JP3892166B2 - Method for predicting molecular reaction characteristics - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分子の反応特性予測方法に係り、特に、複数の分子の間の分子の反応特性の相関特性を予測する分子の反応特性予測方法、反応特性予測用マップ及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
薬物開発においては、活性予測と薬物設計が行われ、薬物と受容体の構造や両者間の相互作用等と、薬物が生体に及ぼす薬理活性との間の相関が調べられ、設計上の薬物が所望の活性を有するかが予測され、薬物の設計が行われる。
【0003】
また、合成化学の分野においては、反応性の予測と合成設計が行われ、反応物の構造や反応物間の相互作用等と、反応性との間の相関が調べられ、想定している反応生成物が十分の量で得られるかが予測され、最適な合成経路の設計が行われる。
【0004】
薬物開発の分野においては、従来、反応体分子の反応特性を予測する方法として、CoMFA法(Coparative molecular field analysis )が知られている(例えば、R.D.III Cramer等,J.Am.Chem.Soc.,1988,110,5959 )。
【0005】
CoMFA法においては、CoMFAフィールドを発生させて化学構造の3次元表現を行うことが行われる。CoMFAフィールドは、反応特性を予測しようとする分子を囲う例えば直方体状の領域を形成し、その囲う領域に格子状に分布する格子点をプローブ点として考え、そのプローブ点毎にプローブ原子を置いて、それらのプローブ原子と分子を構成する置換基等の構成部分との相互作用のエネルギーを計算することによって求められる。
【0006】
CoMFA法においては、反応特性を予測しようとする分子の主要部を占める部分を共通部分である母核とし、母核を互いに共通にする分子について置換部分を種々の置換基等で置換し、得られるCoMFAフィールドの相関特性から、母核を互いに共通にする分子の間で相互の反応特性の類比の有無が判断される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、CoMFA法においては、母核を共通にすることを前提とし、ある分子の反応特性を予測しようとする場合にその分子と母核を共通にする分子との間でのみ相互の反応特性の類比の有無が判断される。
【0008】
このため、分子の大きさが大きく異なったりして母核を共通にしない分子の間では、相互の反応特性の類比の有無を判断することができなかった。
【0009】
また、CoMFA法においては、反応特性を予測しようとする分子を構成する細かいサイトに分解してサイト毎に特性値を求めるのではなく、分子全体として一つのCoMFAフィールドを求めているため、分子を構成するサイトの各々がどのように反応に寄与しているのかについては不知であり、分子の反応特性を高精度に予測し考察することができなかった。
【0010】
また、CoMFA法においては、重ね合わせた薬物分子を取り囲む直方体は対象とする薬物分子群のサイズにより異なるものであるため、得られる特性値が対象とする分子群に依存するという限界がある。
【0011】
また、CoMFA法は薬物開発における活性予測と薬物設計に適用されるものであり、合成化学の分野における反応性の予測と合成設計にはCoMFA法を適用することができない。合成化学の分野における反応性の予測と合成設計に対し指針となるとともに、薬物開発における活性予測と薬物設計においても指針となる反応特性予測方法は、未だ存在しないというべきである。
【0012】
そこで、本発明の目的は上記従来技術の有する問題を解消し、合成化学の分野をはじめ薬物開発の分野を含む広い化学分野で適用可能であり、母核を共通にする制限を受けることなく種々の分子の間で反応特性の類比の有無を高い精度で予測可能な分子の反応特性予測方法、反応特性予測用マップ及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る分子の反応特性予測方法は、予測対象である分子の反応特性を予測する分子の反応特性予測方法であって、分子の空間的大きさを反映するように分子包囲面を設定し、前記分子包囲面で囲われた空間を分子包囲空間とし、所定の空間分割手順に従って、前記分子包囲空間を分子の反応特性を特徴づける複数の構成要素空間に分子を構成する複数の原子の各々の原子がそれぞれ前記構成要素空間内に含まれるように分割し、前記構成要素空間を囲う輪郭面を構成要素包囲面とし、各々の前記構成要素包囲面のうち前記分子包囲面上にある部分を各々の前記構成要素空間のフロンティア包囲面とし、各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上に所定均等間隔毎にプローブ点を設け、各々の前記構成要素空間毎に、前記分子包囲空間を占有する度合いを各々の前記構成要素空間の空間占有度として求め、各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した単位電荷と前記分子を構成する全ての原子の電荷との間の静電エネルギーを求め、前記静電エネルギーの相当する前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の和を相当する前記構成要素空間の静電的因子として求め、各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した所定の立体特性を有するプローブ原子と前記分子を構成する全ての原子との間のファンデルワールズエネルギーを求め、前記ファンデルワールズエネルギーの相当する前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の和を相当する前記構成要素空間の立体的因子として求め、前記空間占有度と前記静電的因子と前記立体的因子とを相当する前記構成要素空間の反応特性値とし、各々の前記構成要素空間毎の前記反応特性値を求め、反応特性が既知である複数のデータ分子を選択し、前記データ分子毎に前記データ分子を構成する原子に対応する前記構成要素空間毎の前記反応特性値を求め、前記予測対象である分子に対し求めた前記反応特性値と反応特性が既知である前記複数のデータ分子に対し求めた前記反応特性値とを比較し、前記反応特性値が近いほど反応特性がより類似すると判断することによって、前記予測対象である分子の反応特性を予測することを特徴とする。
【0014】
ここで、前記分子包囲面は、分子を構成する複数の原子の各々の原子毎に原子の中心を球面中心として原子球面を求め複数の前記原子球面によって構成される最外郭包絡面であることを特徴とする。
【0015】
また、各々の前記構成要素空間は、分子を構成する複数の原子の各々の原子を囲う空間であることを特徴とする。
【0016】
また、分子を構成する複数の原子の各々の原子毎に原子の中心を球面中心として原子球面を求め、前記原子球面のうち他の原子の原子球面と交叉する部分をインテリア球面とし、前記原子球面のうち前記インテリア球面を除く部分をフロンティア球面とし、前記構成要素空間は、前記インテリア球面を切り取る面と前記フロンティア球面とによって囲われた空間であることを特徴とする。
【0017】
また、分子を構成する複数の原子の各々の原子毎に原子の中心を球面中心として原子球面を求め、前記原子球面のうち他の原子の原子球面と交叉する部分をインテリア球面とし、前記原子球面のうち前記インテリア球面を除く部分をフロンティア球面とし、前記フロンティア包囲面は、前記フロンティア球面であることを特徴とする。
【0018】
また、分子を構成する複数の原子の各々の原子毎に原子の中心を球面中心として原子球面を求め、前記原子球面は、各々の原子のファンデルワールズ半径または各々の原子のファンデルワールズ半径に所定厚さを共通に加算した径を球面半径とする球面であることを特徴とする。
【0019】
また、前記分子包囲面は、前記分子のフロンティア分子軌道によって形成される空間を囲う包囲面であることを特徴とする。
【0020】
また、前記所定の空間分割手順は分子を構成する原子の中心を母点とし前記分子包囲空間をボロノイ分割することであり、前記構成要素空間は前記ボロノイ分割によって形成されるボロノイ領域であることを特徴とする。
【0021】
また、前記空間占有度は、前記構成要素空間の体積であることを特徴とする。
また、前記空間占有度は、前記フロンティア包囲面上に存在する前記プローブ点の個数であることを特徴とする。
【0022】
また、前記空間占有度は、前記フロンティア包囲面の面積であることを特徴とする。
【0023】
また、前記静電的因子は、相当する前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の前記静電エネルギーの前記和を対応する前記空間占有度によって除算し規格化されており、前記立体的因子は、相当する前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の前記ファンデルワールズエネルギーの前記和を対応する前記空間占有度によって除算し規格化されていることを特徴とする。
【0024】
また、前記プローブ原子は、sp3炭素、sp2炭素あるいはsp炭素であることを特徴とする。
【0025】
また、前記複数のデータ分子の各々の前記データ分子に対し、前記データ分子を構成する原子毎に求めた前記空間占有度と前記静電的因子と前記立体的因子の値から前記反応特性値の3次元ベクトルを形成し、これらの3次元ベクトルを入力データとして、自己組織化ニューラルネットワークの手法に従って処理し、処理した結果を反応特性予測用マップに表示し、前記予測対象である分子の前記反応特性予測用マップにおける位置を調べることによって前記予測対象である分子の反応特性を予測することを特徴とする。
【0027】
また、前記自己組織化ニューラルネットワークはコホーネンニューラルネットワークであり、前記反応特性予測用マップはコホーネンマップであることを特徴とする。
【0028】
また、前記コホーネンマップは、平面状に表示されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る分子の反応特性予測方法は、予測対象である分子を構成する原子毎にその原子を包囲する原子球面を描き、前記原子球面のうち他の原子の原子球面と交叉する部分をインテリア球面とし、前記原子球面のうち前記インテリア球面を除く部分をフロンティア球面とし、前記原子球面上に所定均等間隔毎にプローブ点を設け、各々の原子毎に、前記インテリア球面を切り取る面と前記フロンティア球面とによって囲われた空間を占有する度合いを相当する原子の空間占有度として求め、各々の原子の前記フロンティア球面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した単位電荷と前記分子を構成する全ての原子の電荷との間の静電エネルギーを求め、前記静電エネルギーの相当する原子の前記フロンティア球面上の和を相当する原子の静電的因子として求め、各々の原子の前記フロンティア球面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した所定の立体特性を有するプローブ原子と前記分子を構成する全ての原子との間のファンデルワールズエネルギーを求め、前記ファンデルワールズエネルギーの相当する原子の前記フロンティア球面上の和を相当する原子の立体的因子として求め、前記空間占有度と前記静電的因子と前記立体的因子とを相当する原子の反応特性値とし、各々の原子毎の前記反応特性値を求め、前記予測対象である分子に対し求めた前記反応特性値と反応特性が既知である前記複数のデータ分子に対し求めた前記反応特性値とを比較し、前記反応特性値が近いほど反応特性がより類似すると判断することによって、前記予測対象である分子の反応特性を予測することを特徴とする。
【0029】
