1. はじめに

　生理活性の構造活性相関や溶解度などの物性特性との相関に化合物の分子体積や表面積が用いられていることが多い。その分子の表面には一般に３種類の定義があるが、いずれの定義も回転異性体をはじめ、蛇状や籠状の分子の場合、分子中心側へ他分子が侵入できない空間は、その分子固有の占有空間ではあるが計算できない。また、外部と接することができない内側の表面も計算してしまい、接触表面としても適当でないと思われる。そこで、これらに対応するため、ボロノイ多面体を用いて、分子固有の空間を求めるため、体積や表面積を計算するプログラムを作成した。前報1）では水溶液への適用を試みた。本報告では、さらに、体積・表面積計算ルーチンの改良を行い、液体への適用について検討した。VDW体積・表面積との比較を含めて考察する。本計算は市販の HyperChem（Hypercube Inc.製）を用いて、メタノールなどの分子を構築し、さらに構造を最適し、続いてNTVアンサンブルのもとで、分子動力学計算を行った。その結果より、AllenとTildesleyの「Computer Simulation of Liquids」中のF.35「The Voronoi construction in 3d」プログラム2)を一部改良して、多面体体積と表面積計算機能とHyperChemソフトへのデータ受け渡し機能をつけたプログラムを用いて、個々の分子のボロノイ多面体体積と表面積を求めた。また、VDW体積と表面積はChemPlusで計算した。

2. 方法および結果

　今回、計算対象分子は、パソコンレベルでの計算のため、メタノール、エタノール、エタン、プロパン、ブタンとした。HyperChemで作成し、MM2分子計算で構造最適化し、さらに、MNDOで電荷計算し、各温度の密度から求めた周期ボックスに３０個の分子を配置し（図１にブタンの例を示す）、１気圧、それぞれの温度で、HyperChemを用いて周期境界条件で分子動力学計算を行った。１フェムト秒のステップで５０ピコ秒までを５回繰り返し、計２５０ピコ秒まで行った。それぞれ５回のデータを保存し、ボロノイ多面体計算によって、個々の分子のボロノイ多面体体積と表面積を求めた。また、VDW体積と表面積はChemPlusで求めた。温度［Ｋ］、密度からの分子容［Å^３/個］、各250ピコ秒後のボロノイ体積［Å^３］の平均値とVDW体積［Å^３］の計算例を表に示す。また、各分子のシミュレーションによるボロノイ体積と表面積の経時変化について、図２・３に示す。ボロノイ体積の平均値は一定の収束値を示し、その大きさの傾向はVDW体積や分子容の傾向と一致している。しかし、分子1個あたりの占有空間がVDW体積や分子容と比べて非常に大きく、また、周期ボックス近辺の分子が正常に計算されているかなど、現在、３０個の分子、一つずつについて検討している。今後、より、大きな分子について、計算し、プログラム修正と各分子動力学ソフトとの連結を進めていく予定である。

　

参考文献：1）長尾輝夫、化学ソフトウェア学会‘９７研究討論会講演要旨集106、40-41