(57)【要約】【課題】分子力場の割当精度の向上を図ること。【解決手段】特定装置１０１は、対象分子から選択された第１の原子に結合する第２の原子および第３の原子を選択する。次に、特定装置１０１は、分子内の各原子の位置情報を記憶する第１の記憶部を参照して、第１の原子および第２の原子を通る第１の直線と第１の原子および選択した第３の原子を通る第２の直線とがなす第１の角度を算出する。続けて、特定装置１０１は、原子の混成軌道の種別に対応して、原子と原子に結合する２つの原子とにより形成する結合角が満たす条件を記憶する第２の記憶部を参照して、算出した第１の角度に基づいて、第１の原子の混成軌道の種別を特定する。【選択図】図１
2014219943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータに、
構造的に安定な状態における分子から、第１の原子に結合する第２の原子および第３の原子を選択し、
前記分子内の各原子の位置情報を記憶する第１の記憶部を参照して、前記第１の原子および選択した前記第２の原子を通る第１の直線と前記第１の原子および選択した前記第３の原子を通る第２の直線とがなす第１の角度を算出し、
原子の混成軌道の種別に対応して、前記原子と前記原子に結合する２つの原子とにより形成する結合角が満たす条件を記憶する第２の記憶部を参照して、算出した前記第１の角度に基づいて、前記第１の原子の混成軌道の種別を特定する、
処理を実行させることを特徴とする特定プログラム。
【請求項２】
前記第２の記憶部は、
原子の混成軌道の種別に対応して、前記原子と前記原子に結合する３つの原子から選ばれた２つの原子とにより形成されるそれぞれの結合角の和が満たす条件を記憶しており、
前記選択する処理は、
前記第１の原子に３つの原子が結合する場合、さらに、前記分子から、前記第１の原子に結合する第４の原子を選択し、
前記算出する処理は、
さらに、前記第１の記憶部を参照して、前記第１の直線と前記第１の原子および選択した前記第４の原子を通る第３の直線とがなす第２の角度と、前記第２の直線と前記第３の直線とがなす第３の角度と、を算出し、
前記特定する処理は、
前記第２の記憶部を参照して、前記第１の角度と算出した前記第２の角度と算出した前記第３の角度との和に基づいて、前記第１の原子の混成軌道の種別を特定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の特定プログラム。
【請求項３】
前記第２の記憶部は、
さらに、前記原子の混成軌道の種別に対応して、前記原子と前記原子に結合する他の原子との間の結合を表す結合種が満たす条件を記憶しており、
前記コンピュータに、
前記第２の記憶部を参照して、前記第１の原子と前記第１の原子に結合する複数の原子の各々の原子との間の結合種が、特定した前記第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件を満たすか否かを判断する、
処理を実行させることを特徴とする請求項１または２に記載の特定プログラム。
【請求項４】
前記コンピュータに、
前記第１の原子と前記各々の原子との間の結合種が前記第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件を満たさないと判断した場合、前記第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件と、前記第１の原子および前記各々の原子間の距離または電子密度同士の比較結果とに基づいて、前記第１の原子と前記各々の原子との間の結合種を更新する、
処理を実行させることを特徴とする請求項３に記載の特定プログラム。
【請求項５】
前記コンピュータに、
特定した前記第１の原子の混成軌道の種別と、前記第１の原子に結合する複数の原子の各々の原子の原子種と、に基づいて、前記第１の原子の原子種を決定する、
処理を実行させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の特定プログラム。
【請求項６】
構造的に安定な状態における分子から、第１の原子に結合する第２の原子および第３の原子を選択する選択部と、
前記分子内の各原子の位置情報を記憶する第１の記憶部を参照して、前記第１の原子および前記選択部が選択した前記第２の原子を通る第１の直線と前記第１の原子および前記選択部が選択した前記第３の原子を通る第２の直線とがなす第１の角度を算出する算出部と、
原子の混成軌道の種別に対応して、前記原子と前記原子に結合する２つの原子とにより形成する結合角が満たす条件を記憶する第２の記憶部を参照して、前記算出部が算出した前記第１の角度に基づいて、前記第１の原子の混成軌道の種別を特定する特定部と、
を有することを特徴とする特定装置。
【請求項７】
コンピュータが、
構造的に安定な状態における分子から、第１の原子に結合する第２の原子および第３の原子を選択し、
前記分子内の各原子の位置情報を記憶する第１の記憶部を参照して、前記第１の原子および選択した前記第２の原子を通る第１の直線と前記第１の原子および選択した前記第３の原子を通る第２の直線とがなす第１の角度を算出し、
原子の混成軌道の種別に対応して、前記原子と前記原子に結合する２つの原子とにより形成する結合角が満たす条件を記憶する第２の記憶部を参照して、算出した前記第１の角度に基づいて、前記第１の原子の混成軌道の種別を特定する、
処理を実行することを特徴とする特定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定プログラム、特定装置、および特定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分子について分子構造を決定する技術がある。関連する技術として、分子に分子力場を割り当てる方法において、分子軌道法という量子科学計算によって計算された原子間の結合距離が所定の閾値を超えるか否かによって、原子間の結合の種別を表す結合種を決定して、分子力場を割り当てる技術がある。（たとえば、下記特許文献１を参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４１３０４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術によれば、分子に対して適切な分子力場を割り当てることが難しい。たとえば、原子間の結合距離に基づいて結合種を決定する場合、結合種の違いによる原子間の結合距離の差が小さいので、量子科学計算の計算精度が粗いと誤った結合種を決定する場合があり、誤った結合種により誤った分子力場を割り当てることがある。
【０００５】
１つの側面では、本発明は、分子力場の割当精度を向上できる特定プログラム、特定装置、および特定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面によれば、構造的に安定な状態における分子から、第１の原子に結合する第２の原子および第３の原子を選択し、分子内の各原子の位置情報を記憶する第１の記憶部を参照して、第１の原子および選択した第２の原子を通る第１の直線と第１の原子および選択した第３の原子を通る第２の直線とがなす第１の角度を算出し、原子の混成軌道の種別に対応して、原子と原子に結合する２つの原子とにより形成する結合角が満たす条件を記憶する第２の記憶部を参照して、算出した第１の角度に基づいて、第１の原子の混成軌道の種別を特定する、特定プログラム、特定装置、および特定方法が提案される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、分子力場の割当精度の向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施の形態にかかる特定装置の動作例を示す説明図である。
【図２】図２は、特定装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、特定装置の機能構成例を示すブロック図である。
【図４】図４は、電子密度による結合種決定条件テーブルの記憶内容の一例を示す説明図である。
【図５】図５は、結合角条件テーブルの記憶内容の一例を示す説明図である。
【図６】図６は、混成軌道の種別に対応する結合種の条件の一例を示す説明図である。
【図７】図７は、窒素原子の原子種および結合種の一例を示す説明図である。
【図８】図８は、分子構造テーブルの記憶内容の一例を示す説明図である。
【図９】図９は、モデリングソフトによる分子構造初期値の生成例を示す説明図である。
【図１０】図１０は、電子密度による原子種の決定方法の一例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、電子密度による芳香族結合の決定方法の一例を示す説明図である。
【図１２】図１２は、電子密度による電荷を有する結合種の決定方法の一例を示す説明図である。
【図１３】図１３は、電子密度による原子種の決定結果の一例を示す説明図である。
【図１４】図１４は、結合角による原子種の決定方法の一例を示す説明図である。
【図１５】図１５は、結合角による原子種の決定結果の一例を示す説明図（その１）である。
【図１６】図１６は、結合角による原子種の決定結果の一例を示す説明図（その２）である。
【図１７】図１７は、結合角による原子種の決定結果の一例を示す説明図（その３）である。
【図１８】図１８は、力場テーブルの一例を示す説明図である。
【図１９】図１９は、分子力場関数の一例を示す説明図である。
【図２０】図２０は、分子力場割当処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、電子密度による結合種決定処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、電子密度による芳香族結合決定処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２３】図２３は、電子密度によるアニオン性単結合決定処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図２４】図２４は、結合角による原子種決定処理手順の一例を示すフローチャート（その１）である。
【図２５】図２５は、結合角による原子種決定処理手順の一例を示すフローチャート（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に図面を参照して、開示の特定プログラム、特定装置、および特定方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本実施の形態にかかる特定装置の動作例を示す説明図である。図１では、原子の原子種を決定し、分子力場を割り当てる特定装置１０１の動作例について説明する。特定装置１０１は、新しい分子や分子集合体のシミュレーションを行う場合、どのような分子力場を割り当てるべきかを支援する処理を行う。分子は、同一種類の原子により形成される単体でもよいし、複数種類の原子により形成される化合物でもよい。分子力場を定義することができれば、分子の幾何学的構造、電子的性質、物性などのシミュレーションが可能になる。たとえば、創薬分野において、シミュレートする装置が、分子力場を利用して、薬剤候補物質が人体やウイルスを構成する既知のタンパク質とどの様な反応をするかシミュレートすることが可能である。
【００１１】
分子力場の割当が適切でない場合、シミュレーション結果の精度は落ち、現実とはかけ離れた結果となってしまう。分子力場は、原子種により一意に特定できるため、本実施の形態にかかる特定装置１０１では、適切な原子種を決定することにより、適切な分子力場が割り当てられるようにする。
【００１２】
原子の原子種は、対象の原子の種別と、原子の結合状態の違いによって特定される情報である。分子力場には、たとえば、静電相互作用エネルギーに関する力場があり、より詳細な定義については、下記参考文献１に記載される。以下、静電相互作用エネルギーに関する力場を、「ＡＭ１ＢＣＣ電荷」と称する。また、静電相互作用エネルギーに関する原子種を「ＡＭ１ＢＣＣ原子種」と称する。ＡＭ１ＢＣＣ原子種についても、参考文献１に記載される。
（参考文献１：ＡＲＡＺ  ＪＡＫＡＬＩＡＮ、他２名、「Ｆａｓｔ，  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｑｕａｌｉｔｙ  Ａｔｏｍｉｃ  Ｃｈａｒｇｅｓ．ＡＭ１−ＢＣＣ  Ｍｏｄｅｌ：ＩＩ．  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ」、２００２、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｖｏｌ．２３、ｐ．１６２３−１６４１）