さらに、本発明に係る反応特性予測用マップは、予測対象である分子の反応特性を予測するために使用する反応特性予測用マップであり、請求項1に記載の方法によって、前記複数のデータ分子の各々の前記データ分子に対し、前記データ分子を構成する原子毎に求めた前記空間占有度と前記静電的因子と前記立体的因子の値から前記反応特性値の3次元ベクトルを形成し、これらの3次元ベクトルを入力データとして、自己組織化ニューラルネットワークの手法に従って処理し、処理した結果を表示する反応特性予測用マップであって、前記予測対象である分子の前記反応特性予測用マップにおける位置を調べることによって前記予測対象である分子の反応特性を予測することに使用することを特徴とする。
さらに、本発明に係る記録媒体は、予測対象である分子の反応特性を予測するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、分子の空間的大きさを反映するように分子包囲面を設定し、前記分子包囲面で囲われた空間を分子包囲空間とし、所定の空間分割手順に従って、前記分子包囲空間を分子の反応特性を特徴づける複数の構成要素空間に分子を構成する複数の原子の各々の原子がそれぞれ前記構成要素空間内に含まれるように分割し、前記構成要素空間を囲う輪郭面を構成要素包囲面とし、各々の前記構成要素包囲面のうち前記分子包囲面上にある部分を各々の前記構成要素空間のフロンティア包囲面とし、々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上に所定均等間隔毎にプローブ点を設け、各々の前記構成要素空間毎に、前記分子包囲空間を占有する度合いを各々の前記構成要素空間の空間占有度として求め、各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した単位電荷と前記分子を構成する全ての原子の電荷との間の静電エネルギーを求め、前記静電エネルギーの相当する前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の和を相当する前記構成要素空間の静電的因子として求め、各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した所定の立体特性を有するプローブ原子と前記分子を構成する全ての原子との間のファンデルワールズエネルギーを求め、前記ファンデルワールズエネルギーの相当する前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の和を相当する前記構成要素空間の立体的因子として求め、前記空間占有度と前記静電的因子と前記立体的因子とを相当する前記構成要素空間の反応特性値とし、各々の前記構成要素空間毎の前記反応特性値を求め、反応特性が既知である複数のデータ分子を選択し、前記データ分子毎に前記データ分子を構成する原子に対応する前記構成要素空間毎の前記反応特性値を求め、前記予測対象である分子に対し求めた前記反応特性値と反応特性が既知である前記複数のデータ分子に対し求めた前記反応特性値とを比較し、前記反応特性値が近いほど反応特性がより類似すると判断することによって、前記予測対象である分子の反応特性を予測することを特徴とする。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明に係る分子の反応特性予測方法の実施の形態について説明する。本発明に係る分子の反応特性予測方法は、分子を取り囲む3次元的な場の電子的・立体的特徴を数値的に特性化する新しい手法でありFRAU(Field-characterization for reaction analysis and understanding)と命名されるものである。
【0031】
FRAUにおいては、まず、分子の空間的大きさを反映するように分子包囲面20(図1(e)参照)を設定する。この分子包囲面20は、例えば、いわゆる分子のフロンティア分子軌道によって形成される分子包囲空間を囲う包囲面として設定することも可能であり、あるいは、以後に詳述するように、分子包囲面20を複数の原子球面4によって構成される最外郭包絡面とすることも可能である。
【0032】
前記分子包囲面20で囲われた空間を分子包囲空間21(図1(e)参照)を所定の空間分割手順に従って、複数の構成要素空間22(図1(e)参照)に分割する。前記構成要素空間22は分子の反応特性を特徴づける空間単位である。前記分構成要素空間を囲う輪郭面を構成要素包囲面23とし、各々の前記構成要素包囲面23のうち前記分子包囲面上にある部分を各々の前記構成要素空間のフロンティア包囲面5(図1(d)参照)とする。
【0033】
以下では、前記分子包囲面20が分子を構成する複数の原子の原子球面4によって構成される最外郭包絡面である場合を例にとり、また、フロンティア包囲面20としてフロンティア球面を採用した場合を例にとり、また、空間占有度としてフロンティア球面上に存在するプローブ点の個数を採用した場合を例にとり、本発明の実施の形態を説明する。
【0034】
まず、図1(a),(b),(c),(d),(e)を参照して、分子を取り囲む場を特性値化する手順について説明する。
【0035】
図1(a)に示すように、反応予測の対象である分子1は模式的に複数の原子2a,2b,2c・・が格子で結合されて構成されている。
【0036】
図1(b)において、符号3は原子2aの原子中心を中心とし例えば1乃至2オングストロームのファンデルワールズ半径を半径とするファンデルワールズ半径球面を示し、同様に分子1を構成する他の原子に対してもファンデルワールズ半径球面が示されている。
【0037】
本発明に係るFRAUにおいては、図1(b)に示すように、原子2aの原子中心を中心としファンデルワールズ半径以上の径を半径とする原子球面4がまず描かれる。原子球面4の半径は、各々の原子のファンデルワールズ半径そのものあるいは、各々の原子のファンデルワールズ半径に所定厚み例えば0.1オングストロームだけ共通に加算された半径である。分子1を構成する全ての原子2a,2b,2c・・について原子球面4が描かれる。
【0038】
図1(c),(d)に示すように、各々の原子の原子球面4のうち他の原子の原子球面と交叉する部分をインテリア球面6とし、原子球面4のうちインテリア球面6を除く部分をフロンティア球面5とする。図1(d)に、原子2aのフロンティア球面5とインテリア球面6とを分子1から抽出して示す。フロンティア球面5は外方に対し露出した部分であり、化学反応に主として関与する領域として想定することができる。
【0039】
また、前記構成要素空間は、インテリア球面6を切り取る面とフロンティア球面5とによって囲われた空間に相当する。
【0040】
次に、図1(e)に示すように、原子球面4上に所定均等間隔毎にプローブ点7を設定する。プローブ点7は、その位置において分子1の特性を診断する点である。
【0041】
FRAUにおいては、分子1の電子的・立体的特徴を数値的に特性化するために3種類の特性因子を演算することが行われる。3種類の特性因子は、空間占有度(FFfield )と静電的因子(FFelectro )と立体的因子(FFsteric)であり、これらはFRAU特性(FF)と呼ばれる。FRAU特性(FF)は、分子1を構成する各々の原子2a,2b,2c・・について演算される。
【0042】
空間占有度(FFfield )は、各々の原子2a,2b,2c・・のフロンティア球面5上に存在するプローブ点7の個数として与えられる。空間占有度(FFfield )が大きいということは、分子1の全体の反応特性の中における相当する原子の特性が占める割合が大きいことを示す。
【0043】
静電的因子(FFelectro )は、各々の原子のフロンティア球面5上の各々のプローブ点7毎に、プローブ点7に設定した単位電荷と分子1を構成する全ての原子2a,2b,2c・・の電荷との間の静電エネルギーを求め、この静電エネルギーを相当する原子のフロンティア球面5上のプローブ点7について加算して与えられ、式(1)によって示される。
【0044】
【数1】
式(1)において、natomは分子1を構成する原子の個数を示し、charge(j)は各々の原子の電荷を示し、FFfield は前述の空間占有度を示す。静電的因子(FFelectro )が大きいということは、例えば正電荷を有する反応相手が接近しにくいことを示す。
【0045】
立体的因子(FFsteric)は、各々の原子のフロンティア球面5上の各々のプローブ点7毎に、プローブ点7に設定した所定の立体特性を有するプローブ原子と分子を構成する全ての原子との間のファンデルワールズエネルギーを求め、このファンデルワールズエネルギーの相当する原子のフロンティア球面4上の和として与えられる。立体的因子(FFsteric)は、分子力場MMЗの中のファンデルワールズエネルギーを計算するための数学的手法を用いて演算され、式(2)によって示される。
【0046】
【数2】
プローブ原子としては、例えば、sp3 炭素、sp2 炭素、またはsp炭素を用いることが好適であり、式(2)においては、プローブ原子としてsp3 炭素を用いている。式(2)において、εは原子の硬さを表すMMЗのパラメータを示し、ri(またはrj)はMMЗにおいて定義されたファンデルワールズ半径を示し、rij は相当する原子のフロンティア球面5上のi番目のプローブ点とj番目の原子との間の距離を示す。立体的因子(FFsteric)が大きいということは、立体的反発が大きいため反応相手が近づきにくいことを示す。
【0047】
なお、上述の説明において、空間占有度(FFfield )として、各々の原子2a,2b,2c・・のフロンティア球面5上に存在するプローブ点7の個数を採用した例であったが、空間占有度(FFfield )として、各々の原子2a,2b,2c・・のフロンティア球面5の面積を採用することも可能である。空間占有度(FFfield )としてフロンティア球面5の面積を採用することは、フロンティア球面5の面積が解析的に求められる場合に有用である。
【0048】
また、上述の説明においては、分子の空間的大きさを反映するように分子包囲面20をまず設定することを前提とするとし、そして、この分子包囲面20として、複数の原子球面4によって構成される最外郭包絡面を採用する場合を説明した。しかしながら、当初から分子包囲面を設定することを前提とすることなく、分子1を構成する複数の原子2a,2b,2c・・の各々の原子毎に原子の中心を球面中心として原子球面4を求め、分子包囲面は、複数の原子球面4によって構成される最外郭包絡面として結果的に得られるものであると考えることも可能である。
【0049】
また、上述の説明では、複数の原子球面4を求めて前記分子包囲空間21を複数の構成要素空間23に分割する場合を例にとったが、前記分子包囲空間21を複数の構成要素空間23に空間分割する手順としてはこれに限らない。
【0050】
例えば、前記分子包囲面20を複数の構成要素空間にボロノイ分割することも可能である。この場合、構成要素空間22として、ボロノイ分割によって得られるボロノイ領域とする。このために、まず、例えば、分子のフロンティア分子軌道によって分子包囲面20を設定する。次に、ボロノイ図の手法(例えば、ACMConputing Surveys,vol.23,no.3(1991), pp.345-405.(邦訳:杉原厚吉訳、Voronoi図−一つの基本的な幾何データ構造に関する概論,bit 1993年9月号別冊、コンピュータ・サイエンス、共立出版、東京、1993、pp.131−185)を参照)に従い、分子1を構成する原子2a,2b,2c・・の中心を母点とし前記分子包囲面20で囲まれた分子包囲空間21をボロノイ分割し、原子毎に得られるボロノイ領域を得る。得られたボロノイ領域の輪郭面は、前記分子包囲面20上にあるフロンテイア包囲面と、隣接するボロノイ領域の境界面とから構成されることになる。
【0051】
前記構成要素空間22としてボロノイ領域を採用する場合、分子1を構成する原子2a,2b,2c・・の大きさの違いを反映させるために、各原子のファンデルワールズ半径の比に基づき重み付けをし、ボロノイ分割して求めたボロノイ領域を補正して用いることが有用である。
【0052】
また、前記構成要素空間22としてボロノイ領域を採用した場合に、空間占有度(FFfield )として、ボロノイ領域の体積に関する量を採用することが有用である。
【0053】
上述のように、前記構成要素空間22としてボロノイ領域を採用することにより次のような効果を奏することができる。すなわち、本願発明の分子の反応特性予測方法を適用する目的に応じて、その目的に好適な分子包囲空間を選択することが可能になる。例えば、官能基の特性を反映させて官能基毎に構成要素空間を設定することも可能になる。
