CONFLEX Tutorials

結晶構造の探索

同一の化学式で表される物質に、複数の結晶構造、結晶多形が存在することがあります。
結晶の物性は結晶構造と密接に関係するため、新規医薬品開発や新規機能性材料開発において、薬の有効性や安全性、また材料の機能性を確保するには、候補化合物の結晶多形スクリーニングが重要になります。
CONFLEXは独自のアルゴリズムにより、有機化合物の結晶構造探索と評価を行うことで、結晶多形スクリーニングを実現します。またCONFLEXは、分子のパッキング様式の違いにより生じるパッキング多形や、分子のコンフォメーションの違いにより生じる配座多形のスクリーニングに有効です。

【構造式からの結晶構造探索】

ケンブリッジ結晶学データセンターでは、定期的に、結晶構造予測に関するブラインドテスト (P.M. Lommerse, et al, Acta Cryst. B56, 697-714, 2000)を実施しています。ここでは、ブラインドテストに用いられた5-Cyano-3-hydroxythiophene(II)の結晶構造探索を行う方法について説明します。

Cyano Hydroxythiophene
5-Cyano-3-hydroxythiophene(II)の構造式

まず、IIの分子構造ファイルを作成します。ここでは、分子構造ファイルの作成に、PerkinElmer社のChemDrawを用います。ChemDrawの利用方法は、マニュアルをご覧ください。

ChemDraw Cyano Hydroxythiophene
ChemDrawによるIIの分子構造ファイルの作成

IIの分子構造は、MDL-MOL形式により、“II.mol”として保存します。

II.molファイル

II.mol
ChemDraw08301910352D

  8  8  0  0  0  0  0  0  0  0999 V2000
    0.2633    0.3011    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    1.0883    0.3011    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    0.0083   -0.4836    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    0.6758   -0.9685    0.0000 S   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    1.3432   -0.4836    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    1.5732    0.9685    0.0000 O   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -0.7763   -0.7385    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -1.5732   -0.9520    0.0000 N   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
  1  2  1  0      
  1  3  2  0      
  3  4  1  0      
  4  5  1  0      
  5  2  2  0      
  2  6  1  0      
  3  7  1  0      
  7  8  3  0      
M  END

次に、IIの分子構造最適化を行います。

[Interfaceから実行する場合]

II.molファイルをCONFLEX Interfaceを用いて開きます。

Interface Cyano Hydroxythiophene

Calculationメニューから「CONFLEX」を選択し、開いた計算設定ダイアログのSubmitをクリックします。孤立分子の構造最適化が始まります。

Basic Dialog

[コマンドラインから実行する場合]

II.molをフォルダに格納し、下記コマンドを実行してください。計算が始まります。なお、iniファイルがない場合、CONFLEXは孤立分子の構造最適化をデフォルト設定にて行います。

C:\CONFLEX\bin\flex9a_win_x64.exe   -par   C:\CONFLEX\par   IIenter

上記は、Windowsの場合です。他のOSにおける実行コマンドについては、本書の「実行方法」を参照してください。

次に、IIの配座探索を行います。

[Interfaceから実行する場合]

II-F.molファイルをCONFLEX Interfaceを用いて開きます。

Interface II-F

Calculationメニューから「CONFLEX」を選択し、開いた計算設定ダイアログの「Calculation Type:」のプルダウンメニューから「Confromation Search」を選択します。「Search Limit:」の値は、「10.0」とします。これは、配座探索空間の範囲を決めます。設定が終わりましたら、Submitをクリックします。計算が始まります。

Basic Interface

[コマンドラインから実行する場合]

計算設定は、II-F.iniファイルにキーワードを記述することで行います。

II-F.iniファイル

CONFLEX SEL=10.0

CONFLEXで配座探索を行う場合、「CONFLEXL」キーワードを記述します。
「SEL=10.0」は、配座探索に使用する初期構造のエネルギー範囲(Search Limit)を10.0 kcal/molとすることを意味します。

II-F.molとII-F.iniの二つのファイルを一つのフォルダに格納し、下記コマンドを実行してください。計算が始まります。

C:\CONFLEX\bin\flex9a_win_x64.exe   -par   C:\CONFLEX\par   II-Fenter

上記は、Windowsの場合です。他のOSにおける実行コマンドについては、本書の「実行方法」を参照してください。

配座探索の結果、2つの配座異性体が得られます。ここでは、2番目にエネルギーの低い配座異性体を結晶構造探索計算に用います。そこで、“II-F.sdf”ファイルから、2番目にエネルギーの低い配座異性体の分子構造ファイルを“II-c2.mol”として作成します。II-F.sdfファイルは、II-F.molファイル等と同じフォルダに格納されています。また、Interfaceを利用して配座探索を行った場合、ファイル名が、II-F_conv.sdf、となっています。

II-c2.molファイル

II.mol                                                                          
CONFLEX 19083010373D 1   1.00000     4.54816     1                            
CS  ,E =       4.548, G = 0.974E-10, P =  48.3970, M( 0), IFN =00000002-00000001
 11 11  0     0               999 V2000
    1.1214   -0.0104    0.0000 C   0  0  0  0  0     
    0.7822   -1.3858    0.0000 C   0  0  0  0  0     
   -0.0000    0.7946   -0.0000 C   0  0  0  0  0     
   -1.4433   -0.1296   -0.0000 S   0  0  0  0  0     
   -0.5732   -1.6069    0.0000 C   0  0  0  0  0     
    1.6924   -2.3749    0.0000 O   0  0  0  0  0     
    0.0137    2.2245   -0.0000 C   0  0  0  0  0     
    0.0454    3.3854   -0.0000 N   0  0  0  0  0     
    2.1374    0.3665    0.0000 H   0  0  0  0  0     
   -1.1076   -2.5464    0.0000 H   0  0  0  0  0     
    1.2623   -3.2477    0.0000 H   0  0  0  0  0     
  1  2  1  0     0
  1  3  2  0     0
  3  4  1  0     0
  4  5  1  0     0
  5  2  2  0     0
  2  6  1  0     0
  3  7  1  0     0
  7  8  3  0     0
  1  9  1  0     0
  5 10  1  0     0
  6 11  1  0     0
M  END

最後に、結晶構造探索計算を行います。

[Interfaceから実行する場合]

II-c2.molファイルをCONFLEX Interfaceを用いて開きます。

Interface II_c2

Calculationメニューから「CONFLEX」を選択し、開いた計算設定ダイアログのDetail Settingsをクリックします。詳細設定ダイアログが開きます。

Basic Settings

結晶構造探索計算を実施するために、詳細設定ダイアログの「General Settings」ダイアログにある「Calculation Type:」のプルダウンメニューから、「Crystal Search」を選択します。

General Settings

結晶構造の最適化方法は、デフォルトで「ALL」となります。変更は、「Crystal Calculation」ダイアログの「Crystal optimization:」プルダウンメニューからできます。また、本ダイアログでは、カットオフ距離や計算方法等の分子間相互作用計算に関する設定も可能です。

Crystal Opt

次に、「Crystal Search」ダイアログで、結晶構造探索計算の設定を行います。
まず、探索に利用する空間群を選択するために、「Search Space Group:」のSelectをクリックします。

Interface Crystal Search

開いたダイアログでは、Cambridge Structural Databaseを用いた統計解析から、有機結晶で多く見られる空間群のTop 10が表示されています。
すべての空間群のチェックボックスにチェックを入れ「OK」をクリックします。

Interface SPGP

「Rotation Method:」と「Position Prediction Method:」は、分子の回転方法と配置方法を設定します。ここでは、ランダムに決めるとして、両者とも「Random」を選択します。詳細に探索を行いたい場合は、それぞれ「Grid」と「Full」を選択してください。
「Trial Structures:」は、生成する試行結晶構造数を設定します。ここでは、試行結晶構造数は10000とします。試行結晶構造数を多くすることで、探索の信頼性が向上しますが、その分計算負荷は大きくなります。

Crystal Search Set

設定が終わりましたら、Submitをクリックします。計算が始まります。

[コマンドラインから実行する場合]

計算設定は、II-c2.iniファイルにキーワードを記述することで行います。

II-c2.iniファイル

CRYSTAL_SEARCH
CSP_SPGP=(P21/C,P-1,C2/C,P212121,P21,PBCA,PNA21,PNMA,CC,P1)  
CSP_ROT_MODE=RANDOM 
CSP_AUS_MODE=RANDOM 
CSP_MAX_CRYSTAL=10000  
CRYSTAL_OPTIMIZATION=ALL  