【００１３】
また、ＡＭ１ＢＣＣ電荷以外の力場として、たとえば、ＧＡＦＦ（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ａｍｂｅｒ  Ｆｏｒｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）力場がある。ＧＡＦＦ力場では、ＧＡＦＦ原子種が決まれば一意に分子力場を割り当てることができる、ＧＡＦＦ力場については、下記参考文献２に記載される。また、ＧＡＦＦ原子種に応じた力場については、下記参考文献３に記載される。
（参考文献２：ＪＵＮＭＥＩ  ＷＡＮＧ、他４名、「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ａｎｄ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｏｆ  ａ  Ｇｅｎｅｒａｌ  Ａｍｂｅｒ  Ｆｏｒｃｅ  Ｆｉｅｌｄ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、Ｖｏｌ  ２５、２００４、ｐ．１１５７−１１７４）
（参考文献３：Ｗｅｎｄｙ  Ｄ．Ｃｏｒｎｅｌｌ、他９名、「Ａ  Ｓｅｃｏｎｄ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｆｏｒｃｅ  Ｆｉｅｌｄ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｒｏｔｅｉｎｓ，  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄｓ，  ａｎｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌｓ−Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ、Ｖｏｌ  １１７、１９９５、ｐ．５１７９−５１９７）
【００１４】
次に、原子種を決定する方法について、第１の方法〜第３の方法を示す。原子種を決定する第１の方法は、原子価を用いて結合種を決定する方法である。原子価から、２つの原子を結びつける結合の種別を表す結合種を決定することにより、第１の方法を実行する装置は、原子種が結合種から一意に決定できるため、結合種に対応する原子種を決定することができる。結合種として、たとえば、静電相互作用エネルギーに関する力場が定義する結合種の分類は、たとえば、単結合、二重結合、三重結合、芳香族結合、配位結合、非局在結合がある。
【００１５】
しかしながら、第１の方法では、結合種の割当に曖昧性が残る場合があり、現実と異なる分子力場を割り当ててしまう場合がある。具体的には、窒素原子は、１配位から４配位まであり、さらに原子の状態もカチオン、中性、アニオンの３種類があり、これから生じる結合種は、単結合、二重結合、三重結合、芳香族結合、配位結合、非局在結合などがあるため、選択可能な結合種が膨大となる。シミュレーションの対象となる対象分子には、数十、数百の原子が含まれる場合があり、この場合、処理量が指数関数的に増大してしまう。
【００１６】
原子種を決定する第２の方法は、量子科学計算による原子間の結合距離に基づいて、結合種を決定する方法である。具体的に、第２の方法を実行する装置は、原子間の距離を算出し、予め求めた閾値と比較することにより、結合種を決定する。
【００１７】
しかしながら、第２の方法では、量子科学計算手法によって閾値の値が異なってしまう。たとえば、第２の方法を実行する装置が、Ａという量子科学計算手法で計算した分子の構造にＢという量子科学計算手法で決定した閾値を適用すると、誤った結合種を割り当ててしまう場合がある。
【００１８】
原子種を決定する第３の方法は、量子科学計算による原子間の電子密度に基づいて、結合種を決定する方法である。具体的に、第３の方法を実行する装置は、原子間の電子密度を算出し、予め求めた閾値と比較することにより、結合種を決定する。
【００１９】
電子密度についてより詳細に述べると、第３の方法を実行する装置は、ＭｕｌｌｉｋｅｎやＬｏｅｗｄｉｎによる方法を用いて、２つの原子間の電子密度を算出する。また、第３の方法を実行する装置は、電子密度として、ボンドオーダーを用いてもよい。たとえば、第３の方法を実行する装置は、Ｍａｙｅｒによるボンドオーダーや、Ｃｏｕｌｓｏｎによるボンドオーダーを用いてもよい。Ｍａｙｅｒのボンドオーダーについては、下記参考文献４に詳細に記載される。
（参考文献４：Ｉ  ＭＡＹＥＲ、「Ｃｈａｒｇｅ．Ｂｏｎｄ  Ｏｒｄｅｒ  ａｎｄ  Ｖａｌｅｎｃｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  ａｂ  Ｉｎｉｔｉｏ  ＳＣＦ  Ｔｈｅｏｒｙ」、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ  ９７、１９８３、ｐ．２７０−２７４）
【００２０】
Ｍａｙｅｒのボンドオーダーは、結合の種別が単結合、共役結合、二重結合、三重結合の場合、それぞれ、１、１．５、２、３程度の値を示す。また、結合がない場合、Ｍａｙｅｒのボンドオーダーは、ほぼ０を示す。詳細には、下記参考文献５に記載される。
（参考文献５：Ｊａｒｏｓｌａｗ  Ａ．Ｋａｌｉｎｏｗｓｋｉ、他４名、「Ｃｌａｓｓ  ＩＶ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｍｏｄｅｌ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｓｅｌｆ−Ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ  Ｃｈａｒｇｅ  Ｄｅｎｓｉｔｙ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  Ｔｉｇｈｔ−Ｂｉｎｄｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ａ、Ｖｏｌ．１０８、２００４、ｐ．２５４５−２５４９）
【００２１】
しかしながら、第３の方法では、共役系を持つ分子に電子供与性あるいは電子受容性を有する官能基が結合して、分子内で電子の移動が生じると、正確に結合種を判別できない場合がある。
【００２２】
そこで、本実施の形態にかかる特定装置１０１は、原子の混成軌道に応じて結合角が大きく異なることを利用して、量子科学計算で得られる結合角から原子の混成軌道を特定する。これにより、特定装置１０１は、量子科学計算の計算精度が粗くとも混成軌道を高精度に判別することができ、分子力場の割当精度を向上させることができる。
【００２３】
以下、図１〜図２５に括弧に囲まれた符号付きで表示した原子について、表示上の都合から、「原子＿（符号）」にて示す。たとえば、図面上、水素原子「Ｈ」に符号「（１）」が付与された場合、Ｈ＿（１）として示す。また、図１〜図２５にて、表示上の都合から、原子種を、［］に括られた文字にて示す。
【００２４】
図１の（１）にて示すように、特定装置１０１は、対象分子としてエチレン分子Ｃ2Ｈ4の３次元構造が与えられたとする。３次元構造は、分子軌道法、密度汎関数法、原子価結合法などといった量子科学計算にて算出された、エネルギー的に安定な構造である。
【００２５】
次に、図１の（２）にて示すように、特定装置１０１は、エチレン分子から選択された第１の原子に結合する第２の原子および第３の原子を選択する。さらに、特定装置１０１は、第１の原子に３つの原子が結合する場合、さらに、分子から、第１の原子に結合する第４の原子を選択してもよい。ここで、特定装置１０１は、結合する原子として、共有結合半径やイオン半径、ファンデルワールス半径といった距離内にある原子を選択する。図１の（２）の例では、第１の原子をＣ＿（１＿１）とし、第２の原子をＣ＿（１＿２）とし、第３の原子をＨ＿（１＿３）とし、第４の原子をＨ＿（１＿４）とする。
【００２６】
そして、特定装置１０１は、分子内の各原子の位置情報を記憶する第１の記憶部を参照して、第１の原子および第２の原子を通る第１の直線と第１の原子および選択した第３の原子を通る第２の直線とがなす第１の角度を算出する。第１の記憶部は、エネルギー的に安定な構造となる分子の各原子の位置情報を記憶する。また、２つの直線がなす角度は、１８０度以下となる角度と、１８０度以上となる角度と、の２つがあるが、特定装置１０１は、１８０度以下となる角度を算出する。
【００２７】
第１の角度は、図１の（２）では、∠Ａに相当する。さらに、特定装置１０１は、第４の原子を選択した場合、第１の直線と第１の原子および第４の原子を通る第３の直線とがなす第２の角度と、第２の直線と前記第３の直線とがなす第３の角度と、を算出してもよい。第２の角度は、図１の（２）では、∠Ｂに相当する。第３の角度は、図１の（２）では、∠Ｃに相当する。角度の算出方法は、原子の位置情報から、余弦定理により求められる。
【００２８】
続けて、特定装置１０１は、原子の混成軌道の種別に対応して、原子と原子に結合する２つの原子とにより形成する結合角が満たす条件を記憶する第２の記憶部を参照して、算出した第１の角度に基づいて、第１の原子の混成軌道の種別を特定する。また、特定装置１０１は、第４の原子を選択した場合、第２の記憶部を参照して、第１の角度と第２の角度と第３の角度との和に基づいて、第１の原子の混成軌道の種別を特定してもよい。
【００２９】
第２の記憶部は、図３と図５にて後述する。また、結合角とは、ある原子を中心として、ある原子と、ある原子に結合する２つの原子のうちの一方の原子とを通る直線と、ある原子と他方の原子とを通る直線と、がなす角度のうち、１８０度以下となる角度のことである。以下、第１の原子と原子に結合する第２の原子および第３の原子により形成する結合角を、「第２の原子−第１の原子−第３の原子の結合角」と称する場合がある。
【００３０】
混成軌道とは、原子の化学結合を説明するために導入された方法であり、電子の軌道のうち、ｓ軌道とｐ軌道とが混成して結合種を作る場合の軌道である。ｓ軌道１つとｐ軌道１つとが混成するとｓｐ軌道となり、ｓ軌道１つとｐ軌道２つとが混成するとｓｐ2軌道となり、ｓ軌道１つとｐ軌道３つとが混成するとｓｐ3軌道となる。
【００３１】
以下、混成軌道の種別がｓｐとなる原子を、「ｓｐ原子」と呼称する場合がある。また、混成軌道の種別がｓｐ2となる原子を、「ｓｐ2原子」と呼称する場合がある。さらに、混成軌道の種別がｓｐ3となる原子を、「ｓｐ3原子」と呼称する場合がある。たとえば、混成軌道の種別がｓｐとなる炭素原子を、「ｓｐ炭素原子」と呼称する。
【００３２】
図１の例では、∠Ａ＋∠Ｂ＋∠Ｃが３６０度付近となり、∠Ａ＋∠Ｂ＋∠Ｃが３６０度付近となることはｓｐ2原子となる条件を満たすため、特定装置１０１は、Ｃ＿（１＿１）をｓｐ2炭素原子であると特定する。
【００３３】
続けて、図１の（３）にて示すように、特定装置１０１は、第１の原子の混成軌道の種別と、第１の原子に結合する複数の原子の各々の原子の原子種と、に基づいて、第１の原子の原子種を決定する。具体的に、特定装置１０１は、ＡＭ１ＢＣＣ力場を割り当てる場合には参考文献１の表１、ＧＡＦＦ力場を割り当てる場合には参考文献２の表１を記憶しておく。そして、特定装置１０１は、それぞれの表を参照して、混成軌道の種別と第１の原子に結合する複数の原子の各々の原子の原子種に対応する第１の原子の原子種を決定する。
【００３４】
図１の例では、Ｃ＿（１＿２）のＧＡＦＦ原子種は、［ｃ２］（ｓｐ２  ｃａｒｂｏｎ）であり、Ｈ＿（１＿３）とＨ＿（１＿４）のＧＡＦＦ原子種は、いずれも［ｈａ］（ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｏｎ  ａｒｏｍａｔｉｃ  ｃａｒｂｏｎ）である。ここで、Ｃ＿（１＿２）のＧＡＦＦ原子種と、Ｈ＿（１＿３）とＨ＿（１＿４）のＧＡＦＦ原子種とは、原子種を決定する方法する第１〜第３の方法のいずれかによって決定したとする。なお、ＧＡＦＦ原子種［ｈａ］は、ｓｐ炭素原子またはｓｐ2炭素原子に結合する水素原子であることを示す。特定装置１０１は、参考文献２の表１を参照して、Ｃ＿（１＿１）がｓｐ2炭素原子であり、Ｃ＿（１＿２）が芳香族炭素でなく、Ｃ＿（１＿１）に結合する原子が酸素原子や硫黄原子でもないため、Ｃ＿（１＿１）のＧＡＦＦ原子種を［ｃ２］に決定する。以下、図２〜図２５を用いて、特定装置１０１について説明する。
【００３５】
（特定装置のハードウェア）