【0054】
次に、図2乃至図4を参照して、FRAUの適用例を以下に説明する。
【0055】
分子の反応特性の類比の有無を表す識別子としてFRAU特性(FF)がいかに有効であるかが以下に立証される。
【0056】
図3及び図4に示すように、主にMg原子またはB原子を含む42種類の金属試薬を例にとる。各々の金属試薬はそれなりの機能を有しているので、FRAUの有効性を検証する上で適している。
【0057】
図3及び図4には、記号”a”、”b”・・・”e”、”f”、”g”で表示された単位方形によって、特性が類似する金属試薬が分類されている。
【0058】
図3及び図4に示す金属試薬において、Mg原子、B原子、水素原子、炭素原子等について、計152個の原子の各々についてFRAU特性(FF)を求める。
【0059】
そのために、まず、上述の金属試薬の幾何学的及び電子的な構造をab initio RHF/3-21G**の分子軌道(MO)計算によって最適化した。次に、金属試薬の各々の原子のFRAU特性(FF)を、上述した最適化された幾何学的構造と原子の電荷とを用いて演算した。半径がファンデルワールズ半径である原子球面4を採用し、プローブ点7に+1の単位電荷を置き、静電的因子(FFelectro )を求めた。プローブ原子としてsp3炭素を用い、立体的因子(FFsteric)を求めた。金属試薬の各々の原子のFRAU特性(FF)としては、図3及び図4に示す金属試薬のマグネシウム(Mg)原子、水素原子、炭素原子について、計152個の原子のFRAU特性(FF)を求めた。
【0060】
さらに、識別子としてのFRAU特性(FF)を用いて、上述の金属試薬の集合は、自己組織化ニューラルネットワークの一つであるコホーネンニューラルネットワーク(Kohonen neural network)(T.Kohonen,Biol.Cybern. 1982,43,59.を参照)の手法を用いて解析された。
【0061】
コホーネンニューラルネットワーク(Kohonen neural network)は、多次元空間における入力データを、入力データの間のトポロジー的関係を保持してコホーネンマップ(Kohonen map )に射映する。コホーネンマップにおけるデータを分類したグループの間の境界は、例えば、U- マトリックス(A.Ultsch等, Proc. Transputer Anvender Treffen/World Transputer Congress TAT/WTC 93 Aachen, Springer-Verlag, New York, 1993, pp. 194-203.を参照)によって認識される。
【0062】
図2に、反応特性予測用マップとして得られたコホーネンマップ(Kohonen map )10を示す。コホーネンマップ10において、各々の小さい単位方形はニューロンを示す。ニューロンの個数は、図3及び図4に示す金属試薬におけるMg原子、B原子、水素原子、炭素原子等の対象とする原子の個数152を含むように、18×18個のニューロンが設けられている。
【0063】
3種類のFRAU特性(FF)である空間占有度(FFfield )と静電的因子(FFelectro )と立体的因子(FFsteric)によって、それらの値に対応する一つの3次元ベクトルが構成される。3種類のFRAU特性(FF)から構成された一つの3次元ベクトルが、コホーネンマップ10に対する一つの入力データとなる。ここでは、152個の入力データが存在する。
【0064】
次に、コホーネンマップ10の作成過程を説明する。
【0065】
コホーネンマップ10の各々のニューロンに152個の入力データを次のようにして植え付ける。
【0066】
まず、初期状態においては、コホーネンマップ10には、各々のニューロンに種々の大きさと方向を有するベクトルが予めランダムに分配されている。次に、初期状態にあるコホーネンマップ10を、入力データの3次元ベクトル分布を反映するように入力データの3次元ベクトルでトレーニングする。このトレーニングは、入力データの3次元ベクトルともっとも近いユークリッド距離をもつニューロンとその近傍ニューロンのベクトルを、その入力データの3次元ベクトルの大きさと向きに沿うように所定の手法によって修正する操作を、全入力データについて所定の回数実行することによって達成される。最後に、このようにしてトレーニングされたコホーネンマップ上のニューロンのベクトルと、最も近いユークリッド距離を持つ入力データが、そのニューロン上に割り付けられる。このようにして全ての入力データ(152個)が割り付けられ、図2に示すコホーネンマップ10が得られる。
【0067】
図2に示すコホーネンマップ10は、実際はトーラス形状を有し、最上の線10aと最低の10bとは同一の線を示し、左側の線10cと右側の10dとは同一の線を示す。
【0068】
図2に示すコホーネンマップ10において、記号”a”、”b”・・・”e”、”f”、”g”で表示された単位方形は、図3及び図4に示す同一の分類記号で示す金属試薬に対応する。
【0069】
以下には、簡単のために、152個の入力データの内の一部のデータに着目し、説明する。
【0070】
コホーネンマップ10では原子の種類の違いでグループを形成して分布した。コホーネンマップ10には図3及び図4に示す金属試薬のマグネシウム(Mg)原子、水素原子、炭素原子の分布の様子を示してある。
【0071】
図2において、水素(H)原子の分布を詳しく見ると、それぞれ結合している金属原子の違いでグループを形成していることがわかる。すなわち、マグネシウム(Mg)原子に結合している水素原子(図3における“a”)とホウ素(B)原子に結合している水素原子(図3における“b”)とでそれぞれグループを形成している。
【0072】
炭素(C)原子の分布を詳しく見ると、それぞれ結合している金属原子の違いでグループを形成していることがわかる。すなわち、マグネシウム(Mg)原子に結合している炭素原子(図3における“c”)とホウ素(B)に結合している炭素原子(図3における“d”)とでそれぞれグループを形成している。
【0073】
マグネシウム(Mg)原子の分布を詳しく見ると、反応における役割ごとにグループを形成していることがわかる(前述のとおり、コホーネンマップ10の実際の形状はトーラス型であるので、上下、左右は連結している)。すなわち、それぞれ還元剤(図3における“e”)、Grignard試薬(図3における“f”)、塩基(図3における“g”)とでグループを形成している。さらに、Grignard試薬グループと塩基グループ同士はGrignard試薬グループ同士と還元剤グループ同士や塩基グループと還元剤グループ同士よりも近くに位置しており、U−マトリックス法から得られる境界も、Grignard試薬グループ−塩基グループ間では低く(すなわち差が小さく)、Grignard試薬グループ−還元剤グループ間、塩基グループ−還元剤グループ間は高い(すなわち差が大きい)結果となった。
【0074】
このことは、Grignard試薬が見方を変えれば強塩基であり、強弱の違いはあるが同じ塩基に属するものであること、また、別の見方ではGrignard試薬はアルカンのマグネシウム塩であり、ここに示した塩基はアミンのマグネシウム塩である点でも類似の化合物であることと本質的に矛盾しない結果となっている。このことは、FRAU特性値が、化合物が本来持っている特性をよく反映していることを示している。
【0075】
さらに、ここには示していないが、Grignard試薬グループ、塩基グループ、還元剤グループそれぞれの内容を詳しく見ると、構造類似したものが近くに位置していることがわかる。たとえば、Grignard試薬はアルキル鎖の共通のものが近くに位置している。
【0076】
以上のように、FRAU特性値は構造や反応における役割の類似性をよく反映していることがコホーネンニューラルネットワークによる解析で明らかにすることができた。
【0077】
さらに、ここには示していないが、各ニューロン上の各FRAU特性値の内容と隣接するニューロン間の各FRAU特性値の差とを詳しく調べることで、どのFRAU特性値がグループの境界線を主として決めているかを知ることができた。すなわち、どのFRAU特性値が試薬の構造類似性・反応における役割の類似性と大きく関連しているかを知ることができた。
【0078】
このように、FRAU特性値とコホーネンニューラルネットワークによる解析を組合わせた手法は、化合物の持つ反応特性の内容を明らかにする可能性を持つ。
【0079】
以上のように、コホーネンマップ10から、同一の種類の反応特性を示す原子は同一あるいは隣接するニューロンに集められていることが認められる。
【0080】
図2乃至図4を参照すれば明らかなように、FRAUに従って得られるFRAU特性(FF)と金属試薬の役割や構造との間に、極めてよい相関関係があることが認められる。
【0081】
以上、説明したようにFRAUは、分子1の周りの電子的特徴及び立体的特徴をFRAU特性(FF)として数値的に特性化することができ、さらに、分子1を細かく分割するサイト毎に、すなわち分子1を構成する原子毎にFRAU特性(FF)を付与することができるのである。
【0082】
また、FRAUは、コホーネンニューラルネットワークを応用することによって、反応を主に支配するのは、どの要素か、またどのサイトか、またそれらの要素やサイトがどの程度に反応に寄与するかを示すことができ、これによって、分子の反応特性を定量的に分析し理解することができるのである。
【0083】
また、上述のFRAUによる手法に対応するプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録することにより、この記録媒体を用いてコンピュータによって極めて迅速にFRAU特性(FF)を演算することが可能になる。
【0084】
なお、上述の説明においては、自己組織化ニューラルネットワークとしてコホーネンニューラルネットワークを適用した例を示したが、他の自己組織化ニューラルネットワークを適用することも可能である。
【0085】
【発明の効果】
以上のように、本発明の構成によれば、合成化学の分野をはじめ薬物開発の分野を含む広い化学分野で適用可能であり、母核を共通にする制限を受けることなく、分子の大きさ等を異にする多種類の分子の間で反応特性の類比の有無を高い精度で予測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は反応特性予測の対象である分子を格子模型で示す図であり、(b)は分子を構成する原子のファンデルワールズ半径球面と原子球面を示す図であり、(c)は原子球面のインテリア球面とフロンティア球面とを示す図であり、(d)は(c)における一原子を抽出して示す図であり、(e)は原子球面上に所定均等間隔毎に設定したプローブ点と、分子包囲面と分子包囲空間と構成要素空間とを示す図である。
【図2】本発明を適用して得られたコホーネンを示す図であり、各々の小さい単位方形はニューロンを示す。
【図3】図2に示すコホーネンに表れる表示記号で分類される分子を示す図。
【図4】図3と同様にコホーネンに表れる表示記号で分類される分子を示す図。
【符号の説明】
1 分子
2a,2b,2c 原子
3 ファンデルワールズ半径球面
4 原子球面
5 フロンティア球面
6 インテリア球面
7 プローブ点
20 分子包囲面
21 分子包囲空間
22 構成要素空間
23 構成要素包囲面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a molecular reaction characteristic prediction method, and more particularly to a molecular reaction characteristic prediction method, a reaction characteristic prediction map, and a computer-readable recording medium for predicting a correlation characteristic of molecular reaction characteristics between a plurality of molecules. About.