CONFLEXで結晶構造探索を行う場合、「CRYSTAL_SEARCH」を記述します。
探索に利用する空間群は、「CSP_SPGP=」で設定します。ここでは、P21/cP-1、C2/cP212121P21PbcaPna21PnmaCcP1を指定します。Cambridge Structural Databaseを用いた統計解析から、有機結晶の約9割が、先に示す空間群に属することが報告されています。
「CSP_ROT_MODE=」と「CSP_AUS_MODE=」は、それぞれ、分子の回転方法と配置方法を設定します。ここでは、それぞれランダムに決めるとして、両者とも「RANDOM」を設定します。詳細に探索を行いたい場合、それぞれ「Grid」と「Full」を設定します。
「CSP_MAX_CRYSTAL=」は、生成する試行結晶構造数を設定します。ここでは、試行結晶構造数は10000とします。試行結晶構造数を多くすることで、予測の信頼性が向上しますが、その分計算負荷は大きくなります。
「CRYSTAL_OPTIMIZATION=」は結晶構造最適化方法を指定します。ここでは、「ALL」を指定し、非対称単位の分子構造、分子配向、分子位置、および格子定数を最適化します。

II-c2.molとII-c2.iniの二つのファイルを一つのフォルダに格納し、下記コマンドを実行してください。計算が始まります。

C:\CONFLEX\bin\flex9a_win_x64.exe   -par   C:\CONFLEX\par   II-c2enter

上記は、Windowsの場合です。他のOSにおける実行コマンドについては、本書の「実行方法」を参照してください。

計算結果

計算が終了すると、探索計算の詳細情報が出力されたII-c2.cspファイルが得られます。
II-c2.cspファイル内の「*** PREDICTED CRYSTAL STRUCTURES:」部には、結晶構造探索計算で見つかったIIの結晶多形構造に関する情報が結晶エネルギー順で出力されます。
各構造のデータはII-c2-PCS.cifファイルに出力されています。

 *** PREDICTED CRYSTAL STRUCTURES:

  IDX    CID    E_RNK     CRYST      INTRA      INTER        VOL      DES        A         B         C       ALPHA     BETA      GAMMA     SPGP      NCALMOL   NCALATM    DMAX    NNEV 
    3    571      1     -15.7921     4.6942   -20.4864    607.6657   1.3663    9.5996    8.3419   10.7545   90.0000  135.1221   90.0000   P21/C          365      4015    20.00     0    
   59   5295      2     -15.6634     4.7074   -20.3708    306.9963   1.3522   11.0245    7.0951    4.3469   90.0000  115.4610   90.0000   P21            371      4081    20.00     0    
   90    150      3     -15.6476     4.6816   -20.3292    606.6216   1.3686    7.2689    8.3106   10.7652   90.0000  111.1225   90.0000   P21/C          375      4125    20.00     0    
  100   3622      4     -15.6125     4.7219   -20.3344    614.2783   1.3515    4.3718   19.8181    7.0899   90.0000   90.0000   90.0000   P212121        373      4103    20.00     0    
  201   3677      5     -15.6089     4.6925   -20.3014    612.8164   1.3548    7.6268    9.6305    8.3433   90.0000   90.0000   90.0000   P212121        355      3905    20.00     0    
  211    404      6     -15.5986     4.7162   -20.3147    614.9313   1.3501    4.3234    7.1069   20.0163   90.0000   89.0064   90.0000   P21/C          371      4081    20.00     0    
  227     51      7     -15.4618     4.7170   -20.1789    618.7977   1.3417    4.3746    7.0720   20.4156   90.0000   78.4425   90.0000   P21/C          374      4114    20.00     0    
  233   2134      8     -15.3029     4.7145   -20.0173   1222.4436   1.3583   14.5999    8.3633   10.4384   90.0000   73.5604   90.0000   C2/C           357      3927    20.00     0    
  243    215      9     -15.2948     4.7210   -20.0158    612.9536   1.3545    4.0230    8.3785   18.2131   90.0000   86.8178   90.0000   P21/C          358      3938    20.00     0    
  261     28     10     -15.2940     4.7263   -20.0203    612.5302   1.3554    8.3759   18.2972    8.8552   90.0000   26.8303   90.0000   P21/C          365      4015    20.00     0

ここで、実験構造(左図)とエネルギー順位1の予測結晶構造(右図)とを比較すると、両者がよく一致することが分かります。

Crystal Search CSP II

【分子複合体の結晶構造探索】

複数の分子を非対称単位とした場合の結晶構造探索について説明します。
ここでは、ブラインドテストに用いられた2-amino-4-methylpyrimidineと2-methylbenzoic acidの共結晶を取り上げます。
まず、2-amino-4-methylpyrimidineと2-methylbenzoic acidの分子構造ファイルを作成します。分子構造ファイルの作成には、PerkinElmer社のChemDrawを用います。ChemDrawの利用方法は、マニュアルをご覧ください。

2-amino-4-methylpyrimidineの分子構造は、MDL-MOL形式により、“AMP.mol”として保存します。

ChemDraw AMP

AMP.molファイル

AMP.mol
ChemDraw09022015212D

  8  8  0  0  0  0  0  0  0  0999 V2000
   -0.7145    0.4125    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -0.7145   -0.4125    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -0.0000   -0.8250    0.0000 N   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    0.7145   -0.4125    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    0.7145    0.4125    0.0000 N   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -0.0000    0.8250    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -1.4289   -0.8250    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    1.4289   -0.8250    0.0000 N   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
  1  2  2  0      
  2  3  1  0      
  3  4  2  0      
  4  5  1  0      
  5  6  2  0      
  6  1  1  0      
  2  7  1  0      
  4  8  1  0      
M  END

2-methylbenzoic acidの分子構造は、MDL-MOL形式により、“MBA.mol”として保存します。

ChemDraw MBA

MBA.molファイル

MBA.mol
ChemDraw09022015232D

 10 10  0  0  0  0  0  0  0  0999 V2000
   -1.0717   -0.2062    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -1.0717   -1.0313    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -0.3572   -1.4438    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    0.3572   -1.0313    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    0.3572   -0.2062    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -0.3572    0.2062    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    1.0717    0.2062    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -0.3572    1.0313    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -1.0717    1.4438    0.0000 O   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    0.3572    1.4438    0.0000 O   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
  8  9  2  0      
  8 10  1  0      
  6  8  1  0      
  1  2  2  0      
  2  3  1  0      
  3  4  2  0      
  4  5  1  0      
  5  6  2  0      
  6  1  1  0      
  5  7  1  0      
M  STY  1   1 SUP
M  SLB  1   1   1
M  SAL   1  3   8   9  10
M  SBL   1  1   3
M  SMT   1 COOH
M  SBV   1   3    0.0000   -0.8250
M  END

次に、2-amino-4-methylpyrimidineと2-methylbenzoic acidの分子構造最適化を行います。

[Interfaceから実行する場合]

AMP.molファイルをCONFLEX Interfaceを用いて開きます。

Interface AMP

Calculationメニューから「CONFLEX」を選択し、開いた計算設定ダイアログのSubmitをクリックします。孤立分子の構造最適化が始まります。

Basic Settings

次に、MBA.molファイルをCONFLEX Interfaceを用いて開きます。

Interface MBA

Calculationメニューから「CONFLEX」を選択し、開いた計算設定ダイアログのSubmitをクリックします。孤立分子の構造最適化が始まります。

Basic Settings

[コマンドラインから実行する場合]

AMP.molとMBA.molをフォルダに格納し、下記コマンドを実行してください。計算が始まります。
なお、iniファイルがない場合、CONFLEXは孤立分子の構造最適化をデフォルト設定にて行います。

C:\CONFLEX\bin\flex9a_win_x64.exe   -par   C:\CONFLEX\par   AMP
enter
C:\CONFLEX\bin\flex9a_win_x64.exe   -par   C:\CONFLEX\par   MBA
enter

上記は、Windowsの場合です。他のOSにおける実行コマンドについては、本書の「実行方法」を参照してください。

2-methylbenzoic acidには、いくつかの配座異性体が考えらえます。そのため、まず、2-methylbenzoic acidの配座探索を行います。

[Interfaceから実行する場合]