図２は、特定装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。図２において、特定装置１０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ‐Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）２０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２０３と、を含む。また、記憶装置として特定装置１０１は、磁気ディスクドライブ２０４と、磁気ディスク２０５と、光ディスクドライブ２０６と、光ディスク２０７と、を含む。また、利用者や特定装置１０１以外の機器との入出力装置として特定装置１０１は、ディスプレイ２０８と、Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）２０９と、キーボード２１０と、マウス２１１と、を含む。また、各部はバス２１２によってそれぞれ接続される。
【００３６】
ここで、ＣＰＵ２０１は、特定装置１０１の全体の制御を司る演算処理装置である。ＲＯＭ２０２は、ブートプログラムなどのプログラムを記憶する不揮発性メモリである。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１のワークエリアとして使用される揮発性メモリである。磁気ディスクドライブ２０４は、ＣＰＵ２０１の制御にしたがって磁気ディスク２０５に対するデータのリード／ライトを制御する制御装置である。磁気ディスク２０５は、磁気ディスクドライブ２０４の制御で書き込まれたデータを記憶する不揮発性メモリである。また、特定装置１０１は、ソリッドステートドライブを有してもよい。
【００３７】
光ディスクドライブ２０６は、ＣＰＵ２０１の制御にしたがって光ディスク２０７に対するデータのリード／ライトを制御する制御装置である。光ディスク２０７は、光ディスクドライブ２０６の制御で書き込まれたデータを記憶する不揮発性メモリである。また、光ディスク２０７は、光ディスク２０７に記憶されたデータをコンピュータに読み取らせたりする。
【００３８】
ディスプレイ２０８は、カーソル、アイコンあるいはツールボックスをはじめ、文書、画像、機能情報などのデータを表示する表示装置である。たとえば、ディスプレイ２０８は、ＣＲＴ、ＴＦＴ液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどを採用することができる。
【００３９】
Ｉ／Ｆ２０９は、ネットワーク２１３と内部のインターフェースを司り、外部装置からのデータの入出力を制御する制御装置である。Ｉ／Ｆ２０９は、通信回線を通じてＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネットなどのネットワーク２１３に接続され、ネットワーク２１３を介して他の装置に接続される。Ｉ／Ｆ２０９は、たとえば、モデムやＬＡＮアダプタなどを採用することができる。
【００４０】
キーボード２１０は、文字、数字、各種指示などの入力のためのキーを有し、データの入力を行う装置である。また、キーボード２１０は、タッチパネル式の入力パッドやテンキーなどであってもよい。マウス２１１は、カーソルの移動や範囲選択、あるいはウィンドウの移動やサイズの変更などを行う装置である。また、特定装置１０１は、マウス２１１の代わりとして、ポインティングデバイスとして同様に機能を有するものであれば、トラックボールやジョイスティックなどを有していてもよい。
【００４１】
（特定装置１０１の機能構成例）
次に、特定装置１０１の機能構成例について説明する。図３は、特定装置の機能構成例を示すブロック図である。特定装置１０１は、選択部３０１と、算出部３０２と、特定部３０３と、判断部３０４と、更新部３０５と、決定部３０６と、を含む。制御部となる選択部３０１〜決定部３０６は、記憶装置に記憶されたプログラムをＣＰＵ２０１が実行することにより、選択部３０１〜決定部３０６の機能を実現する。記憶装置とは、具体的には、たとえば、図２に示したＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などである。または、Ｉ／Ｆ２０９を経由して他のＣＰＵが実行することにより、選択部３０１〜決定部３０６の機能を実現してもよい。
【００４２】
また、特定装置１０１は、位置情報テーブル３１１、結合角条件テーブル３１２、結合種条件テーブル３１３にアクセス可能である。位置情報テーブル３１１、結合角条件テーブル３１２、結合種条件テーブル３１３は、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７といった記憶装置に格納される。また、本実施の形態にかかる特定装置１０１は、電子密度による結合種の決定方法を実行するため、図３に図示していないが、量子科学計算結果と、電子密度による結合種決定条件テーブルと、にアクセス可能である。量子科学計算結果と、電子密度による結合種決定条件テーブルとは、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７といった記憶装置に格納される。
【００４３】
量子科学計算結果は、構造的に安定な状態における分子内の各原子に属する電子の電子密度と分子内の原子間の原子軌道の重なりの度合いとを記憶する。構造的に安定な状態における分子内の各原子に属する電子の電子密度は、たとえば、電子の密度行列である。また、分子内の原子間の原子軌道の重なりの度合いは、たとえば、重なり積分行列である。電子の密度行列、重なり積分行列については、図９にて後述する。
【００４４】
電子密度による結合種決定条件テーブルは、原子間の結合の種別を表す結合種と結合種で結合する原子間の電子密度に関する条件とを対応付けて記憶する。電子密度による結合種決定条件テーブルは、図４にて後述する。
【００４５】
位置情報テーブル３１１は、構造的に安定な状態における分子内の各原子の位置情報を記憶する。具体的に、位置情報テーブル３１１は、分子がエチレン分子であれば、２つの炭素原子のＸＹＺ空間の位置情報と、４つの水素原子のＸＹＺ空間の位置情報と、を記憶する。
【００４６】
結合角条件テーブル３１２は、原子の混成軌道の種別に対応して、ある原子と、ある原子に結合する２つの原子とにより形成する結合角が満たす条件を記憶する。結合角条件テーブル３１２は、図１で説明した第２の記憶部に相当する。
【００４７】
また、結合角条件テーブル３１２は、原子の混成軌道の種別に対応して、ある原子と、ある原子に結合する３つの原子から選ばれた２つの原子とにより形成されるそれぞれの結合角の和が満たす条件を記憶してもよい。
【００４８】
結合種条件テーブル３１３は、原子の混成軌道の種別に対応して、ある原子と、ある原子に結合する他の原子との間の結合を表す結合種が満たす条件を記憶する。結合角条件テーブル３１２と結合種条件テーブル３１３とは、２つのテーブルを結合した１つのテーブルでもよい。結合種条件テーブル３１３の詳細は、図６にて後述する。
【００４９】
選択部３０１は、構造的に安定な状態における分子から、第１の原子に結合する第２の原子および第３の原子を選択する。また、選択部３０１は、第１の原子に３つの原子が結合する場合、さらに、分子から、第１の原子に結合する第４の原子を選択してもよい。なお、選択された原子の識別情報は、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などの記憶領域に記憶される。
【００５０】
算出部３０２は、位置情報テーブル３１１を参照して、第１の原子および選択部３０１が選択した第２の原子を通る第１の直線と第１の原子および選択部３０１が選択した第３の原子を通る第２の直線とがなす第１の角度を算出する。具体的な算出例として、算出部３０２は、第１の原子と第２の原子と第３の原子とを頂点とする三角形とみなす。そして、算出部３０２は、第１の原子から第２の原子までの辺と、第１の原子から第３の原子までの辺と、第２の原子から第３の原子までの辺と、第１の角度とに対し、余弦定理を適用して、第１の角度を算出する。また、算出部３０２は、さらに、位置情報テーブル３１１を参照して、第１の直線と第１の原子および選択部３０１が選択した第４の原子を通る第３の直線とがなす第２の角度と、第２の直線と第３の直線とがなす第３の角度と、を算出してもよい。なお、算出した角度の値は、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などの記憶領域に記憶される。
【００５１】
特定部３０３は、結合角条件テーブル３１２を参照して、算出部３０２が算出した第１の角度に基づいて、第１の原子の混成軌道の種別を特定する。また、特定部３０３は、結合角条件テーブル３１２を参照して、第１の角度と算出部３０２が算出した第２の角度と算出部３０２が算出した第３の角度との和に基づいて、第１の原子の混成軌道の種別を特定してもよい。ここで、結合角が、直線がなす角度のうちの１８０度以下の角度であるから、結合角条件テーブル３１２に記憶される条件も、直線がなす角度のうちの１８０度以下の角度が満たす条件である。ここで、結合角が、直線がなす角度のうちの１８０度以上の角度であるとして、結合角条件テーブル３１２に記憶される条件が、直線がなす角度のうちの１８０度以上の角度が満たす条件でもよい。具体的な特定例については、図５にて後述する。なお、特定した混成軌道の種別は、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などの記憶領域に記憶される。
【００５２】
判断部３０４は、第１の原子と第１の原子に結合する複数の原子の各々の原子との間の結合種が、結合種条件テーブル３１３を参照して、特定部３０３が特定した第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件を満たすか否かを判断する。結合種は、原子価を用いて結合種を決定されたものでもよいし、原子間の結合距離に基づいて結合種を決定されたものでもよいし、原子間の電子密度に基づいて結合種を決定されたものでもよい。
【００５３】
たとえば、特定部３０３が特定した第１の原子の混成軌道の種別がｓｐ3であり、結合種が全て単結合であれば、判断部３０４は、条件を満たすと判断する。なお、判断結果は、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などの記憶領域に記憶される。
【００５４】
判断部３０４が第１の原子と各々の原子との間の結合種が第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件を満たさないと判断したとする。この場合、更新部３０５は、第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件と、第１の原子および各々の原子間の距離または電子密度同士の比較結果とに基づいて、第１の原子と各々の原子との間の結合種を更新する。具体的な更新例については、図１７にて後述する。
【００５５】
決定部３０６は、特定部３０３が特定した第１の原子の混成軌道の種別と、第１の原子に結合する複数の原子の各々の原子の原子種と、に基づいて、第１の原子の原子種を決定する。具体的な決定方法は、図１に記載した通りである。なお、決定結果は、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７などの記憶領域に記憶される。
【００５６】
図４は、電子密度による結合種決定条件テーブルの記憶内容の一例を示す説明図である。結合種決定条件テーブル４０１は、結合種ごとに記憶する。結合種決定条件テーブル４０１は、レコード４０１−１〜４０１−６を記憶する。結合種決定条件テーブル４０１は、結合種、電子密度条件、原子条件、その他の条件、力場種別という５つのフィールドを含む。結合種フィールドには、結合の種別を表す識別情報が格納される。電子密度条件フィールドには、結合種で結合する原子の間の電子密度に関する条件が格納される。原子条件フィールドには、結合種で結合する原子の種別が格納される。その他の条件フィールドには、電子密度条件と原子条件以外の条件が格納される。力場種別フィールドには、原子種が定義される力場の種別が格納される。
【００５７】
たとえば、レコード４０１−１は、単結合となる条件として、電子密度が１．５未満であることを示す。また、レコード４０１−１は、単結合がＡＭ１ＢＣＣ電荷、ＧＡＦＦ力場とともに定義されることを示す。レコード４０１−１の電子密度条件フィールドの内容が、電子密度による第１の条件となる。
【００５８】
