계산법을 이용하여 상기 분자 오비탈 분포를 계산하는 단계, ii) 상기 분자의 분자 구조 내의 분자 중심에서 방사방향(radial direction)으로 N개의 블록을 만드는 단계, iii) 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))(k는 블록의 번호이고 1 내지 N의 자연수이다)을 계산하는 단계, iv) 상기 분자 오비탈 비율(BX(k))의 크기를 기준으로 상기 블록을 순차적으로 재배열하여 블록 스펙트럼을 얻는 단계, 및 v) 상기 ii)~iv) 단계를 반복하여 대상 분자 오비탈 별로 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻은 후, 동일한 블록 크기의 N_x개의 MBS pair를 조합하는 단계;

b) 상기 N_x개의 MBS pair에 대하여 다단계 동일성 평가를 수행하여 각각의 MBS pair에 대한 TSS(m)(m는 MBS의 번호로서 1 내지 N_x 이다) 값을 계산하는 단계; 및

c) 상기 N_x개의 MBS pair에 대한 TSS(m)값의 표준 편차를 계산하고 이를 통해 정량적으로 분자 오비탈 유사성 편차를 평가하는 단계를 포함하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법.
청구항 1에 있어서, 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 오비탈 유사성 편차 평가 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 i) 단계의 양자역학 계산법은 단일지점　에너지(single point energy) 계산 또는 기하학적　최적화(geometry optimization) 계산을 이용하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 iii) 단계의 각각의 블록에 연관된 단계의 분자 오비탈 비율(BX(k))은 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈(BMO(k))을 양자역학 계산을 통해 계산하고 이를 통해서 전체 분자 오비탈 합인 SUM을 계산한 다음, 전체 분자 오비탈 합에 대한 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈의 비율(BX(k))을 계산함으로써 구하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 a) 단계는 RDM계산방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 b) 단계의 다단계 동일성 평가는 제1 단계 내지 제3 단계 동일성 평가의 총 3단계 평가로 상기 N_x개의 MBS pair의 유사성을 계산하는 단계인 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 제1 단계 동일성 평가는 상기 N_x개의 MBS pair의 각각의 블록 스펙트럼 서열을 동일한 서열 위치에서 비교하여 블록이 동일하면 SC(m, n) 값(m는 MBS의 번호로서 1 내지 N_x이며, n은 서열번호로서 1 내지 N(m)이다), n 값이 증가할수록 SC(m, n) 값을 낮게 부여하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 제1 단계 동일성 평가는 m이 1인 경우 n=1 위치에서 블록이 동일하면 SC(m, n)= X, n=2 위치에서 블록이 동일하면 SC(m, n)= Y, n>2 위치에서 블록이 동일하면 SC(m, n)= Z인 것으로 평가되고,

상기 X는 0초과 0.6이하이고, Y는 0초과 0.5이하이고, Z는 0 내지 0.3이하이며, X, Y 및 Z 간에는 X+Y+(N-2)×Z=1.0의 관계가 성립하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 제2 단계 동일성 평가는 i) 상기 N_x개의 MBS pair의 각각의 블록 스펙트럼에서 제1 블록 스펙트럼의 n=1 위치와 제2 블록 스펙트럼의 n=2 위치에서의 블록이 동일하고, 제1 블록 스펙트럼의 n=2 위치와 제1 블록 스펙트럼의 n=1 위치에서의 블록이 동일하면 SC(m, n) 값을 부여하는 단계; 및

ii) 제1 블록 스펙트럼의 n=2 위치와 제2 블록 스펙트럼의 n=3 위치에서의 블록이 동일하고, 제1 블록 스펙트럼의 n=3 위치와 제2 블록 스펙트럼의 n=2 위치에서의 블록이 동일하면 SC(m, n) 값을 부여하는 단계를 포함하고,

상기 SC(m, n) 값은 상기 i) 단계에서 부여된 값이 상기 ii) 단계에서 부여된 값보다 높은 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법.
청구항 6에 있어서, 상기 제3 단계 동일성 평가는 상기 MBS pair의 각각의 동일한 서열 위치에서 블록서열거리(d_BL{m,n}) 기준을 설정하고, 각 위치에서의 블록서열거리가 상기 블록서열거리(d_BL{ℓ}) 기준과 동일하면 SC(m, n) 값을 부여하되, 상기 SC(m, n) 값은 n 값이 증가함에 따라 감소되도록 부여되는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 b) 단계의 TSS(m) 값은 하기 수학식 1에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법.

[수학식 1]

상기 식에서 m은 MBS의 번호로서 1 내지 N_x 이다.
청구항 1에 있어서, 상기 c) 단계에서 상기 표준 편차가 0인 경우 분자 오비탈 유사성 편차가 없는 것이고 0보다 큰 값을 나타낼수록 분자 오비탈 유사성 편차가 큰 것으로 분자 오비탈 유사성 편차를 평가하는 것을 특징으로 하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 방법.
a) 분자 오비탈 유사성을 비교할 2개의 대상 분자 오비탈을 선택한 후 i) 양자역학 계산법을 이용하여 상기 분자 오비탈 분포를 계산하는 단계, ii) 상기 분자의 분자 구조 내의 분자 중심에서 방사방향(radial direction)으로 N개의 블록을 만드는 단계, iii) 상기 각각의 블록에 연관된 분자 오비탈 비율(BX(k))(k : 1 내지 N의 자연수)을 계산하는 단계, iv) 상기 분자 오비탈 비율(BX(k))의 크기를 기준으로 상기 블록을 순차적으로 재배열하여 블록 스펙트럼을 얻는 단계, 및 v) 상기 ii)~iv) 단계를 반복하여 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻는 단계를 통하여 블록 크기가 다른 N_x개의 MBS(multi-block spectrum)를 얻는 블록화 모듈;

b) 상기 2개의 대상 분자 오비탈의 각각의 N_x개의 MBS(multi-block spectrum) 로부터 동일한 블록 크기의 N_x개의 MBS pair를 조합한 후, 상기 N_x개의 MBS pair에 대하여 다단계 동일성 평가를 수행하여 각각의 MBS pair에 대한 TSS(m) 값을 계산하여 데이터를 입력받는 데이터 입력 모듈; 및

c) 상기 각각의 MBS pair에 대한 TSS(m)값의 표준 편차를 계산하고 이를 통해 정량적으로 분자 오비탈 유사성 편차를 평가하는 평가 모듈을 포함하는 분자 오비탈 유사성 편차 평가 시스템.