MBA-F.molファイルをCONFLEX Interfaceを用いて開きます。

Interface MBA-F

Calculationメニューから「CONFLEX」を選択し、開いた計算設定ダイアログの「Calculation Type:」のプルダウンメニューから「Confromation Search」を選択します。「Search Limit:」の値は、「10.0」とします。これは、配座探索空間の範囲を決めます。
設定が終わりましたら、Submitをクリックします。計算が始まります。

Interface MBA cs

[コマンドラインから実行する場合]

計算設定は、MBA-F.iniファイルにキーワードを記述することで行います。

MBA-F.iniファイル

CONFLEX SEL=10.0

CONFLEXで配座探索を行う場合、「CONFLEXL」キーワードを記述します。
「SEL=10.0」は、配座探索に使用する初期構造のエネルギー範囲(Search Limit)を10.0 kcal/molとすることを意味します。

MBA-F.molとMBA-F.iniの二つのファイルを一つのフォルダに格納し、下記コマンドを実行してください。計算が始まります。

C:\CONFLEX\bin\flex9a_win_x64.exe   -par   C:\CONFLEX\par   MBA-Fenter

上記は、Windowsの場合です。他のOSにおける実行コマンドについては、本書の「実行方法」を参照してください。

配座探索の結果、7つの配座異性体が得られます。
ここでは、1番目にエネルギーの低い配座異性体を次の計算に用いることにします。そこで、“MBA-F.sdf”ファイルから、1番目にエネルギーの低い配座異性体の分子構造ファイルを“MBA-c1.mol”として作成します。MBA-F.sdfファイルは、MBA-F.molファイル等と同じフォルダに格納されています。

MBA-c1.molファイル

MBA.mol                                                                         
CONFLEX 20090215293D 1   1.00000    16.90241     3                            
CS  ,E =      16.902, G = 0.213E-06, P =  89.7913, M( 0), IFN =00000001-00000003
 18 18  0     0               999 V2000
   -1.3006    0.8083    0.0000 C   0  0  0  0  0     
   -2.4209   -0.0240    0.0000 C   0  0  0  0  0     
   -2.2574   -1.4041    0.0000 C   0  0  0  0  0     
   -0.9754   -1.9534   -0.0000 C   0  0  0  0  0     
    0.1671   -1.1315   -0.0000 C   0  0  0  0  0     
   -0.0000    0.2708    0.0000 C   0  0  0  0  0     
    1.5196   -1.7909   -0.0000 C   0  0  0  0  0     
    1.1760    1.1942    0.0000 C   0  0  0  0  0     
    2.3544    0.8930    0.0000 O   0  0  0  0  0     
    0.8165    2.4930   -0.0000 O   0  0  0  0  0     
   -1.4568    1.8849    0.0000 H   0  0  0  0  0     
   -3.4187    0.4075    0.0000 H   0  0  0  0  0     
   -3.1277   -2.0558    0.0000 H   0  0  0  0  0     
   -0.8717   -3.0372   -0.0000 H   0  0  0  0  0     
    2.0811   -1.5139    0.8977 H   0  0  0  0  0     
    1.4333   -2.8831   -0.0000 H   0  0  0  0  0     
    2.0811   -1.5139   -0.8977 H   0  0  0  0  0     
    1.6744    2.9669   -0.0000 H   0  0  0  0  0     
  8  9  2  0     0
  8 10  1  0     0
  6  8  1  0     0
  1  2  2  0     0
  2  3  1  0     0
  3  4  2  0     0
  4  5  1  0     0
  5  6  2  0     0
  6  1  1  0     0
  5  7  1  0     0
  1 11  1  0     0
  2 12  1  0     0
  3 13  1  0     0
  4 14  1  0     0
  7 15  1  0     0
  7 16  1  0     0
  7 17  1  0     0
 10 18  1  0     0
M  END

次に、AMP-F.molファイルとMBA-c1.molファイルを用いて、2-amino-4-methylpyrimidineと2-methylbenzoic acid、それぞれ1分子が含まれる分子構造ファイルを“XV.mol”として作成します。XV.molファイルは、AMP-F.molファイルに対して、MBA-c1.molファイルにある原子座標データや結合データを追加して作成しています。XV.molファイルの4行目の「33 33」は、それぞれ、原子数と結合数を示しています。

結合情報「  1  2  2  0     0」は、原子1と原子2が2重結合であることを示します。そのため、2-methylbenzoic acidの結合情報をAMP-F.molファイルに追加する際は、「  8  9  2  0     0」→「 23 24  2  0     0」と原子の通し番号を修正してください。

XV.molファイル

XV.mol                                                                         


 33 33  0     0               999 V2000
    1.2096   -1.0822   -0.0000 C   0  0  0  0  0     
    1.1638    0.2958    0.0000 C   0  0  0  0  0     
   -0.0000    0.9788    0.0000 N   0  0  0  0  0     
   -1.1295    0.2628    0.0000 C   0  0  0  0  0     
   -1.1861   -1.0719    0.0000 N   0  0  0  0  0     
   -0.0075   -1.7194   -0.0000 C   0  0  0  0  0     
    2.4311    1.0955   -0.0000 C   0  0  0  0  0     
   -2.3091    0.9449   -0.0000 N   0  0  0  0  0     
    2.1397   -1.6334   -0.0000 H   0  0  0  0  0     
   -0.0748   -2.8030   -0.0000 H   0  0  0  0  0     
    2.2152    2.1688    0.0000 H   0  0  0  0  0     
    3.0226    0.8673    0.8921 H   0  0  0  0  0     
    3.0226    0.8673   -0.8921 H   0  0  0  0  0     
   -3.1598    0.4121   -0.0000 H   0  0  0  0  0     
   -2.2706    1.9481   -0.0000 H   0  0  0  0  0     
   -1.3006    0.8083    0.0000 C   0  0  0  0  0     
   -2.4209   -0.0240    0.0000 C   0  0  0  0  0     
   -2.2574   -1.4041    0.0000 C   0  0  0  0  0     
   -0.9754   -1.9534   -0.0000 C   0  0  0  0  0     
    0.1671   -1.1315   -0.0000 C   0  0  0  0  0     
   -0.0000    0.2708    0.0000 C   0  0  0  0  0     
    1.5196   -1.7909   -0.0000 C   0  0  0  0  0     
    1.1760    1.1942    0.0000 C   0  0  0  0  0     
    2.3544    0.8930    0.0000 O   0  0  0  0  0     
    0.8165    2.4930   -0.0000 O   0  0  0  0  0     
   -1.4568    1.8849    0.0000 H   0  0  0  0  0     
   -3.4187    0.4075    0.0000 H   0  0  0  0  0     
   -3.1277   -2.0558    0.0000 H   0  0  0  0  0     
   -0.8717   -3.0372   -0.0000 H   0  0  0  0  0     
    2.0811   -1.5139    0.8977 H   0  0  0  0  0     
    1.4333   -2.8831   -0.0000 H   0  0  0  0  0     
    2.0811   -1.5139   -0.8977 H   0  0  0  0  0     
    1.6744    2.9669   -0.0000 H   0  0  0  0  0     
  1  2  2  0     0
  2  3  1  0     0
  3  4  2  0     0
  4  5  1  0     0
  5  6  2  0     0
  6  1  1  0     0
  2  7  1  0     0
  4  8  1  0     0
  1  9  1  0     0
  6 10  1  0     0
  7 11  1  0     0
  7 12  1  0     0
  7 13  1  0     0
  8 14  1  0     0
  8 15  1  0     0
 23 24  2  0     0
 23 25  1  0     0
 21 23  1  0     0
 16 17  2  0     0
 17 18  1  0     0
 18 19  2  0     0
 19 20  1  0     0
 20 21  2  0     0
 21 16  1  0     0
 20 22  1  0     0
 16 26  1  0     0
 17 27  1  0     0
 18 28  1  0     0
 19 29  1  0     0
 22 30  1  0     0
 22 31  1  0     0
 22 32  1  0     0
 25 33  1  0     0
M  END

次に、2-amino-4-methylpyrimidine分子と2-methylbenzoic acid分子の初期配置を決めるため、ホスト-リガンド配位探索を行います。

[Interfaceから実行する場合]