同様に、レコード４０１−２の電子密度条件フィールドの内容が、電子密度による第２の条件となり、レコード４０１−３の電子密度条件フィールドの内容が、電子密度による第３の条件となる。また、レコード４０１−４の電子密度条件フィールドの内容が、電子密度による第４の条件となる。さらに、レコード４０１−４の原子条件フィールドの内容が、電子密度による第５の条件となる。また、レコード４０１−５の原子条件フィールドの内容が、電子密度による第６の条件となる。なお、電子密度による第６の条件の詳細については、参考文献１の図１ａに詳細に記述される。また、レコード４０１−５のその他の条件フィールドの内容が、電子密度による第７の条件となる。
【００５９】
図５は、結合角条件テーブルの記憶内容の一例を示す説明図である。図５に示す結合角条件テーブル３１２は、レコード５０１−１〜レコード５０１−７を有する。結合角条件テーブル３１２は、原子と、条件と、混成軌道の種別という３つのフィールドを含む。原子フィールドには、原子の種別が格納される。条件フィールドには、該当の原子を中心とする結合角が満たすべき条件が格納される。具体的に、条件フィールドには、結合角が、予め指定された閾値を用いて表現された条件が格納される。混成軌道の種別フィールドには、結合角が条件フィールドに格納された条件を満たす際の、結合角の中心の原子の混成軌道の種別が格納される。
【００６０】
予め指定された閾値は、２〜３度程度の刻みで指定しておけばよく、計算精度の依存性が小さい。本実施の形態では、２．５度刻みとする。なお、結合距離を用いて結合種を決定する方法では、閾値を、０．００１［オングストローム］刻みで指定しなければならないため、計算精度の依存性が大きくなってしまう。
【００６１】
たとえば、レコード５０１−１は、炭素原子を中心とする結合角が１８０度付近であれば、炭素原子がｓｐ原子であることを示す。また、レコード５０１−４は、３つの結合角の和が３６０度付近であれば、結合角の中心の炭素原子がｓｐ2原子であることを示す。
【００６２】
レコード５０１−１〜レコード５０１−７に記載の「ｘ度付近」について説明する。ｘは各レコードの条件フィールドに格納された角度を示す。第１の判断方法として、特定装置１０１は、たとえば、結合角または結合角の和が、ｘ度から特定装置１０１の利用者等により指定された所定の範囲内であれば、条件を満たすと判断してもよい。
【００６３】
第２の判断方法として、特定装置１０１は、レコード５０１−１〜レコード５０１−３に示す結合角の条件について、結合角が、２つの閾値の平均値から求められる範囲に含まれる場合、条件を満たすと判断してもよい。たとえば、レコード５０１−１の条件として、特定装置１０１は、結合角が（１８０＋１２０）／２＝１５０度以上であれば、条件を満たすと判断してもよい。さらに、レコード５０１−２の条件として、特定装置１０１は、結合角が１５０度未満であり、かつ、結合角が（１２０＋１０９．５）／２＝１１４．８度以上であれば、条件を満たすと判断してもよい。そして、レコード５０１−３の条件として、特定装置１０１は、結合角が１１４．８度未満であれば、条件を満たすと判断してもよい。
【００６４】
同様の考え方を適用して、特定装置１０１は、レコード５０１−４、レコード５０１−５に示す結合角の和の条件について、結合角が、２つの閾値の平均値から求められる範囲に含まれる場合、条件を満たすと判断してもよい。たとえば、レコード５０１−４の条件として、特定装置１０１は、結合角が（３６０＋３３０）／２＝３４５度以上であれば、条件を満たすと判断してもよい。そして、レコード５０１−５の条件として、特定装置１０１は、結合角が３４５度未満であれば、条件を満たすと判断してもよい。
【００６５】
第３の判断方法として、特定装置１０１は、レコード５０１−１、レコード５０１−２に示す結合角の条件について、ｓｐ原子が極めて直線性が高くなることを考慮して、条件となる範囲を設定してもよい。たとえば、レコード５０１−１の条件として、特定装置１０１は、１８０−２．５×４＝１７０度以上であれば、条件を満たすと判断してもよい。そして、レコード５０１−２の条件として、特定装置１０１は、結合角が１７０度未満であり、かつ、結合角が１１４．８度以上であれば、条件を満たすと判断してもよい。このとき、配位数が２であり、５員環の原子については、ｓｐ2でも１０８度となるため、本実施の形態にかかる結合角による原子種決定方法を実行する際には、５員環以下の環化合物の原子種については除外することが好ましい。ただし、配位数２でｓｐ3の系は窒素アニオンなどの稀な系である。
【００６６】
また、第４の判断方法として、特定装置１０１は、窒素原子にベンゼンなど芳香族が結合した場合、窒素原子のローンペアー電子が芳香族環に非局在化し易くなることを考慮して、窒素原子がｓｐ2原子かｓｐ3原子かの条件となる範囲を設定してもよい。たとえば、ｓｐ2窒素原子となる条件として、特定装置１０１は、窒素原子を中心とする結合角の和が３６０−２．５×３＝３５２．５度未満であれば、条件が満たされたとして、ｓｐ2窒素原子であると判断してもよい。そして、ｓｐ3窒素原子となる条件として、特定装置１０１は、窒素原子を中心とする結合角の和が３５２．５度以上であれば、条件が満たされたとして、ｓｐ3窒素原子であると判断してもよい。
【００６７】
図６は、混成軌道の種別に対応する結合種の条件の一例を示す説明図である。図６では、混成軌道の種別に対応する結合種の条件を記憶する結合種条件テーブル３１３を表示する。図６に示す結合種条件テーブル３１３は、レコード６０１−１〜レコード６０１−３を有する。
【００６８】
結合種条件テーブル３１３は、混成軌道の種別と、結合種の条件と、という２つのフィールドを含む。混成軌道の種別フィールドには、原子の混成軌道の種別として、ｓｐ、ｓｐ2、ｓｐ3が格納される。結合種の条件フィールドには、原子の混成軌道の種別が混成軌道の種別フィールドに格納された種別となる場合に、該当の原子に結合する複数の原子の各々の原子および該当の原子間の結合種が満たすべき条件が格納される。
【００６９】
たとえば、レコード６０１−１は、原子がｓｐ原子となる場合に、該当の原子に結合する複数の原子の各々の原子および該当の原子間の結合種が満たす条件として、三重結合が存在する、または二重結合が存在することを示す。
【００７０】
また、レコード６０１−２は、原子がｓｐ2原子となる場合に、該当の原子に結合する複数の原子の各々の原子および該当の原子間の結合種が満たす条件として、二重結合が１つ存在することを示す。
【００７１】
さらに、レコード６０１−３は、原子がｓｐ3原子となる場合に、該当の原子に結合する複数の原子の各々の原子および該当の原子間の結合種が満たす条件として、全て単結合となることを示す。
【００７２】
次に、窒素原子が取り得る原子種および結合種の一覧について、図７を用いて説明する。
【００７３】
図７は、窒素原子の原子種および結合種の一例を示す説明図である。表７０１は、窒素原子の原子種および結合種を示す。図７に示す原子種は、全てＡＭ１ＢＣＣ原子種である。
【００７４】
窒素原子の配位数は、１から４まである。さらに、窒素原子の状態も原子価が４となるカチオン、原子価が３となる中性、原子価が２となるアニオンの３種類がある。配位数が１で窒素原子の状態が中性である場合、原子種が［２５］となり、結合種が三重結合となる。配位数が１で窒素原子の状態がアニオンである場合、原子種が［２５］となり、結合種が二重結合となる。
【００７５】
配位数が２で窒素原子の状態がカチオンである場合、窒素原子はｓｐ原子となり、原子種が［２５］となり、結合種が三重結合となる。配位数が２で窒素原子の状態が中性である場合、窒素原子はｓｐ2原子となり、原子種が［２４］となり、結合種が二重結合と、単結合となる。配位数が２で窒素原子の状態がアニオンである場合、窒素原子はｓｐ3原子となり、原子種が［２１］か［２２］か［２３］かのうちのいずれかとなり、結合種が単結合２つとなる。
【００７６】
配位数が３で窒素原子の状態がカチオンである場合、窒素原子はｓｐ2原子となり、原子種が［２３］となり、結合種が二重結合と、単結合となる。配位数が３で窒素原子の状態が中性である場合、窒素原子はｓｐ3原子となり、原子種が［２１］か［２２］か［２３］となり、結合種が単結合３つとなる。
【００７７】
配位数が４で窒素原子の状態がカチオンである場合、窒素原子はｓｐ3原子となり、原子種が［２１］となり、結合種が二重結合と、単結合となる。次に、分子構造を記憶するテーブルである分子構造テーブル８０１の記憶内容の一例について、図８を用いて説明する。
【００７８】
図８は、分子構造テーブルの記憶内容の一例を示す説明図である。図８の（Ａ）および図８の（Ｂ）では、エチレン分子の分子構造が分子構造テーブル８０１に記憶される場合を例にして説明する。図８の（Ａ）では、分子構造テーブル８０１の記憶内容の一例を示す。図８の（Ｂ）では、分子構造テーブル８０１の記憶内容に対応した原子の位置をｘｙ座標上にて示す。
【００７９】
図８の（Ａ）に示す分子構造テーブル８０１は、レコード８０１−１〜８０１−６を記憶する。分子構造テーブル８０１は、原子ＩＤ、ｘ座標、ｙ座標、ｚ座標という４つのフィールドを含む。原子ＩＤフィールドには、対象原子を識別する識別情報が格納される。ｘ座標フィールドには、対象原子のｘ座標の値が格納される。ｙ座標フィールドには、対象原子のｙ座標の値が格納される。ｚ座標フィールドには、対象原子のｚ座標の値が格納される。たとえば、レコード８０１−１は、Ｃ＿（８＿１）が、ｘ座標＝０．６６、ｙ座標＝０．０、ｚ座標＝０．０に位置することを示す。
【００８０】
図８の（Ｂ）では、レコード８０１−１〜８０１−６にて示す、Ｃ＿（８＿１）〜Ｈ＿（８＿６）を、ｘｙ座標上にて示す。図８の（Ｂ）では、Ｃ＿（８＿１）〜Ｈ＿（８＿６）のｚ座標の値は、全て０であるため、ｚ軸を省略する。次に、図９〜図１３を用いて、対象分子となるＣ12Ｈ6Ｏ4における、分子構造の生成から、分子力場の割当を行う処理までを説明する。
【００８１】
図９は、モデリングソフトによる分子構造初期値の生成例を示す説明図である。図９では、モデリングソフトによって、分子構造テーブル８０１に格納されるデータが生成される様子を、図９の（Ａ）、図９の（Ｂ）、および図９の（Ｃ）にて説明する。
【００８２】
図９の（Ａ）にて、特定装置１０１は、利用者の操作により、ベンゼン環を表示する。たとえば、特定装置１０１は、利用者によるマウス２１１の操作により、ツールバーにあるベンゼン環アイコンが押下される。さらに、特定装置１０１は、利用者のマウス２１１のクリック操作により、作業用ウィンドウ上のいずれかの位置にベンゼン環を表示する。
【００８３】
次に、図９の（Ｂ）にて、特定装置１０１は、利用者によるマウス２１１の操作により、二つ目のベンゼン環を表示する。さらに、特定装置１０１は、利用者によるマウス２１１の操作により、１つ目のベンゼン環と２つ目のベンゼン環を結合した状態を表示する。
【００８４】
続けて、図９の（Ｃ）にて、特定装置１０１は、利用者によるマウス２１１の操作により、図９の（Ｂ）内のＨ＿（９＿１）〜Ｈ＿（９＿４）を、Ｏ＿（９＿５）〜Ｏ＿（９＿８）に置き換えた図である。さらに、特定装置１０１は、利用者によるマウス２１１の操作により、全体の電荷を−２に設定する。次に、特定装置１０１は、図９にて生成した対象分子となるＣ12Ｈ6Ｏ4について、分子軌道法により、安定構造を求める。分子軌道法の計算方法は、ＮＤＤＯ（Ｎｅｇｌｅｃｔ  ｏｆ  Ｄｉａｔｏｍｉｃ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｏｖｅｒｌａｐ）法に属するＰＭ５（Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ  Ｍｅｔｈｏｄ  ５）法を用いることにする。特定装置１０１は、安定構造となった対象分子内の各原子の位置情報を、位置情報テーブル３１１に格納する。
【００８５】
続けて、特定装置１０１は、ＰＭ５法を用いて、結合のある部位のＭａｙｅｒのボンドオーダーを算出する。特定装置１０１は、下記（１）式を用いて、Ｍａｙｅｒのボンドオーダーを算出する。
【００８６】
【数１】
2014219943.tif 000003
【００８７】
ただし、ＢＯkk'は原子ｋと原子ｋ’との間のＭａｙｅｒのボンドオーダーを示す。Ｐ、Ｓは、それぞれ電子の密度行列、原子軌道の重なり積分行列を示す。λ、ωは、それぞれｋ、ｋ’に属する基底関数を示す。密度行列Ｐと重なり積分行列Ｓは、量子科学計算でエネルギーを計算する際に行われるため、ボンドオーダーを求める場合に余分に行われるべき計算ではない。このため、ボンドオーダーの計算量は量子科学計算に対して無視できるほど小さい。なお、特定装置１０１は、密度行列Ｐの行列要素と重なり積分行列Ｓの行列要素を、下記（２）式、下記（３）式にて算出する。
【００８８】
【数２】
2014219943.tif 000004
【数３】
