演題 ボロノイ多面体を用いた溶媒和分子の体積の計算
発表者
（所属）		 長 尾 輝 夫
（函 館 高 専）
連絡先 〒042函館市戸倉町14-1 函館工業高等専門学校 物質工学科
TEL & FAX 0138-59-6466 E-MAIL:
キーワード ボロノイ、分子体積、ＭＤ
開発意図
適用分野
期待効果
特徴など		 個々の原子を球として求めた分子の体積は複雑になると、分子の中 心側に溶媒分子の侵入できない空間を生じ、真の分子の占有空間は計 算できない。ボロノイ多面体計算から、分子固有の占有体積を求め、 モニター表示するプログラムを作成した。構造異性体などへの応用。
環境 適応機種名 ＤＯＳ／Ｖ
ＯＳ 名 Windows95、Windows NT4.0
ソース言語 Fortran ( FUJITSU Fortran 90)
周辺機器 なし
流通形態
右のいずれ
かに○をつけ
てください）
  • 化学ソフトウェア学会の
    無償利用ソフトとする
  • 独自に配布する
  • ソフトハウス、出版社等から市販
  • ソフトの頒布は行わない
  • その他
  • ○未定
具体的方法

１． はじめに

　化学構造と生理活性との相関など構造活性相関に、分子体積や表面積が用いられることが多く、 Richardsに代表される３種の分子表面があり、分子体積・表面積計算プログラムが数多く発表さ れている。1) これらは、基本的に、原子位置に球を置き、その重なりを考慮して、分子体積や表 面積を計算するものである。しかし、中低分子においても、回転異性体をはじめ、骨格分子が籠 のようになっている場合、分子中心側で、溶媒分子などの侵入できない占有空間が生じているが、 その占有空間（占有体積）を計算することができない。また、溶媒分子をはじめ、明らかに他分 子・原子と接触しないと思われる分子の中心側の表面積を計算するなど、液体や溶液での分子固 有の占有空間を考慮すべきと思われる。そこで、これらに対応するため、ボロノイ多面体を用い て解析し、溶液中の分子の全４面体の体積から分子固有の体積を求めるプログラムを作成した。 本報告では、市販分子設計支援システムHypercube,IncのHyperChem ( ChemPlus含む) から、 AllenとTildesleyの「Computer Simulation of Liquids」中のF.35 「The Voronoi construction in 3d」プログラム2)を用いてボロノイ多面体解析（モニター表示とHyperChemへのデータ受 け渡し機能を追加）をし、HyperChemでの分子のボロノイ多面体表示に至る結果を報告する。

２． システム構成

　・ハード構成：富士通（株）製ＦＭＶ−６２００Ｔ３及びＤＯＳ／Ｖマシン
　・ソフト構成：富士通（株）製FORTRAN 90コンパイラ [グラフィックサービスルーチン
　　　　　VSWード使用] 、Hypercube,Inc.製 HyperChem 5.0（ ChemPlus1.6を含む）
　　　　　Voronoi-3Dフォートランプログラム

３． 方法および結果

　計算対象分子（ｎ−ブタン）は、HyperChemを用い て、右図のように、構造最適化して、１気圧、２９８Ｋ の１辺18.70Åの周期ボックスに約２１０個の水分子を 配置し、ブタン分子を固定し、水分子のみを周期境界 条件のもと、0.0005 psのステップで8000ステップま で分子動力学計算をした結果を、HyperChem用HIN タイプのデータとして保存する。このHINデータに、 対象原子の指定を追加して、ボロノイ多面体計算用の 入力データとする。次に、 ボロノイ多面体のモニター表示と４面体体積計算を行い、図２は炭 素原子のみのモニター表示の例で、図３は水素原子を含めた例である。表示と４面体体積、ボロ ノイの計算結果が出力される。また、HyperChem用HINタイプのボロノイ多面体データが出力 される。図４はHyperChemによる対象分子（原子）のみのボロノイ表示の例、図５は周辺水分 子を含めたボロノイ表示の例である。この結果、分子動力学法やモンテカルロ法を併用すること により、液体や溶液での回転異性体をはじめ、構造異性体の占有体積を求めることが可能である。
図１水分子中のブタン


図２ボロノイ表示（炭素原子のみ）


図３ボロノイ表示（水素原子を含む）


図４ブタンのボロノイ図(HyperChemによる)


図５水中でのブタンのボロノイ図(HyperChemによる)

参考文献：

　　　　　　　1) 長尾輝夫、‘92研究討論会講演要旨集、42-43(1992)
　　　　　　　2) http://gserv1.dl.ac.uk/CCP/CCP5/librar.htmlにて、入手可能