XV.molファイルをCONFLEX Interfaceを用いて開きます。この時点で、両分子は重なって存在していますが、配位探索の初期構造生成時に両分子の配置は変更されるので問題ありません。詳しくは「ホスト−リガンド配位探索」を参照してください。

Interface XV

Calculationメニューから「CONFLEX」を選択し、開いた計算設定ダイアログのDetail Settingsをクリックします。詳細設定ダイアログが開きます。

Basic Settings

ホスト-リガンド配位探索計算を実施するために、詳細設定ダイアログの「General Settings」ダイアログにある「Calculation Type:」のプルダウンメニューから、「Host Ligand Search」を選択します。

General Settings HL

ホスト-リガンド配位探索計算の設定は「Host Ligand Search」ダイアログで行います。

Interface HL

ここでは、リガンドとして設定される2-methylbenzoic acid分子を45度刻みで回転させるため、「Rotational number x, y, z」の値をそれぞれ「8」とします。設定が終わりましたら、Submitをクリックしてください。計算が始まります。

[コマンドラインから実行する場合]

計算設定は、XV.iniファイルにキーワードを記述することで行います。

XV.iniファイル

HLSEARCH  
HLSEARCH_LIGAND_ROT=(8,8,8) 

CONFLEXでホスト-リガンド配位探索を行う場合、「HLSEARCH」キーワードを記述します。
また、リガンドとして設定される2-methylbenzoic acid分子を45度刻みで回転させるため、「HLSEARCH_LIGAND_ROT=(8,8,8)」キーワードを記述します。

XV.molとXV.iniの二つのファイルを一つのフォルダに格納し、下記コマンドを実行してください。計算が始まります。

C:\CONFLEX\bin\flex9a_win_x64.exe   -par   C:\CONFLEX\par   XVenter

上記は、Windowsの場合です。他のOSにおける実行コマンドについては、本書の「実行方法」を参照してください。

ホスト-リガンド配位探索の結果、47の配位構造が得られます。ここでは、1番目にエネルギーの低い配位構造を結晶構造探索計算に用います。そこで、“XV.sdf”ファイルから、1番目にエネルギーの低い配位構造の分子構造ファイルを“XV-c1.mol”として作成します。XV.sdfファイルは、XV.molファイル等と同じフォルダに格納されています。

XV-c1.molファイル

XV.mol                                                                          
CONFLEX 20090215503D 1   1.00000   -86.91814    17                            
NONE,E =     -86.918, G = 0.249E-06, P =  20.9930, M( 0), IFN =00000001-00000017
 33 33  0     0               999 V2000
   -4.6389    1.0672    0.0877 C   0  0  0  0  0     
   -3.2840    1.2059    0.3058 C   0  0  0  0  0     
   -2.4142    0.1779    0.1589 N   0  0  0  0  0     
   -2.9370   -1.0122   -0.1834 C   0  0  0  0  0     
   -4.2342   -1.2388   -0.4067 N   0  0  0  0  0     
   -5.0617   -0.1892   -0.2687 C   0  0  0  0  0     
   -2.7235    2.5426    0.6933 C   0  0  0  0  0     
   -2.0889   -2.0671   -0.3182 N   0  0  0  0  0     
   -5.3328    1.8902    0.1921 H   0  0  0  0  0     
   -6.1102   -0.3980   -0.4587 H   0  0  0  0  0     
   -1.6892    2.4500    1.0374 H   0  0  0  0  0     
   -2.7441    3.2203   -0.1656 H   0  0  0  0  0     
   -3.3069    2.9800    1.5099 H   0  0  0  0  0     
   -2.4812   -2.9552   -0.5738 H   0  0  0  0  0     
   -1.0952   -1.9477   -0.1563 H   0  0  0  0  0     
    2.8428    1.4208   -0.4637 C   0  0  0  0  0     
    4.1800    1.8122   -0.5390 C   0  0  0  0  0     
    5.1849    0.9050   -0.2233 C   0  0  0  0  0     
    4.8550   -0.3923    0.1698 C   0  0  0  0  0     
    3.5126   -0.8046    0.2572 C   0  0  0  0  0     
    2.4937    0.1165   -0.0682 C   0  0  0  0  0     
    3.2239   -2.2160    0.6905 C   0  0  0  0  0     
    1.0518   -0.2696   -0.0173 C   0  0  0  0  0     
    0.6010   -1.3998    0.0329 O   0  0  0  0  0     
    0.2426    0.8063   -0.0191 O   0  0  0  0  0     
    2.0730    2.1442   -0.7236 H   0  0  0  0  0     
    4.4339    2.8231   -0.8471 H   0  0  0  0  0     
    6.2281    1.2054   -0.2833 H   0  0  0  0  0     
    5.6587   -1.0857    0.4113 H   0  0  0  0  0     
    2.7876   -2.7870   -0.1349 H   0  0  0  0  0     
    4.1382   -2.7349    0.9990 H   0  0  0  0  0     
    2.5491   -2.2242    1.5524 H   0  0  0  0  0     
   -0.6842    0.4546    0.0376 H   0  0  0  0  0     
  1  2  2  0     0
  2  3  1  0     0
  3  4  2  0     0
  4  5  1  0     0
  5  6  2  0     0
  6  1  1  0     0
  2  7  1  0     0
  4  8  1  0     0
  1  9  1  0     0
  6 10  1  0     0
  7 11  1  0     0
  7 12  1  0     0
  7 13  1  0     0
  8 14  1  0     0
  8 15  1  0     0
 23 24  2  0     0
 23 25  1  0     0
 21 23  1  0     0
 16 17  2  0     0
 17 18  1  0     0
 18 19  2  0     0
 19 20  1  0     0
 20 21  2  0     0
 21 16  1  0     0
 20 22  1  0     0
 16 26  1  0     0
 17 27  1  0     0
 18 28  1  0     0
 19 29  1  0     0
 22 30  1  0     0
 22 31  1  0     0
 22 32  1  0     0
 25 33  1  0     0
M  END

最後に、結晶構造探索計算を行います。

[Interfaceから実行する場合]

XV-c1.molファイルをCONFLEX Interfaceを用いて開きます。

Interface XV c1

Calculationメニューから「CONFLEX」を選択し、開いた計算設定ダイアログのDetail Settingsをクリックします。詳細設定ダイアログが開きます。

Basic Settings

結晶構造探索計算を実施するために、詳細設定ダイアログの「General Settings」ダイアログにある「Calculation Type:」のプルダウンメニューから、「Crystal Search」を選択します。

General Settings

結晶構造の最適化方法は、デフォルトで「ALL」となります。変更は、「Crystal Calculation」ダイアログの「Crystal optimization:」プルダウンメニューからできます。
また、本ダイアログでは、カットオフ距離や計算方法等の分子間相互作用計算に関する設定も可能です。

Crystal Opt

次に、「Crystal Search」ダイアログで、結晶構造探索計算の設定を行います。

Crystal Search XV

探索に利用する空間群をP21/cとするため、「Search Space Group:」を「P21/C,P212121」から「P21/C」に編集します。
設定が終わりましたら、Submitをクリックします。計算が始まります。

[コマンドラインから実行する場合]

計算設定は、XV-c1.iniファイルにキーワードを記述することで行います。

XV-c1.iniファイル

CRYSTAL_SEARCH 
CSP_SPGP=(P21/C)

CONFLEXで結晶構造探索を行う場合、「CRYSTAL_SEARCH」キーワードを記述します。
探索に利用する空間群は、「CSP_SPGP=」キーワードで設定します。ここでは、P21/cを指定します。

XV-c1.molとXV-c1.iniの二つのファイルを一つのフォルダに格納し、下記コマンドを実行してください。計算が始まります。

C:\CONFLEX\bin\flex9a_win_x64.exe   -par   C:\CONFLEX\par   XV-c1enter

上記は、Windowsの場合です。他のOSにおける実行コマンドについては、本書の「実行方法」を参照してください。

計算結果

計算が終了すると、探索計算の詳細情報が出力されたXV-c1.cspファイルが得られます。
XV-c1.cspファイル内の「*** PREDICTED CRYSTAL STRUCTURES:」部には、結晶構造探索計算で見つかった2-amino-4-methylpyrimidineと2-methylbenzoic acidの共結晶構造に関する情報が結晶エネルギー順で出力されます。
各構造のデータはXV-c1-PCS.cifファイルに出力されています。