2014219943.tif 000005
【００８９】
ただし、μ、νは原子軌道に関する添え字を表す。また、Ｃμi、Ｃνiは分子が取り得るポテンシャルエネルギーのうちのｉ番目に低い分子軌道、あるいは密度汎関数法における軌道の軌道係数を示す。χμ、χνは分子軌道を展開するための基底関数である。たとえば、電子が１０個ある場合、ｎは５となる。なお、ｉ番目の軌道をΨiとすると、ΨiとＣμi、χμとの関係は下記（４）式で表される。
【００９０】
【数４】
2014219943.tif 000006
【００９１】
図１０は、電子密度による原子種の決定方法の一例を示す説明図である。図１０の（Ａ）では、電子密度を用いた結合種の決定方法を示す。図１０の（Ｂ）では、原子価を用いた結合種の決定方法を示す。
【００９２】
図１０の（Ａ）にて示す電子密度を用いる方法にて、特定装置１０１は、Ｏ＿（１０＿１）とＣ＿（１０＿２）の間の電子密度ρの値が、１．３８であると算出する。続けて、特定装置１０１は、ρの値が単結合を示す条件となる電子密度ρ＜１．５を満たすため、Ｏ＿（１０＿１）とＣ＿（１０＿２）の結合種を単結合に決定する。また、単結合となるため、特定装置１０１は、原子価が１であるアニオン性酸素に決定する。酸素原子の原子価が１である場合に酸素原子がアニオン性となり、酸素原子の原子価が２である場合に酸素原子が中性となる、という情報は、表として、ＲＡＭ２０３、磁気ディスク２０５、光ディスク２０７に記憶されるものとする。
【００９３】
また、特定装置１０１は、Ｏ＿（１０＿３）とＣ＿（１０＿４）の間の電子密度ρの値が、１．６２であると算出する。続けて、特定装置１０１は、ρが二重結合を示す条件１．５≦ρ＜２．５を満たすため、Ｏ＿（１０＿３）とＣ＿（１０＿４）の結合種を二重結合に決定する。このように、特定装置１０１は、ρ＜１．５を満たせば結合種を単結合に決定し、１．５≦ρ＜２．５を満たせば結合種を二重結合に決定する。また、図１０には表示されていないが、特定装置１０１は、２．５≦ρを満たせば結合種を三重結合に決定する。
【００９４】
図１０の（Ｂ）にて示す原子価を用いる方法は、Ｏ-の原子価が１であり、Ｏの原子価が２であるため、図１０の（Ｂ１）で示す構造と、図１０の（Ｂ２）で示す構造と、の２パターンがあり、正しい方を判断することが難しい。このように、原子価を用いる方法は、判別に曖昧性を残すことになる。実際に取り得る構造としては、アニオン性酸素同士が対角にある図１０の（Ａ）および図１０の（Ｂ１）で示す構造が安定である。したがって、特定装置１０１は、電子密度を用いた決定方法を用いることにより、原子価を用いて決定するより正確に結合種を決定することができる。
【００９５】
図１１は、電子密度による芳香族結合の決定方法の一例を示す説明図である。図１１の（Ａ１）および図１１の（Ａ２）と、図１１の（Ｂ１）および図１１の（Ｂ２）を用いて、特定の環構造に含まれる原子間の結合種の決定方法を説明する。具体的に、図１１の（Ａ１）および図１１の（Ａ２）では、特定装置１０１は、Ｃ12Ｈ6Ｏ4に含まれる原子間の結合種を決定する。また、図１１の（Ｂ１）および図１１の（Ｂ２）では、特定装置１０１は、Ｃ6Ｈ6に含まれる原子間の結合種を決定する。
【００９６】
図１１の（Ａ１）にて、特定装置１０１は、Ｈ＿（１１＿１）とＣ＿（１１＿２）の間の結合種を、単結合に決定したとする。次に、特定装置１０１は、Ｈ＿（１１＿１）とＣ＿（１１＿２）のいずれかが環に含まれるか否かを判断する。図１１の（Ａ１）の場合、Ｃ＿（１１＿２）〜Ｃ＿（１１＿７）が環を形成するため、Ｃ＿（１１＿２）が環に含まれる。以下、Ｃ＿（１１＿２）〜Ｃ＿（１１＿７）にて形成される環を、環１１０１とする。Ｃ＿（１１＿２）が環１１０１に含まれるため、特定装置１０１は、環１１０１を形成する原子群の組合せが特定の組合せか否かを判断する。ここで、特定の組合せとは、レコード４０１−５の原子条件である。この場合、環１１０１を形成する原子群は、全て炭素原子であり、特定の組合せとなる。
【００９７】
環１１０１が特定の組合せである場合、特定装置１０１は、続けて、環１１０１と環１１０１に結合する原子との間の結合種が単結合、または配位結合か否かを判断する。図１１の（Ａ１）の段階では、環１１０１と環１１０１に結合する原子との結合種、たとえばＣ＿（１１＿７）とＯ-＿（１１＿８）の結合種がまだ決定されていないため、特定装置１０１は、環１１０１に含まれる原子間の結合種が芳香族結合か否かの判断を行わない。
【００９８】
次に、図１１の（Ａ２）にて、特定装置１０１は、Ｃ＿（１１＿７）とＯ-＿（１１＿８）の結合種を、単結合に決定したとする。また、特定装置１０１は、環１１０１と環１１０１に結合する原子との結合種が全て決定済みであるとする。Ｃ＿（１１＿７）が環１１０１に含まれるため、特定装置１０１は、続けて、環１１０１と環１１０１に結合する原子との結合種が単結合または配位結合か否かを判断する。環１１０１に接する結合種のうち、Ｃ＿（１１＿３）とＣ＿（１１＿９）間の結合種が二重結合であるように、単結合または配位結合でない結合種があるため、特定装置１０１は、環１１０１の各々の原子間の結合種を芳香族結合でないと判断する。なお、環１１０１の各々の原子間の結合種については、図１０に記載した電子密度に用いた方法で行う。
【００９９】
また、図１１の（Ｂ１）にて、特定装置１０１は、Ｈ＿（１１＿１１）とＣ＿（１１＿１２）の間の結合種を、単結合に決定したとする。次に、特定装置１０１は、Ｈ＿（１１＿１１）とＣ＿（１１＿１２）のいずれかが環に含まれるか否かを判断する。図１１の（Ｂ１）の場合、Ｃ＿（１１＿１２）〜Ｃ＿（１１＿１７）が環を形成するため、Ｃ＿（１１＿１２）が環に含まれる。以下、Ｃ＿（１１＿１２）〜Ｃ＿（１１＿１７）にて形成される環を、環１１０２とする。図１１の（Ｂ１）の段階では、環１１０２と環１１０２に結合する原子との結合種が決定されていないものがあるため、特定装置１０１は、環１１０２に含まれる原子間の結合種が芳香族結合か否かの判断を行わない。
【０１００】
次に、図１１の（Ｂ２）にて、特定装置１０１は、Ｃ＿（１１＿１７）とＨ＿（１１＿１８）の結合種を、単結合に決定したとする。Ｃ＿（１１＿１７）が環１１０２に含まれるため、特定装置１０１は、続けて、環１１０２と環１１０２に結合する原子との結合種が単結合または配位結合か否かを判断する。環１１０２と環１１０２に結合する原子との結合種全てが単結合であるため、特定装置１０１は、環１１０２に含まれる原子間の結合種を芳香族結合であると判断する。
【０１０１】
図１２は、電子密度による電荷を有する結合種の決定方法の一例を示す説明図である。アニオン性原子を含む単結合の電子密度の値は、中性原子同士の単結合より高くなり、単結合と二重結合を判断する閾値１．５を超えてしまう場合も有り得る。図１２の（Ａ）と図１２の（Ｂ）では、電子密度の値が閾値１．５を超えた場合における、アニオン性原子を含む単結合を決定する方法について説明する。
【０１０２】
特定装置１０１は、対象分子となるＣ12Ｈ6Ｏ4の原子間の組合せのうち、結合種が二重結合である組を抽出する。図１２の（Ａ）では、特定装置１０１は、Ｃ＿（１２＿１）とＯ＿（１２＿２）の組と、Ｃ＿（１２＿３）とＯ＿（１２＿４）の組と、Ｃ＿（１２＿５）とＯ＿（１２＿６）の組と、Ｃ＿（１２＿７）とＯ＿（１２＿８）の組とを抽出する。また、Ｃ＿（１２＿１）とＯ＿（１２＿２）の電子密度ρの値が１．５１であるとし、Ｃ＿（１２＿３）とＯ＿（１２＿４）の電子密度ρの値が１．７２であるとする。さらに、Ｃ＿（１２＿５）とＯ＿（１２＿６）の電子密度ρの値が１．７１であるとし、Ｃ＿（１２＿７）とＯ＿（１２＿８）の電子密度ρの値が１．５０であるとする。
【０１０３】
なお、抽出された４つの組は、全て炭素原子と酸素原子の組合せとなったため、特定装置１０１は、そのまま４つの組を対象に処理を続ける。もし、抽出された組の２つの原子の組合せが異なる場合、特定装置１０１は、抽出された組合せを、２つの原子の種別ごとのグループに分割し、グループごとに処理を続行する。たとえば、抽出された組合せが、炭素原子と炭素原子の組合せと、炭素原子と酸素原子の組合せと、になった場合、特定装置１０１は、炭素原子と酸素原子の組合せを１つのグループに設定し、炭素原子と酸素原子の組合せをもう一つのグループに設定する。
【０１０４】
次に、特定装置１０１は、４つの抽出された組の電子密度の値が同一か否かを判断する。同一か否かの判断としては、電子密度の値が完全同一でなく、たとえば、比較対象同士の電子密度の値の差が、所定の閾値以下であれば、同一とみなしてもよい。図１２の（Ａ）の例では、比較対象同士の電子密度の値が０．０５未満であれば、同一とみなすことにする。たとえば、Ｃ＿（１２＿１）とＯ＿（１２＿２）の電子密度の値が１．５１であり、Ｃ＿（１２＿３）とＯ＿（１２＿４）の電子密度の値が１．７２であるので、１．７２−１．５１＝０．２１＞０．０５となるため、特定装置１０１は、同一でないと判断する。同様に、特定装置１０１は、Ｃ＿（１２＿５）とＯ＿（１２＿６）と、Ｃ＿（１２＿７）とＯ＿（１２＿８）との電子密度の値も同一でないと判断する。
【０１０５】
同一でないと判断した場合、特定装置１０１は、電子密度の値が低い方の結合種を単結合に決定する。設定した後の図として、図１２の（Ｂ）に示す。特定装置１０１は、Ｃ＿（１２＿１）とＯ＿（１２＿２）との間の結合種を単結合に決定し、さらに、Ｏ＿（１２＿２）を、Ｏ-＿（１２＿２）に決定する。同様に、特定装置１０１は、Ｃ＿（１２＿７）とＯ＿（１２＿８）との間の結合種を単結合に決定し、さらに、Ｏ＿（１２＿８）を、Ｏ-＿（１２＿８）に設定する。次に、図１０〜図１２に示した決定した結合種を用いた原子種の決定の例について、図１３にて説明する。
【０１０６】
図１３は、電子密度による原子種の決定結果の一例を示す説明図である。図１３では、対象分子となるＣ12Ｈ6Ｏ4について、図１０の（Ａ）で示した構造における原子種を図１３の（Ａ）として示し、図１０の（Ｂ２）で示した構造における原子種を図１３の（Ｂ）として示す。
【０１０７】
原子種は、結合種から１対１で特定できる。また、図１３の（Ａ）および図１３の（Ｂ）では、ＧＡＦＦ原子種を用いた場合の例を示す。なお、図１３の（Ａ）および図１３の（Ｂ）の水素原子の表記を省略するが、全ての水素原子のＧＡＦＦ原子種が、［ｈａ］となる。
【０１０８】
図１３の（Ａ）では、特定装置１０１は、Ｃ＿（１３＿１）〜Ｃ＿（１３＿６）のＧＡＦＦ原子種を、それぞれ、［ｃ］、［ｃｄ］、［ｃｃ］、［ｃｃ］、［ｃｄ］、［ｃｄ］に決定する。
【０１０９】
また、図１３の（Ｂ）では、特定装置１０１は、Ｃ＿（１３＿１１）〜Ｃ＿（１３＿１６）のＧＡＦＦ原子種を、全て［ｃａ］に決定する。ＧＡＦＦ原子種が異なると、割り当てられる分子力場が異なるため、物性などのシミュレーションに影響を与える。
【０１１０】
図１３にて示したように、原子種が異なると、割り当てられる力場が異なるため、シミュレーションが不正確となってしまう。本実施の形態にかかる特定装置１０１は、新規の分子についても、適切な分子力場を割り当てることができる。
【０１１１】
図１０〜図１３では、電子密度による原子種の決定方法を説明した。次に、図１４を用いて、結合角による原子種の決定方法の一例を示す。
【０１１２】
図１４は、結合角による原子種の決定方法の一例を示す説明図である。図１４では、対象分子をＣ3Ｈ9Ｎとして、結合角による原子種を決定する方法について説明する。
【０１１３】
図１４の（Ａ）にて、特定装置１０１は、対象分子の構造的に安定な状態を探索する。構造的に安定な状態が検出できた後、特定装置１０１は、検出した構造的に安定な状態におけるＮ＿（１４）を中心とする３つの結合角となる、図１４の（Ａ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃとを算出する。算出した結果、図１４の（Ａ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃともに、１１３度となり、図１４の（Ａ）の∠Ａ＋∠Ｂ＋∠Ｃ＝３３９度＜３５２．５度であるため、特定装置１０１は、Ｎ＿（１４）がｓｐ3窒素原子であると判断する。
【０１１４】
続けて、図１４の（Ｂ）にて、特定装置１０１は、Ｎ＿（１４）が、ＧＡＦＦ原子種が［ｃ３］となる炭素原子を有するメチル基と結合することから、Ｎ＿（１４）のＧＡＦＦ原子種を［ｎ３］に決定する。次に、図１５〜図１７を用いて、結合角による原子種の決定結果の一例を示す。
【０１１５】
図１５は、結合角による原子種の決定結果の一例を示す説明図（その１）である。図１５では、４つの対象分子に対して、結合角による、結合角の中心にある原子の原子種の決定の様子を示す。図１５では、結合角の中心が炭素原子である場合について説明を行う。
【０１１６】