[0002]
[Prior art]
In drug development, activity prediction and drug design are performed, and the correlation between the structure of the drug and the receptor, the interaction between the two, and the pharmacological activity of the drug on the living body is examined. It is predicted that it has the desired activity, and drug design is performed.
[0003]
Also, in the field of synthetic chemistry, reactivity prediction and synthesis design are performed, and the correlation between the structure of the reactants, the interaction between the reactants, etc., and the reactivity is investigated, and the assumed reaction It is predicted that a sufficient amount of product will be obtained, and an optimal synthesis route is designed.
[0004]
In the field of drug development, a CoMFA method (Coparative molecular field analysis) is conventionally known as a method for predicting reaction characteristics of reactant molecules (for example, RDIII Cramer et al., J. Am. Chem. Soc., 1988,110,5959).
[0005]
In the CoMFA method, a CoMFA field is generated to perform a three-dimensional representation of a chemical structure. In the CoMFA field, for example, a rectangular parallelepiped region surrounding a molecule whose reaction characteristics are to be predicted is formed, and lattice points distributed in a lattice form in the surrounding region are considered as probe points, and a probe atom is placed at each probe point. , By calculating the energy of interaction between the probe atoms and constituent parts such as substituents constituting the molecule.
[0006]
In the CoMFA method, the portion occupying the main part of the molecule whose reaction characteristics are to be predicted is used as a common nucleus, and the substituted portion is substituted with various substituents for molecules having a common mother nucleus. Based on the correlation characteristics of the CoMFA field to be used, it is determined whether or not there is an analogy of the mutual reaction characteristics between molecules having a common mother nucleus.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the CoMFA method assumes that the mother nucleus is shared, and when trying to predict the reaction characteristics of a certain molecule, the mutual reaction characteristics of that molecule and the molecule that shares the mother nucleus are only Whether there is an analogy is determined.
[0008]
For this reason, it has not been possible to determine whether or not there is an analogy of the mutual reaction characteristics between molecules that have greatly different molecular sizes and do not share a mother nucleus.
[0009]
Also, in the CoMFA method, rather than decomposing into small sites that make up the molecule for which reaction characteristics are to be predicted and obtaining characteristic values for each site, one CoMFA field is obtained for the entire molecule. It was unknown how each of the constituent sites contributed to the reaction, and the reaction characteristics of the molecules could not be predicted and considered with high accuracy.
[0010]
Further, in the CoMFA method, since the rectangular parallelepiped surrounding the superposed drug molecules varies depending on the size of the target drug molecule group, there is a limit that the obtained characteristic value depends on the target molecular group.
[0011]
The CoMFA method is applied to activity prediction and drug design in drug development, and the CoMFA method cannot be applied to reactivity prediction and synthesis design in the field of synthetic chemistry. It should be said that there is not yet a method for predicting reaction characteristics in the field of synthetic chemistry, and a method for predicting reaction characteristics that also serves as a guideline for activity prediction and drug design in drug development.
[0012]
Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and can be applied in a wide range of chemistry fields including the field of drug development including the field of synthetic chemistry. It is intended to provide a molecular reaction characteristic prediction method, a reaction characteristic prediction map, and a computer-readable recording medium that can predict the presence / absence of an analogy of reaction characteristics between molecules.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a molecular reaction characteristic prediction method according to the present invention is a molecular reaction characteristic prediction method that predicts a reaction characteristic of a molecule to be predicted, and reflects the spatial size of the molecule. In this way, a molecular enclosure surface is set, and a space surrounded by the molecule enclosure surface is defined as a molecular enclosure space, and the molecular enclosure space is divided into a plurality of component spaces that characterize the reaction characteristics of molecules according to a predetermined space division procedure. Each of the plurality of atoms constituting the component space is divided so as to be included in the component space, and a contour surface surrounding the component space is defined as a component surrounding surface, and the component surrounding surface among the component surrounding surfaces A portion on the molecular surrounding surface is defined as a frontier surrounding surface of each component space, and probe points are provided at predetermined equal intervals on the frontier surrounding surface of each component space. For each component space, the degree of occupying the molecular enclosure space is determined as the space occupancy of each component space, and for each probe point on the frontier enclosure surface of each component space, Obtain the electrostatic energy between the unit charge set at the probe point and the charges of all the atoms constituting the molecule, and correspond to the sum of the component space corresponding to the electrostatic energy on the frontier surrounding surface. The probe atom and the molecule having a predetermined steric characteristic set in the probe point for each probe point on the frontier surrounding surface of each component space obtained as an electrostatic factor of the component space Van der Waals energies between all the atoms that constitute, and before the component space corresponding to the van der Waals energies Obtain the sum on the frontier enveloping surface as the corresponding three-dimensional factor of the component space, and set the space occupancy, the electrostatic factor, and the three-dimensional factor as the reaction characteristic values of the corresponding component space, Obtaining the reaction characteristic value for each of the component spaces, selecting a plurality of data molecules having known reaction characteristics, and for each of the component spaces corresponding to the atoms constituting the data molecule for each data molecule A reaction characteristic value is obtained, and the reaction characteristic value obtained for the molecule to be predicted is compared with the reaction characteristic value obtained for the plurality of data molecules whose reaction characteristics are known. It is characterized in that the reaction characteristic of the molecule to be predicted is predicted by determining that the closer the reaction characteristic is, the closer the reaction characteristic is.
[0014]
Here, the molecular surrounding surface is an outermost envelope surface constituted by a plurality of atomic spheres by obtaining an atomic sphere with the center of the atom as a spherical center for each of a plurality of atoms constituting the molecule. Features.
[0015]
In addition, each of the component space is a space surrounding each atom of a plurality of atoms constituting the molecule.
[0016]
Further, an atomic sphere is obtained with the center of the atom as a spherical center for each of a plurality of atoms constituting the molecule, and a portion of the atomic sphere that intersects the atomic sphere of another atom is defined as an interior spherical surface, and the atomic spherical surface Of these, a portion excluding the interior spherical surface is a frontier spherical surface, and the component space is a space surrounded by a surface from which the interior spherical surface is cut out and the frontier spherical surface.
[0017]
Further, an atomic sphere is obtained with the center of the atom as a spherical center for each of a plurality of atoms constituting the molecule, and a portion of the atomic sphere that intersects the atomic sphere of another atom is defined as an interior spherical surface, and the atomic spherical surface Of these, the portion excluding the interior spherical surface is a frontier spherical surface, and the frontier surrounding surface is the frontier spherical surface.
[0018]
Further, an atomic sphere is obtained with the center of the atom as the spherical center for each of a plurality of atoms constituting the molecule, and the atomic sphere has a van der Waals radius of each atom or a van der Waals radius of each atom. A spherical surface having a spherical radius that is a diameter obtained by commonly adding a predetermined thickness.
[0019]
Further, the molecular surrounding surface is a surrounding surface surrounding a space formed by the frontier molecular orbitals of the molecule.
[0020]
Further, the predetermined space division procedure is to perform Voronoi division of the molecular enclosure space with the center of the atoms constituting the molecule as a generating point, and the component space is a Voronoi region formed by the Voronoi division. Features.
[0021]
Also, the above Space occupancy Is the volume of the component space.
Also, the above Space occupancy Is the number of the probe points existing on the frontier surrounding surface.
[0022]
Also, the above Space occupancy Is the area of the frontier surrounding surface.
[0023]
The electrostatic factor is normalized by dividing the sum of the electrostatic energy on the frontier surrounding surface of the corresponding component space by the corresponding space occupancy, and the three-dimensional factor is The sum of the van der Waals energies on the frontier surrounding surface of the corresponding component space is divided by the corresponding space occupancy and normalized.
[0024]
The probe atom is sp Three Carbon, sp 2 It is carbon or sp carbon.