 *** PREDICTED CRYSTAL STRUCTURES:

IDX    CID    E_RNK     CRYST      INTRA      INTER        VOL      DES        A         B         C       ALPHA     BETA      GAMMA     SPGP      NCALMOL   NCALATM    DMAX    NNEV 
 7    166      1    -112.2561   -73.1657   -39.0905   1384.6750   1.1758    6.3597   14.7215   17.2181   90.0000  120.8001   90.0000   P21/C          426      7035    20.00     0    
17   2275      2    -112.2287   -73.4042   -38.8245   1407.5982   1.1567   14.6059   11.7504    9.5465   90.0000   59.2174   90.0000   P21/C          412      6810    20.00     0    
18    207      3    -112.1190   -73.0217   -39.0973   1373.5185   1.1854   12.8837   14.8932   13.7315   90.0000  148.5805   90.0000   P21/C          421      6951    20.00     0    
19   1026      4    -112.0257   -72.0386   -39.9871   1368.6700   1.1895    8.9646    9.9375   15.9967   90.0000  106.1736   90.0000   P21/C          431      7128    20.00     0    
23     93      5    -111.9827   -73.1843   -38.7984   1399.2561   1.1635    6.4118   15.4366   15.2107   90.0000  111.6533   90.0000   P21/C          424      6996    20.00     0    
28   2294      6    -111.8335   -73.1270   -38.7065   1409.7873   1.1549   13.5655   12.0776    8.6539   90.0000   96.1068   90.0000   P21/C          421      6948    20.00     0    
31    488      7    -111.7751   -73.3963   -38.3788   1415.1006   1.1505   13.0894   10.0679   11.9525   90.0000  116.0510   90.0000   P21/C          430      7092    20.00     0    
36    156      8    -111.7587   -73.2931   -38.4656   1403.7919   1.1598   15.1088   11.1575    8.6903   90.0000  106.6192   90.0000   P21/C          420      6936    20.00     0    
37    308      9    -111.7046   -72.2275   -39.4771   1399.2931   1.1635    7.1345   12.0828   17.0823   90.0000   71.8502   90.0000   P21/C          426      7035    20.00     0    
38   2528     10    -111.5790   -72.6694   -38.9096   1366.5010   1.1914    7.8968   23.9564    8.1596   90.0000  117.7171   90.0000   P21/C          431      7125    20.00     0

ここで、実験構造(左図)とエネルギー順位3の予測結晶構造(右図)とを比較すると、両者がよく一致することが分かります。

Crystal Search CSP XV

【PXRDデータを利用した結晶構造探索】

粉末X線結晶構造解析による結晶構造決定に結晶構造探索計算を応用する方法を説明します。
ここでは、Haynesらが報告したパモ酸の結晶構造(D. A. Haynes et al., Acta Cryst. 2006, E62, o1170.)を例として取り上げます。まず、パモ酸の分子構造ファイルを作成します。分子構造ファイルの作成には、PerkinElmer社のChemDrawを用います。ChemDrawの利用方法は、マニュアルをご覧ください。

パモ酸の分子構造は、MDL-MOL形式で、“pamonic-acid.mol”として保存します。

ChemDraw Pamo

pamonic-acid.molファイル

pamoic-acid.mol
ChemDraw10031813162D

 29 32  0  0  0  0  0  0  0  0999 V2000
   -2.1471   -0.8250    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -1.4326   -0.4125    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -1.4326    0.4125    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -2.1471    0.8250    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -2.8616    0.4125    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -2.8616   -0.4125    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -3.5761   -0.8250    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -3.5761   -1.6500    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -2.8616   -2.0625    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -2.1471   -1.6500    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -0.4294   -1.0931    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    0.7182   -0.4538    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    1.4326   -0.8662    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    2.1471   -0.4538    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    2.1471    0.3712    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    1.4326    0.7837    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    0.7182    0.3712    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    1.4326    1.6087    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    0.7182    2.0212    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    0.0037    1.6087    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    0.0037    0.7837    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    1.4326   -1.6912    0.0000 O   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    2.8616   -0.8663    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    3.5761   -0.4538    0.0000 O   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
    2.8616   -1.6913    0.0000 O   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -2.1471    1.6500    0.0000 C   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -2.8616    2.0625    0.0000 O   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -1.4326    2.0625    0.0000 O   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
   -0.7182    0.8250    0.0000 O   0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
  1  2  2  0      
  2  3  1  0      
  3  4  2  0      
  4  5  1  0      
  5  6  2  0      
  6  1  1  0      
  6  7  1  0      
  7  8  2  0      
  8  9  1  0      
  9 10  2  0      
 10  1  1  0      
  2 11  1  0      
 11 12  1  0      
 12 13  1  0      
 13 14  2  0      
 14 15  1  0      
 15 16  2  0      
 16 17  1  0      
 17 12  2  0      
 16 18  1  0      
 18 19  2  0      
 19 20  1  0      
 20 21  2  0      
 21 17  1  0      
 13 22  1  0      
 14 23  1  0      
 23 24  2  0      
 23 25  1  0      
  4 26  1  0      
 26 27  2  0      
 26 28  1  0      
  3 29  1  0     
M  END

次に、パモ酸の分子構造最適化を行います。

[Interfaceから実行する場合]

pamonic-acid.molファイルをCONFLEX Interfaceを用いて開きます。

Interface Pamo

Calculationメニューから「CONFLEX」を選択し、開いた計算設定ダイアログのSubmitをクリックします。孤立分子の構造最適化が始まります。

Basic Settings

[コマンドラインから実行する場合]

pamonic-acid.molをフォルダに格納し、下記コマンドを実行してください。計算が始まります。なお、iniファイルがない場合、CONFLEXは孤立分子の構造最適化をデフォルト設定にて行います。

C:\CONFLEX\bin\flex9a_win_x64.exe   -par   C:\CONFLEX\par   pamonic-acidenter

上記は、Windowsの場合です。他のOSにおける実行コマンドについては、本書の「実行方法」を参照してください。

次に、パモ酸の配座探索を行います。

[Interfaceから実行する場合]

pamonic-acid-F.molファイルをCONFLEX Interfaceを用いて開きます。

Interface Opt Pamo

Calculationメニューから「CONFLEX」を選択し、開いた計算設定ダイアログの「Calculation Type:」のプルダウンメニューから「Confromation Search」を選択します。「Search Limit:」の値は、「30.0」とします。これは、配座探索空間の範囲を決めます。
設定が終わりましたら、Submitをクリックします。計算が始まります。

Basic Settings Pamo

[コマンドラインから実行する場合]

計算設定は、pamonic-acid-F.iniファイルにキーワードを記述することで行います。

pamonic-acid-F.iniファイル

CONFLEX SEL=30.0

CONFLEXで配座探索を行う場合、「CONFLEXL」キーワードを記述します。
「SEL=30.0」は、配座探索に使用する初期構造のエネルギー範囲(Search Limit)を30.0 kcal/molとすることを意味します。

pamonic-acid-F.molとpamonic-acid-F.iniの二つのファイルを一つのフォルダに格納し、下記コマンドを実行してください。計算が始まります。

