遷移状態データベース V JP19 (山口大工) ⃝山口徹、堀憲次＊ からデータの検索・登録を行う TSDB_View の開 発を既に完了している。Reaction_View(現在のと ころ JMOL を利用している)は、 分子の立体構造、 近年、AIPHOS 等の合成経路設計システム（SRDS） IRC アニメーションの表示を行なう。TS_Search の開発により、有機合成の深い知識を持たない研 [2]は、MOPAC、Gaussian98 と連携して効率的に 究者でさえ、合成経路設計が可能となってきた。 TS を探索する機能を有している。 しかしながら、SRDS により提案された合成経路す 現在、TSLB の情報を表示するプログラムとし べてが、目的化合物を与えるとは限らない。その TSDB_View を用いている。このプログラムには簡 ため、与えられた経路により目的化合物が合成可 単な検索機能（TS は反応名、骨格名、生成物名と 能かどうかに関する情報を、実際の合成実験をは いった文字列を用いて検索することができる）が じめる前に得ることが、新規合成法開発のために ついているものの、データが増加するにつれてそ 非常に重要と考えられる。このことを達成するた の不十分さが目立つようになってきた。例えば、 めには、(1) 遷移状態データベース（TSDB）とそ TSDB_View には分子構造検索機能が欠けており、 れからのデータを利用した新規計算を併用して、 効率良い TS 検索ができない。また、新規化合物 反応機構の詳細を検討することにより反応経路 に関する類似反応の TS に関する情報を検索する の有無を調べ、(2)実験化学者と計算化学者との には、ターゲット分子に類似の既知分子の合成反 連携により合成法やその実験条件を検討するこ 応に関する情報を検索する必要があり、構造検索 とが必要であることを、我々はこれまで述べてき におけるあいまい検索が求められる。TSDB には た。本研究では、TSDB[1]を補助し、構造検索を この検索機能は不可欠のものと考えられるが、そ 可能とするシステム（Find_TSINFO）の開発を行 れを現行のプログラムに取り入れるには多大な うことを目的とした。また、開発されたプログラ 開発時間がかかると予想される。そのため、市販 ムを用いて検索を行う方法について解説を行っ されているデータベース作成プログラムの検索 た。 機能を利用することを検討した。今回は、比較的 容易に手に入り、さらに TSDB を使うユーザの多 2. TSDB の概要 くが利用していると予想されることを考慮して、 TSDB は、図 1 に示すようないくつかのプログ ChemFinder を使うこととした。 ラムを有機的に連携させたものである。データベ TSDB に新たな機能である分子構造検索を有す ース関連の要素として、遷移状態の情報を保持す る検索エンジン Find_ TSINFO を ChemFinder を用 る遷移状態ライブラリ（TSLB） 、このライブラリ いての作成した。このとき、TSLB の情報をイク スポートす るために、 TS_Search TSLB データ Find_TSINFO Minimum energy path の一覧表を Saddle 作成し、その Search similar Energy contour skeletone 情報と Chem Substitution(chain and ring) Finder の ス クリプト言 語を用いて データ変換 TSDB_View Reaction_View(JMol) し 、 Find_ Display of data TSINFO 用 Display molecules Add data of new TSs Transition State animation of IRCs のデータを Initial geometry Library (TSLB) Animation of vibrations for a new TS search 作成した。こ れにより、今 1. 緒言 図1 TSDBプログラムの概要 *[email protected] までの TSDB の資源を生かしつつ分子構造検索機 能を追加することが可能となった。 このように今回の TSDB の主な改善点は、デー タ登録機能と探索機能を分けたことである。現在 の TSLB はデータが ASCII コードで保存されてお り、このままでは配布する際の安全性、データサ イズなどの観点から問題が多い。TSDB_View によ る 登 録 機 能 と ChemFinder を 用 い て 作 成 し た Find_TSINFO による検索機能を分離することに よ り、 この欠 点の 解消が 期待 される 。ま た、 ChemFinder には容易に Chem3D や ChemDraw の 機能をリンクさせることができることができる ため、運用上のメリットも大きいと考えられる。 3. Find_TSINFO の概要 Find_TSINFO には TSLB から、(1)化学反応式、 (2)反応名、(3)骨格名、(4)生成物名、(5)生成物の 構造式、(6)遷移状態等の構造(座標)が受け渡され る。さらに、標準の計算方法である PM3 または B3LYP/ 6-31G*で計算された反応物、生成物、TS 計算の有無の情報もウインドー中に示される。図 2 に Find_ TSINFO のウインドーを示した。 生成物の類似構造は、Structure ウインドー中で 右クリックにより現れるサブメニューで”Edit in ChemDraw”を選択すると ChemDraw のウインドー が現れる。該当する構造式を描き、Find ボタンを クリックすることにより類似構造検索をするこ と がで きる。 複数 のデー タが ヒット した 場合 は、’>’および’<’ボタンでブラウズすることがで きる。例えば、シクロヘキセン環を有する分子を 検索すると、19 個の TS の情報があることが、ウ インドーの右下に示される。Diels-Alder 反応でこ の環を作成する反応が 14 個、ene 反応を用いて合 成する反応が 4 個、Aldol 縮合で合成される 1 個 の反応の TS に関する情報が登録されている。 関連する分子の立体構造は 3D Structures ボタン をクリックすると、該当する構造をもつ Chem3D のウインドーが現れ、確認することができる。構 造検索を行い見出された反応に関して、TS、反応 物、生成物の立体構造を確認することができる。 TS_Search で使用するために、Chem3D を起動 するボタンを作成した。ここで Chem3D のデータ 保存機能により、該当する分子の座標を取り出す ことが可能である。MOPAC または Gaussian98 の フォーマットで保存すると、TS_Search プログラ ムで使用することができる。それらを用いれば、 必要な新規計算のための入力を容易に作成する ことができる。 TSDB を実践的に使用してゆくためには、多岐 にわたる反応の遷移状態のデータ収集及び新た な計算が不可欠である。現在、 我々の研究室でこの作業を続 けている。また、TS の計算か ら TSLB への登録までをコン ピュータにより自動化する方 法も開発中であり、今後 TS の データ収集速度は上昇するこ とが期待される。現在の収集 目標としては、PM3 法により 計算されたデータ 1000 個、ab initio 計算を行ったデータ 300 個を設定している。 [1] 堀憲次、計算化学と情報化 学を融合した合成経路開発シ ステム、ファインケミカル、 32、No.6, 17 (2003). [2] K. Hori, Y. Nagoshi, S. Yamazaki. A System Searching Transition State Geometries, J. Compt. Aided Chem., 1, 89-97(2000). 図 2 ChemFinder を用いた検索プログラ(Find_TSINFO)の表示画面
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