[0025]
Also, For each of the data molecules of the plurality of data molecules, a three-dimensional reaction characteristic value is obtained from the values of the space occupancy, the electrostatic factor, and the steric factor obtained for each atom constituting the data molecule. A vector is formed, and these three-dimensional vectors are used as input data. Process according to the method of self-organizing neural network, and display the processing result on the reaction characteristic prediction map And predicting the reaction characteristic of the molecule to be predicted by examining the position of the molecule to be predicted in the reaction characteristic prediction map. It is characterized by that.
[0027]
The self-organizing neural network may be a Kohonen neural network, and the reaction characteristic prediction map may be a Kohonen map.
[0028]
Further, the Kohonen map is displayed in a planar shape.
Further, in the method for predicting molecular reaction characteristics according to the present invention, for each atom constituting the molecule to be predicted, an atomic sphere surrounding the atom is drawn, and a portion of the atomic sphere that intersects the atomic sphere of another atom The interior sphere, and the portion of the atomic sphere excluding the interior sphere is a frontier sphere, probe points are provided on the atomic sphere at predetermined equal intervals, and a surface for cutting the interior sphere for each atom and the surface The degree of occupying the space enclosed by the frontier sphere is determined as the space occupancy of the corresponding atom, and for each probe point on the frontier sphere of each atom, the unit charge set at the probe point and the Obtain the electrostatic energy between the charges of all atoms constituting the molecule, and the frontier sphere of the atom corresponding to the electrostatic energy For each of the probe points on the frontier sphere of each atom, and a probe atom having a predetermined steric characteristic set at the probe point and the molecule are formed. Van der Waals energies between all atoms to be obtained, and the sum of the atoms corresponding to the van der Waals energies on the frontier sphere is obtained as a three-dimensional factor of the corresponding atoms, and the space occupancy and the electrostatic The reaction characteristic value of the corresponding atom is determined as the reaction characteristic value of the corresponding atom and the steric factor, and the reaction characteristic value and reaction characteristic obtained for the molecule to be predicted are known. By comparing the reaction characteristic values obtained for the plurality of data molecules, and determining that the reaction characteristics are more similar as the reaction characteristic values are closer, Wherein the predicting response properties of the molecule is a prediction target.
[0029]
Furthermore, the reaction characteristic prediction map according to the present invention is a reaction characteristic prediction map used for predicting a reaction characteristic of a molecule to be predicted, and the plurality of data molecules are obtained by the method according to claim 1. For each of the data molecules, a three-dimensional vector of the reaction characteristic value is formed from the space occupancy obtained for each atom constituting the data molecule, the electrostatic factor, and the three-dimensional factor value, These three-dimensional vectors are processed as input data according to a method of a self-organizing neural network, and a reaction characteristic prediction map that displays the processed results, in the reaction characteristic prediction map of the molecule to be predicted It is used for predicting the reaction characteristic of the molecule to be predicted by examining the position.
Furthermore, the recording medium according to the present invention is a computer-readable recording medium recording a program for predicting the reaction characteristics of a molecule to be predicted, and the molecular envelopment reflects the spatial size of the molecule. A surface is set, and a space surrounded by the molecule-enclosing surface is defined as a molecule-enclosing space, and according to a predetermined space division procedure, the molecule-enclosing space is composed of a plurality of component spaces that characterize the reaction characteristics of molecules. Each of the atoms is divided so as to be included in the component space, and a contour surface surrounding the component space is defined as a component surrounding surface, and each of the component surrounding surfaces is on the molecule surrounding surface. And the probe points are provided at predetermined equal intervals on the frontier enveloping surfaces of the component spaces, For each component space, the degree of occupying the molecular enclosure space is determined as the space occupancy of each component space, and for each probe point on the frontier enclosure surface of each component space, Obtain the electrostatic energy between the unit charge set at the probe point and the charges of all atoms constituting the molecule, and correspond to the sum of the electrostatic energy on the frontier surrounding surface of the component space A probe atom having a predetermined three-dimensional characteristic set at the probe point for each probe point on the frontier surrounding surface of each component space, and The component space corresponding to the van der Waals energy is obtained by obtaining van der Waals energy between all atoms constituting the molecule. The sum of the frontier surrounding surface is determined as a corresponding three-dimensional factor of the component space, and the space occupancy, the electrostatic factor, and the three-dimensional factor are set as reaction characteristic values of the corresponding component space, Obtaining the reaction characteristic value for each of the component spaces, selecting a plurality of data molecules whose reaction characteristics are known, and for each of the component spaces corresponding to the atoms constituting the data molecule for each of the data molecules The reaction characteristic value is obtained, and the reaction characteristic value obtained for the molecule to be predicted is compared with the reaction characteristic value obtained for the plurality of data molecules whose reaction characteristics are known, and the reaction characteristic value is obtained. It is characterized in that the reaction characteristic of the molecule to be predicted is predicted by determining that the reaction characteristic is more similar as is closer.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a method for predicting molecular reaction characteristics according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The molecular reaction characteristic prediction method according to the present invention is a new technique for numerically characterizing electronic and three-dimensional characteristics of a three-dimensional field surrounding a molecule. F ield-characterization for r eaction a nalysis and u nderstanding).
[0031]
In FRAU, first, the molecular surrounding surface 20 (see FIG. 1E) is set so as to reflect the spatial size of the molecule. The molecular surrounding
[0032]
The space surrounded by the
[0033]
In the following, the case where the molecular surrounding
[0034]
First, with reference to FIGS. 1A, 1B, 1C, 1D, and 1E, a procedure for characterizing a field surrounding a molecule will be described.
[0035]
As shown in FIG. 1A, a molecule 1 that is a target of reaction prediction is typically configured by a plurality of
[0036]
In FIG. 1B,
[0037]
In the FRAU according to the present invention, as shown in FIG. 1 (b), an atomic spherical surface 4 is drawn first with the atomic center of the
[0038]
As shown in FIGS. 1 (c) and 1 (d), the portion of the atomic spherical surface 4 of each atom that intersects with the atomic spherical surface of another atom is the interior spherical surface 6, and the portion of the atomic spherical surface 4 excluding the interior spherical surface 6. Is the frontier
[0039]
The component space corresponds to a space surrounded by a surface from which the interior spherical surface 6 is cut and the frontier
[0040]
Next, as shown in FIG. 1E, probe points 7 are set on the atomic spherical surface 4 at predetermined equal intervals. The
[0041]
In FRAU, three characteristic factors are calculated in order to numerically characterize the electronic and steric characteristics of molecule 1. The three characteristic factors are space occupancy (FFfield), electrostatic factor (FFelectro), and steric factor (FFsteric), which are called FRAU characteristics (FF). The FRAU characteristic (FF) is calculated for each
[0042]
The space occupancy (FFfield) is given as the number of
[0043]
The electrostatic factor (FFelectro) is calculated for each
[0044]
[Expression 1]
In the formula (1), “name” indicates the number of atoms constituting the molecule 1, “charge (j)” indicates the charge of each atom, and “FFfield” indicates the above-described space occupancy. A large electrostatic factor (FFelectro) indicates that, for example, a reaction partner having a positive charge is difficult to approach.
[0045]
A steric factor (FFsteric) is calculated between each
[0046]
[Expression 2]
For example, sp3 carbon, sp2 carbon, or sp carbon is preferably used as the probe atom. In formula (2), sp3 carbon is used as the probe atom. In Equation (2), ε represents the parameter of MMЗ representing the hardness of the atom, ri (or rj) represents the van der Waals radius defined in MMЗ, and rij represents i on the
[0047]
In the above description, the number of
[0048]
In the above description, it is assumed that the molecular surrounding
[0049]
Further, in the above description, a case where a plurality of atomic spherical surfaces 4 are obtained and the
[0050]
For example, the molecular surrounding
[0051]
When a Voronoi region is employed as the
[0052]
When a Voronoi region is employed as the
[0053]
As described above, by adopting a Voronoi region as the
[0054]
Next, an application example of FRAU will be described below with reference to FIGS.
[0055]
How effective the FRAU characteristic (FF) as an identifier indicating the presence / absence of an analogy of the reaction characteristics of molecules is demonstrated below.
[0056]
As shown in FIGS. 3 and 4, 42 types of metal reagents mainly containing Mg atoms or B atoms are taken as an example. Since each metal reagent has an appropriate function, it is suitable for verifying the effectiveness of FRAU.
[0057]
In FIG. 3 and FIG. 4, metal reagents having similar characteristics are classified according to unit squares indicated by symbols “a”, “b”... “E”, “f”, “g”.
[0058]
In the metal reagent shown in FIGS. 3 and 4, FRAU characteristics (FF) are obtained for each of a total of 152 atoms with respect to Mg atoms, B atoms, hydrogen atoms, carbon atoms, and the like.
[0059]
For this purpose, first, the geometric and electronic structure of the above-mentioned metal reagent is ab initio RHF / 3-21G ** Optimized by molecular orbital (MO) calculations. Next, the FRAU characteristics (FF) of each atom of the metal reagent were calculated using the optimized geometry and the atomic charge described above. An atomic spherical surface 4 having a van der Waals radius was adopted, a unit charge of +1 was placed at the
[0060]
Furthermore, using the FRAU characteristic (FF) as an identifier, the above-described set of metal reagents is a Kohonen neural network (T. Kohonen, Biol. Cybern. 1982, 43, 59.).
[0061]
The Kohonen neural network projects input data in a multidimensional space onto a Kohonen map while maintaining a topological relationship between the input data. The boundaries between the groups that classified the data in the Kohonen map are, for example, U-matrix (A.Ultsch et al., Proc. Transputer Anvender Treffen / World Transputer Congress TAT / WTC 93 Aachen, Springer-Verlag, New York, 1993, pp. 194-203.).
[0062]
FIG. 2 shows a
[0063]
The three types of FRAU characteristics (FF), that is, the space occupancy (FFfield), the electrostatic factor (FFelectro), and the three-dimensional factor (FFsteric) form one three-dimensional vector corresponding to these values. One three-dimensional vector composed of three types of FRAU characteristics (FF) is one input data for the
[0064]
Next, a process for creating the
[0065]
152 pieces of input data are implanted in each neuron of the
[0066]
First, in the initial state, in the
[0067]
The
[0068]
In the
[0069]
In the following, for the sake of simplicity, description will be given focusing on a part of the 152 pieces of input data.