C:\CONFLEX\bin\flex9a_win_x64.exe   -par   C:\CONFLEX\par   pamonic-acid-Fenter

上記は、Windowsの場合です。他のOSにおける実行コマンドについては、本書の「実行方法」を参照してください。

配座探索の結果、118の配座異性体が得られます。ここでは、3番目にエネルギーの低い配座異性体を結晶構造探索計算に用います。そこで、pamonic-acid-F.sdfファイルから、3番目にエネルギーの低い配座異性体の分子構造ファイルを“pamonic-acid-c3.mol”として作成します。pamonic-acid-F.sdfファイルは、pamonic-acid-F.molファイル等と同じフォルダに格納されています。

pamonic-acid-c3.molファイル

pamoic-acid.mol                                                                 
CONFLEX 18102311013D 1   1.00000    57.28062    16                            
C2  ,E =      57.281, G = 0.144E-07, P =   4.5793, M( 0), IFN =00000003-00000016
 45 48  0     0               999 V2000
   -1.3167    2.0796   -0.8640 C   0  0  0  0  0     
   -0.1166    1.2932   -0.8876 C   0  0  0  0  0     
    1.0079    1.7433   -0.1606 C   0  0  0  0  0     
    0.9563    2.9081    0.6175 C   0  0  0  0  0     
   -0.2214    3.6554    0.6552 C   0  0  0  0  0     
   -1.3466    3.2641   -0.0791 C   0  0  0  0  0     
   -2.5025    4.0623   -0.0282 C   0  0  0  0  0     
   -3.6457    3.7218   -0.7444 C   0  0  0  0  0     
   -3.6457    2.5743   -1.5200 C   0  0  0  0  0     
   -2.5025    1.7708   -1.5777 C   0  0  0  0  0     
   -0.0000    0.0000   -1.6979 C   0  0  0  0  0     
    0.1166   -1.2932   -0.8876 C   0  0  0  0  0     
   -1.0079   -1.7433   -0.1606 C   0  0  0  0  0     
   -0.9563   -2.9081    0.6175 C   0  0  0  0  0     
    0.2214   -3.6554    0.6552 C   0  0  0  0  0     
    1.3466   -3.2641   -0.0791 C   0  0  0  0  0     
    1.3167   -2.0796   -0.8640 C   0  0  0  0  0     
    2.5025   -4.0623   -0.0282 C   0  0  0  0  0     
    3.6457   -3.7218   -0.7444 C   0  0  0  0  0     
    3.6457   -2.5743   -1.5200 C   0  0  0  0  0     
    2.5025   -1.7708   -1.5777 C   0  0  0  0  0     
   -2.1663   -1.0131   -0.2688 O   0  0  0  0  0     
   -2.1487   -3.3401    1.3832 C   0  0  0  0  0     
   -3.2090   -2.7368    1.4055 O   0  0  0  0  0     
   -1.9746   -4.4795    2.0733 O   0  0  0  0  0     
    2.1487    3.3401    1.3832 C   0  0  0  0  0     
    3.2090    2.7368    1.4055 O   0  0  0  0  0     
    1.9746    4.4795    2.0733 O   0  0  0  0  0     
    2.1663    1.0131   -0.2688 O   0  0  0  0  0     
   -0.2634    4.5620    1.2557 H   0  0  0  0  0     
   -2.5220    4.9676    0.5759 H   0  0  0  0  0     
   -4.5311    4.3490   -0.6932 H   0  0  0  0  0     
   -4.5334    2.2918   -2.0797 H   0  0  0  0  0     
   -2.5709    0.8759   -2.1893 H   0  0  0  0  0     
   -0.8381   -0.1310   -2.3887 H   0  0  0  0  0     
    0.8381    0.1310   -2.3887 H   0  0  0  0  0     
    0.2634   -4.5620    1.2557 H   0  0  0  0  0     
    2.5220   -4.9676    0.5759 H   0  0  0  0  0     
    4.5311   -4.3490   -0.6932 H   0  0  0  0  0     
    4.5334   -2.2918   -2.0797 H   0  0  0  0  0     
    2.5709   -0.8759   -2.1893 H   0  0  0  0  0     
   -2.8489   -1.3798    0.3330 H   0  0  0  0  0     
   -2.8335   -4.6307    2.5208 H   0  0  0  0  0     
    2.8335    4.6307    2.5208 H   0  0  0  0  0     
    2.8489    1.3798    0.3330 H   0  0  0  0  0      
  1  2  2  0     0
  2  3  1  0     0
  3  4  2  0     0
  4  5  1  0     0
  5  6  2  0     0
  6  1  1  0     0
  6  7  1  0     0
  7  8  2  0     0
  8  9  1  0     0
  9 10  2  0     0
 10  1  1  0     0
  2 11  1  0     0
 11 12  1  0     0
 12 13  1  0     0
 13 14  2  0     0
 14 15  1  0     0
 15 16  2  0     0
 16 17  1  0     0
 17 12  2  0     0
 16 18  1  0     0
 18 19  2  0     0
 19 20  1  0     0
 20 21  2  0     0
 21 17  1  0     0
 13 22  1  0     0
 14 23  1  0     0
 23 24  2  0     0
 23 25  1  0     0
  4 26  1  0     0
 26 27  2  0     0
 26 28  1  0     0
  3 29  1  0     0
  5 30  1  0     0
  7 31  1  0     0
  8 32  1  0     0
  9 33  1  0     0
 10 34  1  0     0
 11 35  1  0     0
 11 36  1  0     0
 15 37  1  0     0
 18 38  1  0     0
 19 39  1  0     0
 20 40  1  0     0
 21 41  1  0     0
 22 42  1  0     0
 25 43  1  0     0
 28 44  1  0     0
 29 45  1  0     0
M  END

次に、結晶構造探索計算に利用する参照回折データを作成します。
Haynesらの論文には、回折データ(cv6632Isup2.rtv)が添付されていますので、これを利用し参照回折データ(pamonic-acid-c3.xrd)を作成します。

pamonic-acid-c3.xrdファイル

Co
8.010 79.990 0.01 7199
8.010    0.000000
8.020    0.000000
8.030    0.000000
8.040    91.252560
8.050    9.827270
8.060    0.000000
(中略)
79.970    43.877350
79.980    17.738100
79.990    42.620530

1行目はX線源の元素名、2行目は2θの範囲、刻み値、および回折データの総数です。
3行目以降は、2θの値と回折強度です。回折強度には、「_pd_meas_counts_total」の値から「_pd_proc_intensity_bkg_calc」の値を引くことで、バックグラウンドを差し引いた強度データを利用していますバックグランドを差し引くことで回折強度が負の値になる場合、強度は“0”としました。
なお、xrdファイルには空行を含めないように注意してください。
pamonic-acid-c3.xrdファイルはCONFLEXのインストールフォルダ内のSample_Filesフォルダにあります(Sample_Files\CONFLEX\crystal\powder\pamonic-acid-c3.xrd)。

xrdファイルの1行目は、波長の値を記述することも可能です。また、参照回折データはバックグラウンドを差し引いたものを利用してください。

最後に、結晶構造探索計算を行います。

[Interfaceから実行する場合]

pamonic-acid-c3.molファイルをCONFLEX Interfaceを用いて開きます。

Interface Pamo c3

Calculationメニューから「CONFLEX」を選択し、開いた計算設定ダイアログのDetail Settingsをクリックします。詳細設定ダイアログが開きます。

Basic Settings c3

結晶構造探索計算を実施するために、詳細設定ダイアログの「General Settings」ダイアログにある「Calculation Type:」のプルダウンメニューから、「Crystal Search」を選択します。

General Settings

結晶構造の最適化方法は、デフォルトで「ALL」となります。変更は、「Crystal Calculation」ダイアログの「Crystal optimization:」プルダウンメニューからできます。
また、本ダイアログでは、カットオフ距離や計算方法等の分子間相互作用計算に関する設定も可能です。

次に、「Crystal Search」ダイアログで、結晶構造探索計算の設定を行います。

Crystal Search Pamo

まず、探索に利用する空間群をP21/cとするため、「Search Space Group:」を「P21/C,P212121」から「P21/C」に編集します。
「Rotation Method:」と「Position Prediction Method:」は、分子の回転方法と配置方法を設定します。ここでは、ランダムに決めるとして、両者とも「Random」を選択します。
「Trial Structures:」は、生成する試行結晶構造数を設定します。ここでは、試行結晶構造数は1000とします。

次に、「Crystal Search by:」を「Powder Pattern」に変更します。これにより、探索により見つかった結晶構造は、参照回折データに基づいて評価されます。
最後に、「PXRD File:」のSelectをクリックし、参照回折データとなるpamonic-acid-c3.xrdファイル選択します。
設定が終わりましたら、Submitをクリックします。計算が始まります。

[コマンドラインから実行する場合]

計算設定は、pamonic-acid-c3.iniファイルにキーワードを記述することで行います。

pamonic-acid-c3.iniファイル

CRYSTAL_SEARCH
CSP_SEARCH=POWDER_PATTERN
CSP_SPGP=(P21/C)
CSP_AUS_MODE=RANDOM
CSP_ROT_MODE=RANDOM
CSP_MAX_CRYSTAL=1000
CRYSTAL_OPTIMIZATION=ALL

CONFLEXで結晶構造探索を行う場合、「CRYSTAL_SEARCH」を記述します。
「CSP_SEARCH=POWDER_PATTERN」は、探索計算より見つかった結晶構造を、参照回折データに基づいて評価することを意味します。