図１５の（Ａ）では、特定装置１０１は、対象分子をＣ7Ｈ6Ｏ2として、Ｃ＿（１５Ａ）を中心とする結合角により、Ｃ＿（１５Ａ）の原子種を決定する。特定装置１０１は、対象分子の構造的に安定な状態を探索する。構造的に安定な状態が検出できた後、特定装置１０１は、検出した構造的に安定な状態におけるＣ＿（１５Ａ）を中心とする３つの結合角となる、図１５の（Ａ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃとを算出する。算出した結果、図１５の（Ａ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃは、それぞれ、１１５．４度、１１６．０度、１２８．６度となり、∠Ａ＋∠Ｂ＋∠Ｃ＝３６０．０度≧３５２．５度であるため、特定装置１０１は、Ｃ＿（１５Ａ）がｓｐ2炭素原子であると判断する。
【０１１７】
続けて、特定装置１０１は、Ｃ＿（１５Ａ）が酸素原子と結合することから、Ｃ＿（１５Ａ）がカルボニル炭素であることが判断できる。よって、特定装置１０１は、Ｃ＿（１５Ａ）のＧＡＦＦ原子種を、［ｃ］に決定する。
【０１１８】
図１５の（Ｂ）では、特定装置１０１は、対象分子をＣ7Ｈ7ＯＮとして、Ｃ＿（１５Ｂ）を中心とする結合角により、Ｃ＿（１５Ｂ）の原子種を決定する。特定装置１０１は、対象分子の構造的に安定な状態を探索する。構造的に安定な状態が検出できた後、特定装置１０１は、検出した構造的に安定な状態におけるＣ＿（１５Ｂ）を中心とする３つの結合角となる、図１５の（Ｂ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃとを算出する。算出した結果、図１５の（Ｂ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃは、それぞれ、１２１．９度、１１９．７度、１１８．３度となり、∠Ａ＋∠Ｂ＋∠Ｃ＝３５９．９度≧３５２．５度であるため、特定装置１０１は、Ｃ＿（１５Ｂ）がｓｐ2炭素原子であると判断する。
【０１１９】
続けて、特定装置１０１は、Ｃ＿（１５Ｂ）が酸素原子および窒素原子と結合することから、Ｃ＿（１５Ｂ）がアミド炭素であることが判断できる。よって、特定装置１０１は、Ｃ＿（１５Ｂ）のＧＡＦＦ原子種を、［ｃ］に決定する。
【０１２０】
図１５の（Ｃ）では、特定装置１０１は、対象分子をＣ8Ｈ8Ｏとして、Ｃ＿（１５Ｃ）を中心とする結合角により、Ｃ＿（１５Ｃ）の原子種を決定する。特定装置１０１は、対象分子の構造的に安定な状態を探索する。構造的に安定な状態が検出できた後、特定装置１０１は、検出した構造的に安定な状態におけるＣ＿（１５Ｃ）を中心とする３つの結合角となる、図１５の（Ｃ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃとを算出する。算出した結果、図１５の（Ｃ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃは、それぞれ、１２０．９度、１１６．４度、１２２．７度となり、∠Ａ＋∠Ｂ＋∠Ｃ＝３６０．０度≧３５２．５度であるため、特定装置１０１は、Ｃ＿（１５Ｃ）がｓｐ2炭素原子であると判断する。
【０１２１】
続けて、特定装置１０１は、Ｃ＿（１５Ｃ）が炭素原子および水素原子と結合することから、Ｃ＿（１５Ｃ）のＧＡＦＦ原子種を、［ｃ２］に決定する。
【０１２２】
図１５の（Ｄ）では、特定装置１０１は、対象分子をＣ8Ｈ7Ｎとして、Ｃ＿（１５Ｄ）を中心とする結合角により、Ｃ＿（１５Ｄ）の原子種を決定する。特定装置１０１は、対象分子の構造的に安定な状態を探索する。構造的に安定な状態が検出できた後、特定装置１０１は、検出した構造的に安定な状態におけるＣ＿（１５Ｄ）を中心とする結合角となる、図１５の（Ｄ）の∠Ａを算出する。算出した結果、図１５の（Ｄ）の∠Ａは、１７８．３度となり、∠Ａ＝１７８．３度≧１７０．０度であるため、特定装置１０１は、Ｃ＿（１５Ｄ）がｓｐ炭素原子であると判断する。続けて、特定装置１０１は、Ｃ＿（１５Ｄ）のＧＡＦＦ原子種を、［ｃ１］に決定する。
【０１２３】
図１６は、結合角による原子種の決定結果の一例を示す説明図（その２）である。図１６では、６つの対象分子に対して、結合角による、結合角の中心にある原子の原子種の決定の様子を示す。図１６では、結合角の中心が窒素原子である場合について説明を行う。
【０１２４】
図１６の（Ａ）では、特定装置１０１は、対象分子をＣ8Ｈ11Ｎとして、Ｎ＿（１６Ａ）を中心とする結合角により、Ｎ＿（１６Ａ）の原子種を決定する。特定装置１０１は、対象分子の構造的に安定な状態を探索する。構造的に安定な状態が検出できた後、特定装置１０１は、検出した構造的に安定な状態におけるＮ＿（１６Ａ）を中心とする３つの結合角となる、図１６の（Ａ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃとを算出する。算出した結果、図１６の（Ａ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃは、それぞれ、１１５．６度、１１３．４度、１１６．４度となり、∠Ａ＋∠Ｂ＋∠Ｃ＝３４５．４度＜３５２．５度であるため、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ａ）がｓｐ3窒素原子であると判断する。
【０１２５】
続けて、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ａ）が芳香族環と結合することから、Ｎ＿（１６Ａ）のＧＡＦＦ原子種を、［ｎｈ］に決定する。
【０１２６】
図１６の（Ｂ）では、特定装置１０１は、対象分子をＣ8Ｈ10ＮＯとして、Ｎ＿（１６Ｂ）を中心とする結合角により、Ｎ＿（１６Ｂ）の原子種を決定する。さらに、図１６の（Ｂ）の対象分子は、電荷が＋１であるとする。特定装置１０１は、対象分子の構造的に安定な状態を探索する。構造的に安定な状態が検出できた後、特定装置１０１は、検出した構造的に安定な状態におけるＮ＿（１６Ｂ）を中心とする３つの結合角となる、図１６の（Ｂ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃとを算出する。算出した結果、図１６の（Ｂ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃは、それぞれ、１２１．３度、１１７．４度、１２１．３度となり、∠Ａ＋∠Ｂ＋∠Ｃ＝３６０．０度≧３５２．５度であるため、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ｂ）がｓｐ2窒素原子であると判断する。
【０１２７】
続けて、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ｂ）の配位数が３であるからイミニウムイオンであると判断する。また、特定装置１０１は、ＡＭ１ＢＣＣ原子種を［２３］と決定する。イミニウムイオンとなる場合のＧＡＦＦ原子種は未定義である。
【０１２８】
図１６の（Ｃ）では、特定装置１０１は、対象分子をＣ4Ｈ5Ｎとして、Ｎ＿（１６Ｃ）を中心とする結合角により、Ｎ＿（１６Ｃ）の原子種を決定する。特定装置１０１は、対象分子の構造的に安定な状態を探索する。構造的に安定な状態が検出できた後、特定装置１０１は、検出した構造的に安定な状態におけるＮ＿（１６Ｃ）を中心とする３つの結合角となる、図１６の（Ｃ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃとを算出する。算出した結果、図１６の（Ｃ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃは、それぞれ、１２５．６度、１２５．６度、１０８．８度となり、∠Ａ＋∠Ｂ＋∠Ｃ＝３６０．０度≧３５２．５度であるため、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ｃ）がｓｐ2窒素原子であると判断する。
【０１２９】
続けて、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ｃ）の配位数が３であり、芳香族５員環であることから、Ｎ＿（１６Ｃ）が芳香族ｓｐ2窒素原子であり、ＧＡＦＦ原子種を［ｎａ］と判断する。
【０１３０】
図１６の（Ｄ）では、特定装置１０１は、対象分子をＣ7Ｈ9ＮＯとして、Ｎ＿（１６Ｄ）を中心とする結合角により、Ｎ＿（１６Ｄ）の原子種を決定する。特定装置１０１は、対象分子の構造的に安定な状態を探索する。構造的に安定な状態が検出できた後、特定装置１０１は、検出した構造的に安定な状態におけるＮ＿（１６Ｄ）を中心とする３つの結合角となる、図１６の（Ｄ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃとを算出する。算出した結果、図１６の（Ｄ）の∠Ａと∠Ｂと∠Ｃは、それぞれ、１１５．３度、１１６．８度、１２７．９度となり、∠Ａ＋∠Ｂ＋∠Ｃ＝３６０．０度≧３５２．５度であるため、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ｄ）がｓｐ2窒素原子であると判断する。
【０１３１】
続けて、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ｄ）の配位数が３であり、カルボニル炭素と結合することから、Ｎ＿（１６Ｄ）がアミドｓｐ2窒素原子であり、ＧＡＦＦ原子種を［ｎ］と判断する。
【０１３２】
図１６の（Ｅ）では、特定装置１０１は、対象分子をＣＨ3Ｎ2として、Ｎ＿（１６Ｅ）を中心とする結合角により、Ｎ＿（１６Ｅ）の原子種を決定する。特定装置１０１は、対象分子の構造的に安定な状態を探索する。構造的に安定な状態が検出できた後、特定装置１０１は、検出した構造的に安定な状態におけるＮ＿（１６Ｅ）を中心とする結合角となる、図１６の（Ｅ）の∠Ａを算出する。算出した結果、図１６の（Ｅ）の∠Ａは、１２２．１度となり、１１４．８度≦∠Ａ＝１２２．１度＜１７０．０度であるため、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ｅ）がｓｐ2窒素原子であると判断する。
【０１３３】
続けて、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ｅ）のＧＡＦＦ原子種を［ｎ２］と判断する。また、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ｅ）のＡＭ１ＢＣＣ原子種を［２４］と判断する。
【０１３４】
図１６の（Ｆ）では、特定装置１０１は、対象分子をＣＨ3Ｎ2として、Ｎ＿（１６Ｆ）を中心とする結合角により、Ｎ＿（１６Ｆ）の原子種を決定する。特定装置１０１は、対象分子の構造的に安定な状態を探索する。構造的に安定な状態が検出できた後、特定装置１０１は、検出した構造的に安定な状態におけるＮ＿（１６Ｆ）を中心とする結合角となる、図１６の（Ｆ）の∠Ａを算出する。算出した結果、図１６の（Ｆ）の∠Ａは、１８０．０度となり、∠Ａ＝１８０．０度≧１７０．０度であるため、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ｆ）がｓｐ窒素原子であると判断する。
【０１３５】
続けて、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ｆ）のＧＡＦＦ原子種を［ｎ１］と判断する。また、特定装置１０１は、Ｎ＿（１６Ｆ）のＡＭ１ＢＣＣ原子種を［２５］と判断する。
【０１３６】
図１７は、結合角による原子種の決定結果の一例を示す説明図（その３）である。図１７では、結合距離または電子密度を用いて決定した結合種に矛盾が発生した場合に、結合角による原子の混成軌道の種別を用いて、結合種を決定する例について説明を行う。図１７の（Ａ）では、対象分子をＣ5Ｈ5Ｎ4として、結合ａの結合種と結合ｂの結合種とを決定する。ここで、結合ａの結合種と結合ｂの結合種とを決定する装置は、特定装置１０１でもよいし、特定装置１０１とは異なる他の装置でもよい。他の装置が結合ａの結合種と結合ｂの結合種とを決定する場合、特定装置１０１は、他の装置から決定結果を取得することになる。図１７では、結合ａの結合種と結合ｂの結合種とを決定する装置が特定装置１０１であるとして説明を行う。
【０１３７】
第１の結合種の決定方法として、結合距離を用いた結合種を決定する例について説明する。特定装置１０１は、結合ａの距離を１．３５７［オングストローム］と算出するとともに、結合ｂの距離を１．３６７［オングストローム］と算出する。
【０１３８】