[0070]
In the
[0071]
In FIG. 2, when the distribution of hydrogen (H) atoms is examined in detail, it can be seen that a group is formed by the difference in the metal atoms bonded to each other. That is, hydrogen atoms bonded to magnesium (Mg) atoms (“a” in FIG. 3) and hydrogen atoms bonded to boron (B) atoms (“b” in FIG. 3) form groups. ing.
[0072]
When the distribution of carbon (C) atoms is examined in detail, it can be seen that groups are formed by the difference in the metal atoms bonded to each other. That is, a carbon atom bonded to a magnesium (Mg) atom (“c” in FIG. 3) and a carbon atom bonded to a boron (B) (“d” in FIG. 3) form groups. Yes.
[0073]
A closer look at the distribution of magnesium (Mg) atoms shows that groups are formed for each role in the reaction (as described above, the actual shape of the
[0074]
This means that the Grignard reagent is a strong base if it is viewed differently and belongs to the same base, although there is a difference in strength, and in another way, the Grignard reagent is a magnesium salt of an alkane, as shown here. The results are essentially consistent with the fact that the base is a similar compound in that it is a magnesium salt of an amine. This indicates that the FRAU characteristic value well reflects the characteristic inherent to the compound.
[0075]
Furthermore, although not shown here, when the details of the Grignard reagent group, the base group, and the reducing agent group are examined in detail, it can be seen that structurally similar ones are located nearby. For example, Grignard reagents have a common alkyl chain located nearby.
[0076]
As described above, it has been clarified by the analysis by the Kohonen neural network that the FRAU characteristic value well reflects the similarity of the role in the structure and reaction.
[0077]
Furthermore, although not shown here, by examining in detail the content of each FRAU characteristic value on each neuron and the difference in each FRAU characteristic value between adjacent neurons, which FRAU characteristic value mainly has a group boundary. I was able to know what I decided. That is, it was possible to know which FRAU characteristic value is greatly related to the structural similarity of the reagent and the similarity of the role in the reaction.
[0078]
As described above, the technique combining the FRAU characteristic value and the analysis by the Kohonen neural network has a possibility of clarifying the content of the reaction characteristic of the compound.
[0079]
As described above, it is recognized from the
[0080]
As is clear from FIG. 2 to FIG. 4, it is recognized that there is a very good correlation between the FRAU characteristics (FF) obtained according to FRAU and the role and structure of the metal reagent.
[0081]
As described above, the FRAU can numerically characterize the electronic characteristics and the three-dimensional characteristics around the molecule 1 as FRAU characteristics (FF). Further, for each site where the molecule 1 is finely divided, That is, the FRAU characteristic (FF) can be given to each atom constituting the molecule 1.
[0082]
FRAU also applies the Kohonen Neural Network to indicate which elements dominate the reaction, which sites, and how much these elements and sites contribute to the reaction. This allows quantitative analysis and understanding of the reaction characteristics of the molecule.
[0083]
Further, by recording a program corresponding to the above-described FRAU method on a computer-readable recording medium, it becomes possible to calculate the FRAU characteristic (FF) very quickly by a computer using this recording medium.
[0084]
In the above description, an example is shown in which a Kohonen neural network is applied as a self-organizing neural network. However, other self-organizing neural networks can also be applied.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the configuration of the present invention, it can be applied in a wide range of chemical fields including the field of drug development including the field of synthetic chemistry, and the size of the molecule can be obtained without being restricted by the common mother nucleus. It is possible to predict with high accuracy whether or not there is an analogy of reaction characteristics among many kinds of molecules having different and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a diagram showing a molecule for which reaction characteristics are predicted in a lattice model, and FIG. 1B is a diagram showing a van der Waals radius sphere and an atom sphere of atoms constituting the molecule. (c) is a diagram showing an interior spherical surface and a frontier spherical surface of an atomic sphere, (d) is a diagram showing one atom extracted from (c), and (e) is an illustration on the atomic sphere at predetermined equal intervals. It is a figure which shows the set probe point, the molecule | numerator surrounding surface, the molecule | numerator enclosure space, and component space.
FIG. 2 shows a Kohonen obtained by applying the present invention, each small unit square representing a neuron.
3 is a diagram showing molecules classified by display symbols appearing in Kohonen shown in FIG. 2;
4 is a diagram showing molecules classified by display symbols appearing in Kohonen as in FIG. 3;
[Explanation of symbols]
1 molecule
2a, 2b, 2c atoms
3 Van der Waals radius spherical surface
4 Atomic sphere
5 Frontier spherical surface
6 Interior spherical surface
7 Probe points
20 Molecular enveloping surface
21 Molecular enclosure
22 Component space
23 Component surrounding surface
Claims (13)
前記原子球面上に所定均等間隔毎にプローブ点を設け、
各々の原子毎に、前記インテリア球面を切り取る面と前記フロンティア球面とによって囲われた空間を占有する度合いを相当する原子の空間占有度として求め、
各々の原子の前記フロンティア球面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した単位電荷と前記分子を構成する全ての原子の電荷との間の静電エネルギーを求め、前記静電エネルギーの相当する原子の前記フロンティア球面上の和を相当する原子の静電的因子として求め、
各々の原子の前記フロンティア球面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した所定の立体特性を有するプローブ原子と前記分子を構成する全ての原子との間のファンデルワールズエネルギーを求め、前記ファンデルワールズエネルギーの相当する原子の前記フロンティア球面上の和を相当する原子の立体的因子として求め、
前記空間占有度と前記静電的因子と前記立体的因子とを相当する原子の反応特性値とし、各々の原子毎の前記反応特性値を求め、
前記予測対象である分子に対し求めた前記反応特性値と反応特性が既知である前記複数のデータ分子に対し求めた前記反応特性値とを比較し、前記反応特性値が近いほど反応特性がより類似すると判断することによって、前記予測対象である分子の反応特性を予測し、
前記空間占有度は、前記インテリア球面を切り取る面と前記フロンティア球面とによって囲われた前記空間の体積である
ことを特徴とする分子の反応特性予測方法。For each atom constituting the molecule to be predicted, an atomic sphere surrounding the atom is drawn, and the portion of the atomic sphere that intersects the atomic sphere of another atom is an interior spherical surface, and the interior spherical surface of the atomic spherical surface is the interior spherical surface. Except for the frontier spherical surface,
Probing points are provided on the atomic sphere at predetermined equal intervals,
For each atom, obtain the degree of space occupancy of the corresponding atom as the degree of occupying the space surrounded by the surface that cuts out the interior sphere and the frontier sphere,
For each of the probe points on the frontier sphere of each atom, an electrostatic energy between a unit charge set at the probe point and charges of all atoms constituting the molecule is obtained, and the electrostatic energy The sum of the corresponding atoms on the frontier sphere is obtained as an electrostatic factor of the corresponding atoms,
For each of the probe points on the frontier sphere of each atom, van der Waals energy between the probe atom having a predetermined steric characteristic set at the probe point and all atoms constituting the molecule is obtained. , The sum of the atoms corresponding to the van der Waals energy on the frontier sphere is determined as a three-dimensional factor of the corresponding atoms,
The space occupancy, the electrostatic factor, and the steric factor are the reaction characteristic values of the corresponding atoms, and the reaction characteristic value for each atom is determined.
The reaction characteristic value obtained for the molecule to be predicted is compared with the reaction characteristic value obtained for the plurality of data molecules whose reaction characteristics are known. The closer the reaction characteristic value, the more the reaction characteristic. By judging that they are similar, predict the reaction characteristics of the molecule to be predicted ,
The method for predicting molecular reaction characteristics , wherein the space occupancy is a volume of the space surrounded by a surface cut out from the interior spherical surface and the frontier spherical surface .
前記原子球面上に所定均等間隔毎にプローブ点を設け、
各々の原子毎に、前記インテリア球面を切り取る面と前記フロンティア球面とによって囲われた空間を占有する度合いを相当する原子の空間占有度として求め、
各々の原子の前記フロンティア球面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した単位電荷と前記分子を構成する全ての原子の電荷との間の静電エネルギーを求め、前記静電エネルギーの相当する原子の前記フロンティア球面上の和を相当する原子の静電的因子として求め、
各々の原子の前記フロンティア球面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した所定の立体特性を有するプローブ原子と前記分子を構成する全ての原子との間のファンデルワールズエネルギーを求め、前記ファンデルワールズエネルギーの相当する原子の前記フロンティア球面上の和を相当する原子の立体的因子として求め、
前記空間占有度と前記静電的因子と前記立体的因子とを相当する原子の反応特性値とし、各々の原子毎の前記反応特性値を求め、
前記予測対象である分子に対し求めた前記反応特性値と反応特性が既知である前記複数のデータ分子に対し求めた前記反応特性値とを比較し、前記反応特性値が近いほど反応特性がより類似すると判断することによって、前記予測対象である分子の反応特性を予測し、
前記空間占有度は、前記フロンティア球面上に存在する前記プローブ点の個数である
ことを特徴とする分子の反応特性予測方法。For each atom constituting the molecule to be predicted, an atomic sphere surrounding the atom is drawn, and the portion of the atomic sphere that intersects the atomic sphere of another atom is an interior spherical surface, and the interior spherical surface of the atomic spherical surface is the interior spherical surface. Except for the frontier spherical surface,
Probing points are provided on the atomic sphere at predetermined equal intervals,
For each atom, obtain the degree of space occupancy of the corresponding atom as the degree of occupying the space surrounded by the surface that cuts out the interior sphere and the frontier sphere,
For each of the probe points on the frontier sphere of each atom, an electrostatic energy between a unit charge set at the probe point and charges of all atoms constituting the molecule is obtained, and the electrostatic energy The sum of the corresponding atoms on the frontier sphere is obtained as an electrostatic factor of the corresponding atoms,
For each of the probe points on the frontier sphere of each atom, van der Waals energy between the probe atom having a predetermined steric characteristic set at the probe point and all atoms constituting the molecule is obtained. , The sum of the atoms corresponding to the van der Waals energy on the frontier sphere is determined as a three-dimensional factor of the corresponding atoms,
The space occupancy, the electrostatic factor, and the steric factor are the reaction characteristic values of the corresponding atoms, and the reaction characteristic value for each atom is determined.