「CSP_SPGP=P21/C」は、探索計算に空間群P21/cを利用することを意味します。
「CSP_ROT_MODE=RANDOM」と「CSP_AUS_MODE=RANDOM」は、それぞれ分子の回転と配置をランダムに決めることを示します。
「CSP_MAX_CRYSTAL=1000」は、生成する試行結晶構造数を1000に設定しています。
「CRYSTAL_OPTIMIZATION=ALL」は、最適化方法として「ALL」を設定し、非対称単位の分子構造、分子配向、分子位置、および格子定数を最適化することを意味します。

pamonic-acid-c3.molとpamonic-acid-c3.ini、pamonic-acid-c3.xrdの三つのファイルを一つのフォルダに格納し、下記コマンドを実行してください。計算が始まります。

C:\CONFLEX\bin\flex9a_win_x64.exe   -par   C:\CONFLEX\par   pamonic-acid-c3enter

上記は、Windowsの場合です。他のOSにおける実行コマンドについては、本書の「実行方法」を参照してください。

計算結果

計算が終了すると、探索計算の詳細情報が出力されたpamonic-acid-c3.cspファイルが得られます。
参照回折データを用いた結晶構造探索では、探索計算で見つかった結晶構造は、それら結晶構造から計算される回折パターンと参照回折パターンとの類似度に基づいて評価されます。pamonic-acid-c3.cspファイル内の「*** PREDICTED CRYSTAL STRUCTURES:」部には、結晶構造探索計算で見つかったパモ酸の結晶多形構造に関する情報が類似度の高い順に出力されます。つまり順位1位の結晶構造は、参照回折パターンと最も類似した回折パターンを示す結晶構造となります。
各構造のデータはpamonic-acid-c3-PCS.cifファイルに出力されています。なお、類似度の計算はGELDER法(R. de Gelder et al, J Comput Chem 22: 273–289, 2001.)を採用しています。

 *** PREDICTED CRYSTAL STRUCTURES:

IDX     CID    E_RNK   R_RNK  PXRD_SIM      CRYST      INTRA     INTER        VOL       DES        A         B         C       ALPHA     BETA      GAMMA     SPGP      NCALMOL   NCALATM    DMAX    NNEV 
 1    882       1       1     0.9047      12.3774    59.3730   -46.9957   1829.5937   1.4089   20.3676    4.9453   19.2844   90.0000  109.6233   90.0000   P21/C          225     10125    20.00     0    
 2    772       2       2     0.8746      12.7892    58.8534   -46.0642   1845.5560   1.3968   19.4018    4.8219   42.1291   90.0000   27.9214   90.0000   P21/C          210      9450    20.00     0    
 3    662     264       3     0.8313      26.0620    65.8365   -39.7745   1834.4689   1.4052   13.7876    7.0968   28.9328   90.0000  139.6100   90.0000   P21/C          210      9450    20.00     0    
 4    232      79       4     0.8198      21.4836    61.1121   -39.6285   1929.2047   1.3362   12.0076   12.5142   16.0878   90.0000   52.9432   90.0000   P21/C          205      9225    20.00     0    
 8      6       5       5     0.8156      14.2830    58.8049   -44.5220   1897.8000   1.3583   10.1471    4.8134   39.0029   90.0000   85.0212   90.0000   P21/C          202      9090    20.00     0    
10     60     385       6     0.8109      28.4589    58.0370   -29.5781   1981.9578   1.3006    4.7838   11.1176   37.2683   90.0000   90.6615   90.0000   P21/C          202      9090    20.00     0    
12     38     177       7     0.8104      24.3246    58.3375   -34.0128   1917.4130   1.3444    4.9060   15.6069   25.2169   90.0000   83.2541   90.0000   P21/C          202      9090    20.00     0    
15     56      74       8     0.8074      21.4423    59.5779   -38.1356   1926.0086   1.3384    8.7084   12.1206   18.2473   90.0000   90.2492   90.0000   P21/C          206      9270    20.00     0    
22      5      47       9     0.8061      20.3188    58.3402   -38.0214   1945.9817   1.3247    4.8345   10.1697   39.5911   90.0000   88.6467   90.0000   P21/C          204      9180    20.00     0    
24    541     464      10     0.7997      30.6621    59.6480   -28.9860   1940.5521   1.3284    7.5235    9.2889   27.9119   90.0000   84.1753   90.0000   P21/C          200      9000    20.00     0

エネルギー順位1位、回折パターン類似度順位1位の結晶構造の回折パターン(黒)と実験回折パターン(白)を比較すると(下図)、回折ピーク位置や回折ピークの相対的な強度が、おおむね一致していることが分かります。リートベルト解析による構造精密化の初期構造として本構造を利用することで、真値にすばやく到達すると期待できます。

Spectra Analyzer Pamo

最後に、実験構造(左図)と順位1位の計算構造(右図)を示します。両構造がよく一致することがわかります。

Interface Pamo PRD

【探索計算の出力ファイル】

結晶構造探索計算の終了後、以下のファイルが出力されます。

ファイルの種類 説明
(入力ファイル名).csp 結晶構造探索計算に関する詳細情報が出力されます。
(入力ファイル名).cpt 再計算用の情報が出力されます。
(入力ファイル名).ical 探索で得られた結晶構造(-PCS.cifに出力された構造)の回折データが出力されます。
(入力ファイル名)-PCS.cif 探索で得られた結晶構造が結晶エネルギー順(あるいは、回折パターンの類似度順)に出力されます。
(入力ファイル名)-FCS.cif 最適化計算の終了した構造が、順に出力されます。そのため、探索計算の途中でも、本ファイルを用いることで、探索により得られた結晶構造を確認することができます。

cspファイルの「*** PREDICTED CRYSTAL STRUCTURES:」部分には、結晶構造探索計算から予測された結晶構造に関する情報が出力されています。結晶エネルギーに基づいて結晶構造探索を行った場合、それらの構造情報は結晶エネルギー順に並べられ出力されます。

 *** PREDICTED CRYSTAL STRUCTURES:

  IDX    CID    E_RNK     CRYST      INTRA      INTER        VOL      DES        A         B         C       ALPHA     BETA      GAMMA     SPGP      NCALMOL   NCALATM    DMAX    NNEV 
    3    571      1     -15.7921     4.6942   -20.4864    607.6657   1.3663    9.5996    8.3419   10.7545   90.0000  135.1221   90.0000   P21/C          365      4015    20.00     0    
   59   5295      2     -15.6634     4.7074   -20.3708    306.9963   1.3522   11.0245    7.0951    4.3469   90.0000  115.4610   90.0000   P21            371      4081    20.00     0    
   90    150      3     -15.6476     4.6816   -20.3292    606.6216   1.3686    7.2689    8.3106   10.7652   90.0000  111.1225   90.0000   P21/C          375      4125    20.00     0    
  100   3622      4     -15.6125     4.7219   -20.3344    614.2783   1.3515    4.3718   19.8181    7.0899   90.0000   90.0000   90.0000   P212121        373      4103    20.00     0    
  201   3677      5     -15.6089     4.6925   -20.3014    612.8164   1.3548    7.6268    9.6305    8.3433   90.0000   90.0000   90.0000   P212121        355      3905    20.00     0    
  211    404      6     -15.5986     4.7162   -20.3147    614.9313   1.3501    4.3234    7.1069   20.0163   90.0000   89.0064   90.0000   P21/C          371      4081    20.00     0    
  227     51      7     -15.4618     4.7170   -20.1789    618.7977   1.3417    4.3746    7.0720   20.4156   90.0000   78.4425   90.0000   P21/C          374      4114    20.00     0    
  233   2134      8     -15.3029     4.7145   -20.0173   1222.4436   1.3583   14.5999    8.3633   10.4384   90.0000   73.5604   90.0000   C2/C           357      3927    20.00     0    
  243    215      9     -15.2948     4.7210   -20.0158    612.9536   1.3545    4.0230    8.3785   18.2131   90.0000   86.8178   90.0000   P21/C          358      3938    20.00     0    
  261     28     10     -15.2940     4.7263   -20.0203    612.5302   1.3554    8.3759   18.2972    8.8552   90.0000   26.8303   90.0000   P21/C          365      4015    20.00     0