一方、炭素−窒素の結合種を判断する閾値を決定するために、特定装置１０１は、図１７の（Ｂ）で示すＣ＿（１７Ｂ＿１）とＮ＿（１７Ｂ＿２）の結合ｃの距離と、図１７の（Ｃ）で示すＣ＿（１７Ｃ＿１）とＮ＿（１７Ｃ＿２）の結合ｄの距離とを算出する。特定装置１０１は、結合ｃの距離を、１．４８０［オングストローム］と算出するとともに、結合ｄの距離を１．２９４［オングストローム］と算出する。そして、特定装置１０１は、炭素−窒素の結合種が単結合か二重結合かを判断する閾値として用いる値を、結合ｃと結合ｄの平均値（１．４８０＋１．２９４）／２＝１．３８７に設定する。
【０１３９】
続けて、特定装置１０１は、設定した閾値と、結合ａ、結合ｂそれぞれの距離とを比較して、単結合か二重結合かを判断する。結合ａ、結合ｂともに、設定した閾値より小さいため、特定装置１０１は、結合ａ、結合ｂともに二重結合と判断する。ここで、表７０１が示すように、配位数２であり、中性の窒素原子の結合種は、二重結合と単結合となるため、表７０１と矛盾する結果となる。
【０１４０】
次に、第２の結合種の決定方法として、電子密度を用いた結合種を決定する例について説明する。特定装置１０１は、結合ａの電子密度を１．４４９と算出するとともに、結合ｂの電子密度を１．２６４と算出する。
【０１４１】
レコード４０１−１、レコード４０１−２により、単結合か二重結合かを判断する閾値は１．５であるから、特定装置１０１は、結合ａ、結合ｂともに単結合と判断する。ここで、表７０１が示すように、配位数２であり、中性の窒素原子の結合種は、二重結合と単結合となるため、表７０１と矛盾する結果となる。
【０１４２】
そこで、図１７の（Ａ）の例について、特定装置１０１は、結合角によって特定した混成軌道の種別を用いて、混成軌道の種別に対応する結合種の条件を満たすか否かを判断することによって、結合種を決定する。
【０１４３】
具体的に、特定装置１０１は、Ｎ＿（１７Ａ）を中心とする結合角となる、図１７の（Ａ）の∠Ａを算出する。算出した結果、図１７の（Ａ）の∠Ａは、１１９．１度となり、１１４．８度≦∠Ａ＝１１９．１度＜１７０．０度であるため、特定装置１０１は、Ｎ＿（１７Ａ）がｓｐ2窒素原子であると判断する。結合種条件テーブル３１３を参照するとｓｐ2原子は、二重結合が１つあり、配位数が２であることから、特定装置１０１は、Ｎ＿（１７Ａ）の結合種を、二重結合１つと単結合１つと特定する。
【０１４４】
次に、結合ａと結合ｂについて、どちらが二重結合となり、どちらが単結合となるかについて、特定装置１０１は、結合距離または電子密度を用いて決定する。結合距離を用いる場合、結合ｂの方が結合ａに比べて結合距離が長いため、特定装置１０１は、結合ｂの方が結合ａに比べて単結合に近いと判断して、距離が長い結合ｂの結合種を二重結合から単結合に更新する。また、電子密度を用いる場合、結合ａの方が結合ｂに比べて電子密度が大きいため、特定装置１０１は、結合ａの方が結合ｂに比べて二重結合に近いと判断して、電子密度が大きい結合ａの結合種を単結合から二重結合に更新する。
【０１４５】
図１８は、力場テーブルの一例を示す説明図である。図９〜図１７にて示す処理を行って、対象分子内の各原子の原子種を特定した後、特定装置１０１は、力場テーブルを参照して、原子種に対応する力場情報を割り当てる。力場テーブルは、たとえば、参考文献３に記載された原子種ごとのばね定数等が格納されたテーブルである。力場テーブルとして、結合パラメータ１８０１、結合角パラメータ１８０２、二面角パラメータ１８０３、非結合パラメータ１８０４とがある。
【０１４６】
図１８に示す結合パラメータ１８０１は、レコード１８０１−１〜レコード１８０１−５を有する。また、図１８に示す結合角パラメータ１８０２は、レコード１８０２−１〜レコード１８０２−４を有する。さらに、図１８に示す二面角パラメータ１８０３は、レコード１８０３−１〜レコード１８０３−４を有する。さらに、図１８に示す非結合パラメータ１８０４は、レコード１８０４−１〜レコード１８０４−５を有する。
【０１４７】
結合パラメータ１８０１〜非結合パラメータ１８０４の各フィールドのＲｋ、Ｒｅｑ、Ｔｋ、Ｔｅｑ、Ｐｋ、ｐ、ｎ、ｖｄｗ、ｗｄについては、図１９にて説明する。また、結合パラメータ１８０１〜二面角パラメータ１８０３の第１フィールドには、結合する原子種の組合せが格納される。同様に、非結合パラメータ１８０４の第１フィールドには、原子種が格納される。
【０１４８】
たとえば、レコード１８０１−１は、原子種［ｃ］の原子と原子種［ｃ］の原子が結合した際のＲｋが２９０．１、Ｒｅｑが１．５５であることを示す。
【０１４９】
図１９は、分子力場関数の一例を示す説明図である。特定装置１０１は、図１８で割り当てたパラメータの値を図１９に示す関数に代入して、分子力場を算出する。図１９では、ＧＡＦＦ力場を算出する関数を下記（５）式として示す。（５）式は、下記参考文献６や下記参考文献７に記載される。
（参考文献６：Ｊｕｎｍｅｉ  Ｗａｎｇ、他３名、「Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ａｔｏｍ  ｔｙｐｅ  ａｎｄ  ｂｏｎｄ  ｔｙｐｅ  ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ  ｉｎ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ」Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ、Ｖｏｌ．２５、２００６、ｐ．２４７−２６０）
（参考文献７：Ｈｉｄｅａｋｉ  Ｆｕｊｉｔａｎｉ、他２名、「Ｍａｓｓｉｖｅｌｙ  ｐａｒａｌｌｅｌ  ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｂｉｎｄｉｎｇ  ｆｒｅｅ  ｅｎｅｒｇｙ  ｗｉｔｈ  ｗｅｌｌ−ｅｑｕｉｌｉｂｒａｔｅｄ  ｓｔａｔｅｓ」Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｅ、Ｖｏｌ．７９、２００９）
【０１５０】
【数５】
2014219943.tif 000007
【０１５１】
ここで、（５）式の各項が示すものを説明する。（５）式の第１項は、結合に関するエネルギーを示す。（５）式の第２項は、結合角に関するエネルギーを示す。（５）式の第３項は、二面角に関するエネルギーを示す。（５）式の第４項は、非結合に関するエネルギーを示す。（５）式の第５項は、電荷に関するエネルギーを示す。
【０１５２】
次に、（５）式に出現する変数について説明する。ｋr、ｋθ、ｖnは、力場の定数である。また、ｋrは、結合パラメータ１８０１のＲｋに相当する。さらに、ｋθは、結合角パラメータ１８０２のＴｋに相当する。同様に、ｖnは、二面角パラメータ１８０３のＰｋに相当する。
【０１５３】
ｒは、２つの原子間の距離を示す。ｒeqは、２つの原子間の平衡距離である。また、ｒeqは、結合パラメータ１８０１のＲｅｑに相当する。
【０１５４】
θは、結合角を示す。θeqは、平衡結合角を示す。平衡結合角は、最も安定な結合角の値である。さらに、θeqは、結合角パラメータ１８０２のＴｅｑに相当する。
【０１５５】
φは、二面角を示す。ｎは、プログラム上用いる値である。さらに、ｎは、二面角パラメータ１８０３のｎに相当する。たとえば、レコード１８０３−１とレコード１８０３−２には、［ｎ］−［ｃ３］−［ｃ］−［ｎ］のｎが１から２まで処理する。なお、ｎがマイナスの場合、次のレコードがあることを示す。γは、位相を示す。さらに、γは、二面角パラメータ１８０３のｐに相当する。
【０１５６】
ｉとｊとは、原子に付与した識別番号である。εijは、非結合パラメータ１８０４の、識別番号ｉの原子の原子種に対応するｗｄの値と、識別番号ｊの原子の原子種に対応するｗｄの値と、を乗算した値の平方根となる。σijは、非結合パラメータ１８０４の、識別番号ｉの原子の原子種に対応するｖｄｗの値と、識別番号ｊの原子の原子種に対応するｖｄｗの値との和となる。ｒijは、非結合パラメータ１８０４の、識別番号ｉの原子と、識別番号ｊの原子との距離となる。
【０１５７】
ｑiは、識別番号ｉの原子の電荷である。ｑjは、識別番号ｊの原子の電荷である。次に、図２０〜図２５を用いて、分子力場割当処理の一例を示すフローチャートを示す。
【０１５８】
図２０は、分子力場割当処理手順の一例を示すフローチャートである。分子力場割当処理は、新たな分子に力場を割り当てる処理である。特定装置１０１は、分子構造初期値と対象分子全体の電荷を与えて、量子科学計算による安定構造探索を行う（ステップＳ２００１）。安定構造探索にて、電子の密度行列Ｐ、原子軌道の重なり積分行列Ｓが算出される。次に、特定装置１０１は、原子間の結合の有無を探索する（ステップＳ２００２）。続けて、特定装置１０１は、結合が存在する原子間について、結合種を決定していない２つの原子を選択する（ステップＳ２００３）。次に、特定装置１０１は、電子密度による結合種決定処理を実行する（ステップＳ２００４）。電子密度による結合種決定処理の詳細は、図２１にて後述する。続けて、特定装置１０１は、２つの原子の少なくとも一つの原子が、環に含まれるか否かを判断する（ステップＳ２００５）。
【０１５９】
環に含まれる場合（ステップＳ２００５：Ｙｅｓ）、特定装置１０１は、電子密度による芳香族結合決定処理を実行する（ステップＳ２００６）。電子密度による芳香族結合決定処理の詳細は、図２２にて後述する。ステップＳ２００６の実行後、または、環に含まれない場合（ステップＳ２００５：Ｎｏ）、特定装置１０１は、決定された結合種から原子種を決定する（ステップＳ２００７）。
【０１６０】
続けて、特定装置１０１は、原子種が決定した原子に矛盾があるか否かを判断する（ステップＳ２００８）。矛盾がある例としては、たとえば、原子種が決定した原子価と、結合の手の数が不一致である場合である。
【０１６１】
原子種が決定した原子に矛盾がある場合（ステップＳ２００８：Ｙｅｓ）、特定装置１０１は、結合角による原子種決定処理を実行する（ステップＳ２００９）。結合角による原子種決定処理は、図２４および図２５にて後述する。ステップＳ２００９の処理終了後、または、原子種が決定した原子に矛盾がない場合（ステップＳ２００８：Ｎｏ）、特定装置１０１は、対象分子内の全ての結合種と原子種が決定されたか否かを判断する（ステップＳ２０１０）。未決定である結合種、原子種がある場合（ステップＳ２０１０：Ｎｏ）、特定装置１０１は、ステップＳ２００３の処理に移行する。
【０１６２】
全ての結合種と原子種が決定した場合（ステップＳ２０１０：Ｙｅｓ）、特定装置１０１は、電子密度によるアニオン性単結合決定処理を実行する（ステップＳ２０１１）。電子密度によるアニオン性単結合決定処理の詳細については、図２３にて後述する。電子密度によるアニオン性単結合決定処理は、アニオン性原子を有する単結合があるか否かを探索する処理である。なお、アニオン性原子を有する単結合は、ＡＭ１ＢＣＣ電荷で定義されており、ＧＡＦＦ力場では定義されていない。したがって、ＧＡＦＦ力場を用いる場合には、特定装置１０１は、ステップＳ２０１１の処理を実行しなくてもよい。
【０１６３】
ステップＳ２０１１の実行後、特定装置１０１は、力場テーブルと、決定した原子種と結合種から、力場情報を割り当てる（ステップＳ２０１２）。ステップＳ２０１２の具体的処理として、たとえば、特定装置１０１は、決定した原子種と結合種を他の装置に出力してもよい。出力後、他の装置が、決定した原子種と結合種に対応した力場情報を割り当てる。ステップＳ２０１２の終了後、特定装置１０１は、分子力場割当処理を終了する。分子力場割当処理を実行することにより、特定装置１０１は、新たな分子に適切な力場を割り当てることができる。
【０１６４】
また、図２０において、特定装置１０１は、結合角による原子種決定処理を、原子種が決定した原子に矛盾があるときに行う。別の方法として、特定装置１０１は、原子価による原子種の決定法と、結合距離による原子種の決定法と、電子密度による原子種の決定法と、結合角による原子種の決定法のうち、原子ごとに確実な方法を選択して、原子種を決定してもよい。たとえば、特定装置１０１は、水素原子に対しては原子価による原子種の決定法を行い、窒素原子に対しては結合角による原子種の決定法を行う。
【０１６５】
図２１は、電子密度による結合種決定処理手順の一例を示すフローチャートである。電子密度による結合種決定処理は、電子密度を用いて結合種を決定する処理である。特定装置１０１は、２つの原子の種別の組合せが、非局在結合を示す組合せか否かを判断する（ステップＳ２１０１）。非局在結合を示す組合せでない場合（ステップＳ２１０１：Ｎｏ）、特定装置１０１は、電子密度ＢＯkk'を算出する（ステップＳ２１０２）。なお、ステップＳ２１０２の処理について、電子密度を算出する処理量は、電子の密度行列Ｐと原子軌道の重なり積分行列ＳがステップＳ２１０１の処理にて算出されるため、ステップＳ２１０１にて行われた処理量に対して無視できるほど小さい。