The reaction characteristic value obtained for the molecule to be predicted is compared with the reaction characteristic value obtained for the plurality of data molecules whose reaction characteristics are known. The closer the reaction characteristic value, the more the reaction characteristic. By judging that they are similar, predict the reaction characteristics of the molecule to be predicted ,
The method for predicting molecular reaction characteristics , wherein the space occupancy is the number of the probe points existing on the frontier sphere .
前記原子球面上に所定均等間隔毎にプローブ点を設け、
各々の原子毎に、前記インテリア球面を切り取る面と前記フロンティア球面とによって囲われた空間を占有する度合いを相当する原子の空間占有度として求め、
各々の原子の前記フロンティア球面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した単位電荷と前記分子を構成する全ての原子の電荷との間の静電エネルギーを求め、前記静電エネルギーの相当する原子の前記フロンティア球面上の和を相当する原子の静電的因子として求め、
各々の原子の前記フロンティア球面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した所定の立体特性を有するプローブ原子と前記分子を構成する全ての原子との間のファンデルワールズエネルギーを求め、前記ファンデルワールズエネルギーの相当する原子の前記フロンティア球面上の和を相当する原子の立体的因子として求め、
前記空間占有度と前記静電的因子と前記立体的因子とを相当する原子の反応特性値とし、各々の原子毎の前記反応特性値を求め、
前記予測対象である分子に対し求めた前記反応特性値と反応特性が既知である前記複数のデータ分子に対し求めた前記反応特性値とを比較し、前記反応特性値が近いほど反応特性がより類似すると判断することによって、前記予測対象である分子の反応特性を予測し、
前記空間占有度は、前記フロンティア球面の面積である
ことを特徴とする分子の反応特性予測方法。For each atom constituting the molecule to be predicted, an atomic sphere surrounding the atom is drawn, and the portion of the atomic sphere that intersects the atomic sphere of another atom is an interior spherical surface, and the interior spherical surface of the atomic spherical surface is the interior spherical surface. Except for the frontier spherical surface,
Probing points are provided on the atomic sphere at predetermined equal intervals,
For each atom, obtain the degree of space occupancy of the corresponding atom as the degree of occupying the space surrounded by the surface that cuts out the interior sphere and the frontier sphere,
For each of the probe points on the frontier sphere of each atom, an electrostatic energy between a unit charge set at the probe point and charges of all atoms constituting the molecule is obtained, and the electrostatic energy The sum of the corresponding atoms on the frontier sphere is obtained as an electrostatic factor of the corresponding atoms,
For each of the probe points on the frontier sphere of each atom, van der Waals energy between the probe atom having a predetermined steric characteristic set at the probe point and all atoms constituting the molecule is obtained. , The sum of the atoms corresponding to the van der Waals energy on the frontier sphere is determined as a three-dimensional factor of the corresponding atoms,
The space occupancy, the electrostatic factor, and the steric factor are the reaction characteristic values of the corresponding atoms, and the reaction characteristic value for each atom is determined.
The reaction characteristic value obtained for the molecule to be predicted is compared with the reaction characteristic value obtained for the plurality of data molecules whose reaction characteristics are known. The closer the reaction characteristic value, the more the reaction characteristic. By judging that they are similar, predict the reaction characteristics of the molecule to be predicted ,
The method for predicting molecular reaction characteristics , wherein the space occupancy is an area of the frontier spherical surface .
前記立体的因子は、相当する前記構成要素空間の前記フロンティア球面上の前記ファンデルワールズエネルギーの前記和を対応する前記空間占有度によって除算し規格化されていることを特徴とする請求項1、2または3のいずれか1項に記載の分子の反応特性予測方法。The electrostatic factor is normalized by dividing the sum of the electrostatic energy on the frontier sphere of the corresponding component space by the corresponding space occupancy,
The steric factor is normalized by dividing the sum of the van der Waals energies on the frontier sphere of the corresponding component space by the corresponding space occupancy. 4. The method for predicting molecular reaction characteristics according to any one of 2 and 3.
分子の空間的大きさを反映するように分子包囲面を設定し、前記分子包囲面で囲われた空間を分子包囲空間とし、
所定の空間分割手順に従って、前記分子包囲空間を分子の反応特性を特徴づける複数の構成要素空間に分子を構成する複数の原子の各々の原子がそれぞれ前記構成要素空間内に含まれるように分割し、前記構成要素空間を囲う輪郭面を構成要素包囲面とし、
各々の前記構成要素包囲面のうち前記分子包囲面上にある部分を各々の前記構成要素空間のフロンティア包囲面とし、
各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上に所定均等間隔毎にプローブ点を設け、
各々の前記構成要素空間毎に、前記分子包囲空間を占有する度合いを各々の前記構成要素空間の空間占有度として求め、
各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した単位電荷と前記分子を構成する全ての原子の電荷との間の静電エネルギーを求め、前記静電エネルギーの相当する前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の和を相当する前記構成要素空間の静電的因子として求め、
各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した所定の立体特性を有するプローブ原子と前記分子を構成する全ての原子との間のファンデルワールズエネルギーを求め、前記ファンデルワールズエネルギーの相当する前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の和を相当する前記構成要素空間の立体的因子として求め、
前記空間占有度と前記静電的因子と前記立体的因子とを相当する前記構成要素空間の反応特性値とし、各々の前記構成要素空間毎の前記反応特性値を求め、
反応特性が既知である複数のデータ分子を選択し、前記データ分子毎に前記データ分子を構成する原子に対応する前記構成要素空間毎の前記反応特性値を求め、
前記予測対象である分子に対し求めた前記反応特性値と反応特性が既知である前記複数のデータ分子に対し求めた前記反応特性値とを比較し、前記反応特性値が近いほど反応特性がより類似すると判断することによって、前記予測対象である分子の反応特性を予測し、
前記分子包囲面は、前記分子のフロンティア分子軌道によって形成される空間を囲う包囲面であり、
前記所定の空間分割手順は分子を構成する原子の中心を母点とし前記分子包囲空間をボロノイ分割することであり、前記構成要素空間は前記ボロノイ分割によって形成されるボロノイ領域であり、
前記空間占有度は、前記構成要素空間の体積である
ことを特徴とする分子の反応特性予測方法。A molecular reaction characteristic prediction method for predicting a reaction characteristic of a molecule to be predicted,
The molecular encircling surface is set to reflect the spatial size of the molecule, and the space surrounded by the molecular encircling surface is defined as the molecular encircling space,
In accordance with a predetermined space division procedure, the molecular enclosure space is divided into a plurality of component spaces characterizing the reaction characteristics of the molecule so that each atom of the plurality of atoms constituting the molecule is included in the component space. , The contour surface surrounding the component space as a component surrounding surface,
A portion of each component surrounding surface on the molecule surrounding surface is defined as a frontier surrounding surface of each component space,
Providing probe points at predetermined equal intervals on the frontier surrounding surface of each component space,
For each of the component spaces, the degree of occupying the molecular enclosure space is determined as the space occupancy of each component space,
For each of the probe points on the frontier surrounding surface of each of the component spaces, obtain the electrostatic energy between the unit charge set at the probe point and the charges of all the atoms constituting the molecule, Obtaining the sum of the component space corresponding to the electrostatic energy on the frontier surrounding surface as an electrostatic factor of the component space corresponding to
For each probe point on the frontier surrounding surface of each component space, a van der between probe atoms having a predetermined steric characteristic set at the probe point and all atoms constituting the molecule Finding the World's energy, obtaining the sum of the component space corresponding to the van der Waals energy on the frontier surrounding surface as a corresponding three-dimensional factor of the component space,
The reaction characteristic value of the component space corresponding to the degree of space occupancy, the electrostatic factor, and the three-dimensional factor, and obtaining the reaction characteristic value for each of the component spaces,
Selecting a plurality of data molecules whose reaction characteristics are known, and determining the reaction characteristic value for each component space corresponding to the atoms constituting the data molecule for each data molecule;
The reaction characteristic value obtained for the molecule to be predicted is compared with the reaction characteristic value obtained for the plurality of data molecules whose reaction characteristics are known. The closer the reaction characteristic value, the more the reaction characteristic. By judging that they are similar, predict the reaction characteristics of the molecule to be predicted ,
The molecular surrounding surface is an surrounding surface that surrounds a space formed by the frontier molecular orbitals of the molecule,
The predetermined space division procedure is to perform Voronoi division of the molecular enclosure space with a center of atoms constituting the molecule as a generating point, and the component space is a Voronoi region formed by the Voronoi division,
The method for predicting molecular reaction characteristics , wherein the space occupancy is a volume of the component space .