一方、参照回折データを用いて結晶構造探索を行った場合、それらの構造情報は、回折パターンの類似度の高い順に並べられ出力されます。

 *** PREDICTED CRYSTAL STRUCTURES:

IDX     CID    E_RNK   R_RNK  PXRD_SIM      CRYST      INTRA     INTER        VOL       DES        A         B         C       ALPHA     BETA      GAMMA     SPGP      NCALMOL   NCALATM    DMAX    NNEV 
 1    882       1       1     0.9047      12.3774    59.3730   -46.9957   1829.5937   1.4089   20.3676    4.9453   19.2844   90.0000  109.6233   90.0000   P21/C          225     10125    20.00     0    
 2    772       2       2     0.8746      12.7892    58.8534   -46.0642   1845.5560   1.3968   19.4018    4.8219   42.1291   90.0000   27.9214   90.0000   P21/C          210      9450    20.00     0    
 3    662     264       3     0.8313      26.0620    65.8365   -39.7745   1834.4689   1.4052   13.7876    7.0968   28.9328   90.0000  139.6100   90.0000   P21/C          210      9450    20.00     0    
 4    232      79       4     0.8198      21.4836    61.1121   -39.6285   1929.2047   1.3362   12.0076   12.5142   16.0878   90.0000   52.9432   90.0000   P21/C          205      9225    20.00     0    
 8      6       5       5     0.8156      14.2830    58.8049   -44.5220   1897.8000   1.3583   10.1471    4.8134   39.0029   90.0000   85.0212   90.0000   P21/C          202      9090    20.00     0    
10     60     385       6     0.8109      28.4589    58.0370   -29.5781   1981.9578   1.3006    4.7838   11.1176   37.2683   90.0000   90.6615   90.0000   P21/C          202      9090    20.00     0    
12     38     177       7     0.8104      24.3246    58.3375   -34.0128   1917.4130   1.3444    4.9060   15.6069   25.2169   90.0000   83.2541   90.0000   P21/C          202      9090    20.00     0    
15     56      74       8     0.8074      21.4423    59.5779   -38.1356   1926.0086   1.3384    8.7084   12.1206   18.2473   90.0000   90.2492   90.0000   P21/C          206      9270    20.00     0    
22      5      47       9     0.8061      20.3188    58.3402   -38.0214   1945.9817   1.3247    4.8345   10.1697   39.5911   90.0000   88.6467   90.0000   P21/C          204      9180    20.00     0    
24    541     464      10     0.7997      30.6621    59.6480   -28.9860   1940.5521   1.3284    7.5235    9.2889   27.9119   90.0000   84.1753   90.0000   P21/C          200      9000    20.00     0

「*** PREDICTED CRYSTAL STRUCTURES:」部分の各ヘッダーの意味は、下記のとおりです。

ヘッダー名 説明
E_RNK 結晶エネルギーの順位を示します。
R_RNK 回折パターンの類似度の順位を示します。
CRYST Ecrystalを示します。
INTRZA Eintraを示します。
INTER Elatticeを示します。
VOL 単位格子の体積を示します。
DES 単位格子の密度を示します。
A,B,C,ALPHA,BETA,GAMMA 格子定数を示します。
SPGP 空間群を示します。
NCALMOL 計算に含まれる分子数を示します。
NCALATM 計算に含まれる原子数を示します。
DMAX カットオフ距離を示します。
NNEV 負の固有値の数を示します。

*「NCALMOL, NCALATM, DMAX」について、vdW相互作用と静電相互作用で異なるカットオフ距離を利用している場合は、vdW相互作用に関する値が表示されます。

icalファイルには、探索で得られた結晶構造(-PCS.cifに出力された構造)の回折データが出力されます。
-PCS.cifファイル内の「data_」と、icalファイル内の「NAME:」の値は、同じ結晶構造で一致します。

 ------------ SIMULATED POWDER PATTERNS ------------
    CID:   882
   NAME: R000001E000001C000882         
  X-RAY: CO (KA1)
   WAVE: 1.78899600
2*THETA:   8.010 -  79.990 ,   0.010 STEP

 H   K   L  2*THETA       INTENSITY         d
            (DEGREE)                   (ANGSTROME)
 0   0   0    8.010           0.000      0.00000
 0   0   0    8.020           0.000      0.00000
 0   0   0    8.030           0.000      0.00000
 0   0   0    8.040           0.000      0.00000
 0   0   0    8.050           0.000      0.00000
 0   0   0    8.060           0.000      0.00000
 0   0   0    8.070           0.000      0.00000
 0   0   0    8.080           0.000      0.00000
 0   0   0    8.090           0.000      0.00000
 0   0   0    8.100           0.000      0.00000
 0   0   0    8.110           0.000      0.00000
 0   0   0    8.120           0.000      0.00000
 0   0   0    8.130           0.000      0.00000
 0   0   0    8.140           0.000      0.00000
 (以下略)

【探索結果の可視化】

結晶構造探索計算により得られた結晶多形構造は、「(入力ファイル名)-PCS.cif」ファイルに出力されています。これを、CONFLEX Interfaceにて開くことで、得られた構造を可視化することができます。

Interface PCS

また、(入力ファイル名)-PCS.cifファイルを開いた状態で、「Application」メニューから「Spectra_Analyzer」を選択することで、各構造の回折パターンを可視化させることができます。

【計算の再実行】

[Interfaceから実行した場合]

計算に利用した分子構造ファイルとiniファイル、計算後に出力されたcptファイルを同じフォルダに格納します。参照回折データを用いた探索計算の場合は、xrdファイルも必要です。
次に、分子構造ファイルをCONFLEX Interfaceを用いて開きます。

Interface Pamo c3

Calculationメニューから「CONFLEX」を選択し、開いた計算設定ダイアログのDetail Settingsをクリックします。詳細設定ダイアログが開きます。

結晶構造探索計算を再実行するために、詳細設定ダイアログの「Crystal Search」ダイアログの下部にある「Restart calculation」チェックボックスにチェックを入れます。

Interface Restart

その他の設定は、iniファイルの内容から自動に設定されています。Submitをクリックしてください。
もし、再実行させる計算を「Edit & Submitから実行し、手動にてキーワードを追加している場合は、同じキーワードを追加してください。探索に関する設定が一致していないと、正しく再実行ができない場合があります。

[コマンドラインから実行した場合]

計算に利用した分子構造ファイルとiniファイル、計算後に出力されたcptファイルを同じフォルダに格納します。参照回折データを用いた探索計算の場合は、xrdファイルも必要です。
次に、cptファイルの拡張子をrstに変更してください。また、iniファイル内に「CSP_RESTART」キーワードを追加してください。探索に関する設定は、変更しないように注意してください。設定が一致していないと、正しく再実行ができない場合があります。

入力ファイルを一つのフォルダに格納し、下記コマンドを実行してください。計算が始まります。

C:\CONFLEX\bin\flex9a_win_x64.exe   -par   C:\CONFLEX\par   (入力ファイル名)enter

上記は、Windowsの場合です。他のOSにおける実行コマンドについては、本書の「実行方法」を参照してください。

【利用可能な空間群】

230種の空間群のうち、次に示す空間群以外は利用できます。
P4MM, P4BM, P42CM, P42NM, I4MM, I4CM, P-42M, P-421M, I-42M, P4/MMM, P4/NBM, P4/MBM, P4/NMM, P42/MCM, P42/NNM, P42/MNM, P42/NCM, I4MMM, I4/MCM, P3, P31, P32, R3, P-3, R-3, P312, P321, P3112, P3121, P3212, P3221, R32, P3M1, P31M, P3C1, P31C, R3M, R3C, P-31M, P-31C, P-3M1, P-3C1, R-3M, R-3C, P6, P61, P65, P62, P64, P63, P-6, P6/M, P63/M, P622, P6122, P6522, P6222, P6422, P6322, P6MM, P6CC, P63CM, P63MC, P-6M2, P-6C2, P-62M, P-62C, P6/MMM, P6/MCC, P63/MCM, P63/MMC, P23, F23, I23, P213, I213, PM-3, PN-3, FM-3, FD-3, IM-3, PA-3, IA-3, P432, P4232, F432, F4132, I432, P4332, P4132, I4132, P-43M, F-43M, I-43M, P-43N, F-43C, I-43D, PM-3M, PN-3N, PM-3N, PN-3M, FM-3M, FM-3C, FD-3M, FD-3C, IM-3M, IA-3D