分子の空間的大きさを反映するように分子包囲面を設定し、前記分子包囲面で囲われた空間を分子包囲空間とし、
所定の空間分割手順に従って、前記分子包囲空間を分子の反応特性を特徴づける複数の構成要素空間に分子を構成する複数の原子の各々の原子がそれぞれ前記構成要素空間内に含まれるように分割し、前記構成要素空間を囲う輪郭面を構成要素包囲面とし、
各々の前記構成要素包囲面のうち前記分子包囲面上にある部分を各々の前記構成要素空間のフロンティア包囲面とし、
各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上に所定均等間隔毎にプローブ点を設け、
各々の前記構成要素空間毎に、前記分子包囲空間を占有する度合いを各々の前記構成要素空間の空間占有度として求め、
各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した単位電荷と前記分子を構成する全ての原子の電荷との間の静電エネルギーを求め、前記静電エネルギーの相当する前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の和を相当する前記構成要素空間の静電的因子として求め、
各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した所定の立体特性を有するプローブ原子と前記分子を構成する全ての原子との間のファンデルワールズエネルギーを求め、前記ファンデルワールズエネルギーの相当する前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の和を相当する前記構成要素空間の立体的因子として求め、
前記空間占有度と前記静電的因子と前記立体的因子とを相当する前記構成要素空間の反応特性値とし、各々の前記構成要素空間毎の前記反応特性値を求め、
反応特性が既知である複数のデータ分子を選択し、前記データ分子毎に前記データ分子を構成する原子に対応する前記構成要素空間毎の前記反応特性値を求め、
前記予測対象である分子に対し求めた前記反応特性値と反応特性が既知である前記複数のデータ分子に対し求めた前記反応特性値とを比較し、前記反応特性値が近いほど反応特性がより類似すると判断することによって、前記予測対象である分子の反応特性を予測し、
前記分子包囲面は、前記分子のフロンティア分子軌道によって形成される空間を囲う包 囲面であり、
前記所定の空間分割手順は分子を構成する原子の中心を母点とし前記分子包囲空間をボロノイ分割することであり、前記構成要素空間は前記ボロノイ分割によって形成されるボロノイ領域であり、
前記空間占有度は、前記フロンティア包囲面上に存在する前記プローブ点の個数である
ことを特徴とする分子の反応特性予測方法。A molecular reaction characteristic prediction method for predicting a reaction characteristic of a molecule to be predicted,
The molecular encircling surface is set to reflect the spatial size of the molecule, and the space surrounded by the molecular encircling surface is defined as the molecular encircling space,
In accordance with a predetermined space division procedure, the molecular enclosure space is divided into a plurality of component spaces characterizing the reaction characteristics of the molecule so that each atom of the plurality of atoms constituting the molecule is included in the component space. , The contour surface surrounding the component space as a component surrounding surface,
A portion of each component surrounding surface on the molecule surrounding surface is defined as a frontier surrounding surface of each component space,
Providing probe points at predetermined equal intervals on the frontier surrounding surface of each component space,
For each of the component spaces, the degree of occupying the molecular enclosure space is determined as the space occupancy of each component space,
For each of the probe points on the frontier surrounding surface of each of the component spaces, obtain the electrostatic energy between the unit charge set at the probe point and the charges of all the atoms constituting the molecule, Obtaining the sum of the component space corresponding to the electrostatic energy on the frontier surrounding surface as an electrostatic factor of the component space corresponding to
For each probe point on the frontier surrounding surface of each component space, a van der between probe atoms having a predetermined steric characteristic set at the probe point and all atoms constituting the molecule Finding the World's energy, obtaining the sum of the component space corresponding to the van der Waals energy on the frontier surrounding surface as a corresponding three-dimensional factor of the component space,
The reaction characteristic value of the component space corresponding to the degree of space occupancy, the electrostatic factor, and the three-dimensional factor, and obtaining the reaction characteristic value for each of the component spaces,
Selecting a plurality of data molecules whose reaction characteristics are known, and determining the reaction characteristic value for each component space corresponding to the atoms constituting the data molecule for each data molecule;
The reaction characteristic value obtained for the molecule to be predicted is compared with the reaction characteristic value obtained for the plurality of data molecules whose reaction characteristics are known. The closer the reaction characteristic value, the more the reaction characteristic. By judging that they are similar, predict the reaction characteristics of the molecule to be predicted ,
The molecule surrounding surface is wrapped 囲面 surrounding the space formed by the frontier molecular orbital of the molecule,
The predetermined space division procedure is to perform Voronoi division of the molecular enclosure space with a center of atoms constituting the molecule as a generating point, and the component space is a Voronoi region formed by the Voronoi division,
The method for predicting molecular reaction characteristics , wherein the space occupancy is the number of probe points existing on the frontier surrounding surface .
分子の空間的大きさを反映するように分子包囲面を設定し、前記分子包囲面で囲われた空間を分子包囲空間とし、
所定の空間分割手順に従って、前記分子包囲空間を分子の反応特性を特徴づける複数の構成要素空間に分子を構成する複数の原子の各々の原子がそれぞれ前記構成要素空間内に含まれるように分割し、前記構成要素空間を囲う輪郭面を構成要素包囲面とし、
各々の前記構成要素包囲面のうち前記分子包囲面上にある部分を各々の前記構成要素空間のフロンティア包囲面とし、
各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上に所定均等間隔毎にプローブ点を設け、
各々の前記構成要素空間毎に、前記分子包囲空間を占有する度合いを各々の前記構成要素空間の空間占有度として求め、
各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した単位電荷と前記分子を構成する全ての原子の電荷との間の静電エネルギーを求め、前記静電エネルギーの相当する前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の和を相当する前記構成要素空間の静電的因子として求め、
各々の前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の各々の前記プローブ点毎に、前記プローブ点に設定した所定の立体特性を有するプローブ原子と前記分子を構成する全ての原子との間のファンデルワールズエネルギーを求め、前記ファンデルワールズエネルギーの相当する前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の和を相当する前記構成要素空間の立体的因子として求め、
前記空間占有度と前記静電的因子と前記立体的因子とを相当する前記構成要素空間の反応特性値とし、各々の前記構成要素空間毎の前記反応特性値を求め、
反応特性が既知である複数のデータ分子を選択し、前記データ分子毎に前記データ分子を構成する原子に対応する前記構成要素空間毎の前記反応特性値を求め、
前記予測対象である分子に対し求めた前記反応特性値と反応特性が既知である前記複数のデータ分子に対し求めた前記反応特性値とを比較し、前記反応特性値が近いほど反応特性がより類似すると判断することによって、前記予測対象である分子の反応特性を予測し、
前記分子包囲面は、前記分子のフロンティア分子軌道によって形成される空間を囲う包囲面であり、
前記所定の空間分割手順は分子を構成する原子の中心を母点とし前記分子包囲空間をボロノイ分割することであり、前記構成要素空間は前記ボロノイ分割によって形成されるボロノイ領域であり、
前記空間占有度は、前記フロンティア包囲面の面積である
ことを特徴とする分子の反応特性予測方法。A molecular reaction characteristic prediction method for predicting a reaction characteristic of a molecule to be predicted,
The molecular encircling surface is set to reflect the spatial size of the molecule, and the space surrounded by the molecular encircling surface is defined as the molecular encircling space,
In accordance with a predetermined space division procedure, the molecular enclosure space is divided into a plurality of component spaces characterizing the reaction characteristics of the molecule so that each atom of the plurality of atoms constituting the molecule is included in the component space. , The contour surface surrounding the component space as a component surrounding surface,
A portion of each component surrounding surface on the molecule surrounding surface is defined as a frontier surrounding surface of each component space,
Providing probe points at predetermined equal intervals on the frontier surrounding surface of each component space,
For each of the component spaces, the degree of occupying the molecular enclosure space is determined as the space occupancy of each component space,
For each of the probe points on the frontier surrounding surface of each of the component spaces, obtain electrostatic energy between unit charges set at the probe points and charges of all atoms constituting the molecule, Obtaining the sum of the component space corresponding to the electrostatic energy on the frontier surrounding surface as an electrostatic factor of the component space corresponding to
For each probe point on the frontier surrounding surface of each component space, a van der between probe atoms having a predetermined steric characteristic set at the probe point and all atoms constituting the molecule Finding the World's energy, obtaining the sum of the component space corresponding to the van der Waals energy on the frontier surrounding surface as a corresponding three-dimensional factor of the component space,
The reaction characteristic value of the component space corresponding to the degree of space occupancy, the electrostatic factor, and the three-dimensional factor, and obtaining the reaction characteristic value for each of the component spaces,
Selecting a plurality of data molecules whose reaction characteristics are known, and determining the reaction characteristic value for each component space corresponding to the atoms constituting the data molecule for each data molecule;
The reaction characteristic value obtained for the molecule to be predicted is compared with the reaction characteristic value obtained for the plurality of data molecules whose reaction characteristics are known. The closer the reaction characteristic value, the more the reaction characteristic. By judging that they are similar, predict the reaction characteristics of the molecule to be predicted ,
The molecular surrounding surface is an surrounding surface that surrounds a space formed by the frontier molecular orbitals of the molecule,
The predetermined space division procedure is to perform Voronoi division of the molecular enclosure space with a center of atoms constituting the molecule as a generating point, and the component space is a Voronoi region formed by the Voronoi division,
The molecular reaction characteristic prediction method , wherein the space occupancy is an area of the frontier surrounding surface .
前記立体的因子は、相当する前記構成要素空間の前記フロンティア包囲面上の前記ファンデルワールズエネルギーの前記和を対応する前記空間占有度によって除算し規格化されていることを特徴とする請求項6、7または8のいずれか1項に記載の分子の反応特性予測方法。The electrostatic factor is normalized by dividing the sum of the electrostatic energy on the frontier surrounding surface of the corresponding component space by the corresponding space occupancy,
7. The three-dimensional factor is normalized by dividing the sum of the van der Waals energies on the frontier surrounding surface of the corresponding component space by the corresponding space occupancy. 7. The method for predicting molecular reaction characteristics according to any one of 7 and 8.
これらの3次元ベクトルを入力データとして、自己組織化ニューラルネットワークの手法に従って処理し、処理した結果を反応特性予測用マップに表示し、
前記予測対象である分子の前記反応特性予測用マップにおける位置を調べることによって前記予測対象である分子の反応特性を予測する
ことを特徴とする請求項1、2、3、6、7または8のいずれか1項に記載の分子の反応特性予測方法。For each of the data molecules of the plurality of data molecules, a three-dimensional reaction characteristic value is obtained from the values of the space occupancy, the electrostatic factor, and the steric factor obtained for each atom constituting the data molecule. Forming a vector,
These three-dimensional vectors are processed as input data according to the self-organizing neural network method, and the processing results are displayed on the reaction characteristic prediction map.
The reaction characteristic of the molecule to be predicted is predicted by examining the position of the molecule to be predicted in the reaction characteristic prediction map. The method for predicting reaction characteristics of a molecule according to any one of the above items.
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