【０１６６】
続けて、特定装置１０１は、２つの原子の間の電子密度ＢＯkk'を確認する（ステップＳ２１０３）。ＢＯkk'が１．５未満となる場合（ステップＳ２１０３：ＢＯkk'＜１．５）、特定装置１０１は、続けて、２つの原子の種別の組合せが、配位結合を示す組合せか否かを判断する（ステップＳ２１０４）。なお、ステップＳ２１０４の処理にて、配位結合は、ＡＭ１ＢＣＣ電荷で定義されており、ＧＡＦＦ力場では定義されていない。したがって、ＧＡＦＦ力場を用いる場合には、特定装置１０１は、ステップＳ２１０４の処理を行わず、ステップＳ２１０６の処理に移行する。配位結合を示す組合せとなる場合（ステップＳ２１０４：Ｙｅｓ）、特定装置１０１は、結合種を配位結合に決定する（ステップＳ２１０５）。
【０１６７】
配位結合を示す組合せではない場合（ステップＳ２１０４：Ｎｏ）、特定装置１０１は、結合種を単結合に決定する（ステップＳ２１０６）。ＢＯkk'が１．５以上２．５未満となる場合（ステップＳ２１０３：１．５≦ＢＯkk'＜２．５）、特定装置１０１は、結合種を二重結合に決定する（ステップＳ２１０７）。ＢＯkk'が２．５以上となる場合（ステップＳ２１０３：２．５≦ＢＯkk'）、特定装置１０１は、結合種を三重結合に決定する（ステップＳ２１０８）。非局在結合を示す組合せである場合（ステップＳ２１０１：Ｙｅｓ）、特定装置１０１は、結合種を非局在結合に決定する（ステップＳ２１０９）。ステップＳ２１０５〜ステップＳ２１０９のうちのいずれかの処理終了後、特定装置１０１は、電子密度による結合種決定処理を終了する。電子密度による結合種決定処理を実行することにより、特定装置１０１は、適切な結合種を決定することができる。
【０１６８】
図２２は、電子密度による芳香族結合決定処理手順の一例を示すフローチャートである。電子密度による芳香族結合決定処理は、電子密度を用いて結合種を芳香族結合に決定する処理である。特定装置１０１は、環を形成する原子群の種別の組合せが、特定の組合せか否かを判断する（ステップＳ２２０１）。特定の組合せである場合（ステップＳ２２０１：Ｙｅｓ）、特定装置１０１は、環に結合する原子があるか否かを判断する（ステップＳ２２０２）。環に結合する原子がある場合（ステップＳ２２０２：Ｙｅｓ）、特定装置１０１は、環と環に結合する原子との結合種が単結合または配位結合か否かを判断する（ステップＳ２２０３）。単結合または配位結合である場合（ステップＳ２２０３：Ｙｅｓ）、特定装置１０１は、環を形成する原子間の結合種を、芳香族結合に決定する（ステップＳ２２０４）。
【０１６９】
ステップＳ２２０４の終了後、特定の組合せでない場合（ステップＳ２２０１：Ｎｏ）、結合する原子がない場合（ステップＳ２２０２：Ｎｏ）、または、単結合または配位結合以外の結合種である場合（ステップＳ２２０３：Ｎｏ）、特定装置１０１は、電子密度による芳香族結合決定処理を終了する。電子密度による芳香族結合決定処理を実行することにより、特定装置１０１は、芳香族結合で結合する原子群に対して、適切な結合種を決定することができる。
【０１７０】
図２３は、電子密度によるアニオン性単結合決定処理手順の一例を示すフローチャートである。電子密度によるアニオン性単結合決定処理は、電子密度を用いて、アニオン性原子を含む単結合となる可能性のある結合種を検索して、条件を満たした場合にアニオン性原子を含む単結合に決定する処理である。特定装置１０１は、各原子について、原子価と結合する原子の数が全て一致するか否かを判断する（ステップＳ２３０１）。一致する場合（ステップＳ２３０１：Ｙｅｓ）、特定装置１０１は、続けて、対象分子全体の電荷と、各原子の電荷の和が一致するか否かを判断する（ステップＳ２３０２）。一致する場合（ステップＳ２３０２：Ｙｅｓ）、特定装置１０１は、電子密度によるアニオン性単結合決定処理を終了する。
【０１７１】
原子価と結合する原子の数が一致していない場合（ステップＳ２３０１：Ｎｏ）、または、電荷の和が一致しない場合（ステップＳ２３０２：Ｎｏ）、特定装置１０１は、対象分子のうち、結合種が二重結合となった組を抽出する（ステップＳ２３０３）。続けて、特定装置１０１は、抽出した組のうち、２つの原子の種別ごとのグループに分類する（ステップＳ２３０４）。次に、特定装置１０１は、分類されたグループのうち、未選択のグループを選択する（ステップＳ２３０５）。なお、選択されたグループに含まれる組が１つである場合、特定装置１０１は、後述するステップＳ２３０９の処理に移行する。続けて、特定装置１０１は、選択されたグループ内のＢＯkk'が全て同一の値か否かを判断する（ステップＳ２３０６）。
【０１７２】
同一の値ではない場合（ステップＳ２３０６：Ｎｏ）、特定装置１０１は、低いＢＯkk'となる２つの原子の間の結合種を、単結合に決定する（ステップＳ２３０７）。さらに、特定装置１０１は、単結合に決定した２つの原子のうち、原子価に対し、結合する原子の数が少ない原子をアニオン性に決定する（ステップＳ２３０８）。
【０１７３】
ステップＳ２３０８の処理終了後、または同一の値である場合（ステップＳ２３０６：Ｙｅｓ）、特定装置１０１は、全てのグループについて選択したか否かを判断する（ステップＳ２３０９）。未選択のグループがある場合（ステップＳ２３０９：Ｎｏ）、特定装置１０１は、ステップＳ２３０５の処理に移行する。全てのグループが選択済みである場合（ステップＳ２３０９：Ｙｅｓ）、特定装置１０１は、電子密度によるアニオン性単結合決定処理を終了する。電子密度によるアニオン性単結合決定処理を実行することにより、特定装置１０１は、より正確な結合種を決定することができるため、より正確な分子力場を割り当てることができる。
【０１７４】
図２４は、結合角による原子種決定処理手順の一例を示すフローチャート（その１）である。また、図２５は、結合角による原子種決定処理手順の一例を示すフローチャート（その２）である。結合角による原子種決定処理は、結合角を用いて原子種を決定する処理である。図２４および図２５において、第１の原子とは、ステップＳ２００８において、矛盾があった原子である。
【０１７５】
特定装置１０１は、第１の原子に結合する原子の数が次に示す値のいずれに一致するかを判断する（ステップＳ２４０１）。次に示す値は、２と、３と、である。なお、第１の原子に結合する数が１である場合、結合角を形成することができないため、図２４および図２５で示す処理を終了する。第１の原子に結合する原子の数が２である場合（ステップＳ２４０１：２）、特定装置１０１は、第１の原子に結合する第２の原子および第３の原子を選択する（ステップＳ２４０２）。次に、特定装置１０１は、位置情報を用いて、第２の原子―第１の原子―第３の原子の結合角を算出する（ステップＳ２４０３）。位置情報から結合角を求める方法としては、初等関数の演算により求めることができる。
【０１７６】
続けて、特定装置１０１は、結合角が次に示す条件のいずれに一致するかを判断する（ステップＳ２４０４）。次に示す条件として、図５で説明した第３の判断方法を採用した場合について説明する。
【０１７７】
結合角が１１４．８度未満である場合（ステップＳ２４０４：結合角＜１１４．８度）、特定装置１０１は、第１の原子をｓｐ3原子に特定する（ステップＳ２４０５）。また、結合角が１１４．８度以上１７０度未満である場合（ステップＳ２４０４：１１４．８度≦結合角＜１７０度）、特定装置１０１は、第１の原子を、ｓｐ2原子に特定する（ステップＳ２４０６）。さらに、結合角が１７０度以上である場合（ステップＳ２４０４：結合角≧１７０度）、特定装置１０１は、第１の原子をｓｐ原子に特定する（ステップＳ２４０７）。
【０１７８】
第１の原子に結合する原子の数が３である場合（ステップＳ２４０１：３）、特定装置１０１は、第１の原子に結合する第２の原子、第３の原子および第４の原子を選択する（ステップＳ２４０８）。次に、特定装置１０１は、第２の原子―第１の原子―第３の原子の第１の結合角と、第３の原子―第１の原子―第４の原子の第２の結合角と、第４の原子―第１の原子―第２の原子の第３の結合角とを算出する（ステップＳ２４０９）。続けて、特定装置１０１は、第１の結合角と第２の結合角と第３の結合角の和が次に示す条件のいずれに一致するかを判断する（ステップＳ２４１０）。次に示す条件として、図５で説明した第４の判断方法を採用した場合について説明する。
【０１７９】
結合角の和が３５２．５度未満である場合（ステップＳ２４１０：結合角の和＜３５２．５度）、特定装置１０１は、第１の原子をｓｐ3原子に特定する（ステップＳ２４１１）。また、結合角の和が３５２．５度以上である場合（ステップＳ２４１０：結合角の和≧３５２．５度）、特定装置１０１は、第１の原子をｓｐ2原子に特定する（ステップＳ２４１２）。
【０１８０】
ステップＳ２４０５〜ステップＳ２４０７、ステップＳ２４１１、ステップＳ２４１２のうちのいずれかの処理を実行後、特定装置１０１は、図２５に示すステップＳ２５０１の処理を実行する。
【０１８１】
図２５において、特定装置１０１は、第１の原子と第１の原子と結合する複数の原子の各々の原子との結合種が、特定した第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ２５０１）。第１の原子と結合する複数の原子の各々の原子を、以下、単に、「各々の原子」と称する。
【０１８２】
特定した第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件を満たさない場合（ステップＳ２５０１：Ｎｏ）、特定装置１０１は、第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件を満たすような結合種の種別ごとの個数を特定する（ステップＳ２５０２）。具体的には、特定装置１０１は、結合種条件テーブル３１３を参照して、結合種の種別ごとの個数を特定する。たとえば、第１の原子がｓｐ原子であり、原子価が３であれば、第１の原子は、三重結合１つを有するか、二重結合１つと単結合１つを有する。また、第１の原子がｓｐ2原子であり、原子価が３であれば、第１の原子は、二重結合１つと、単結合１つとを有する。さらに、第１の原子がｓｐ原子であり、原子価が３であれば、第１の原子は、単結合３つを有する。
【０１８３】
次に、特定装置１０１は、結合種の種別ごとの個数を満たすように、原子間の結合距離または原子間の電子密度同士の比較結果を用いて、第１の原子と各々の原子との結合種を更新する（ステップＳ２５０３）。ステップＳ２５０３の処理終了後、または、特定した第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件を満たす場合（ステップＳ２５０１：Ｙｅｓ）、特定装置１０１は、第１の原子の混成軌道の種別と、各々の原子の原子種とから、第１の原子の原子種を決定する（ステップＳ２５０４）。ステップＳ２５０４の処理終了後、特定装置１０１は、結合角による原子種決定処理を終了する。結合角による原子種決定処理を実行することにより、特定装置１０１は、原子価を用いて結合種を決定する方法、原子間の結合距離に基づき結合種を決定する方法、原子間の電子密度に基づき結合種を決定する方法のいずれよりも決定精度を向上することができる。
【０１８４】
以上説明したように、特定装置１０１によれば、原子の混成軌道に応じて結合角が大きく異なることを利用して、量子科学計算で得られる結合角から原子の混成軌道を特定する。これにより、特定装置１０１は、量子科学計算の計算精度が粗くとも混成軌道を高精度に判別することができ、分子力場の割当精度を向上させることができる。
【０１８５】
また、特定装置１０１によれば、結合角条件テーブル３１２に記憶された条件に基づいて、第１の原子の混成軌道の種別を、結合角の和が満たした条件に対応する混成軌道の種別に特定してもよい。これにより、特定装置１０１は、ｓｐ2原子がほぼ同一平面上となることを利用するため、ｓｐ2原子か、ｓｐ3原子かということを高い精度で判定することができる。
【０１８６】
また、特定装置１０１によれば、原子間の結合種が、結合種条件テーブル３１３を参照して、特定した第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件を満たすか否かを判断してもよい。これにより、特定装置１０１は、原子価を用いて結合種を決定する方法、原子間の結合距離に基づき結合種を決定する方法、原子間の電子密度に基づき結合種を決定する方法のいずれにより決定された結合種の決定精度を向上させることができる。また、特定装置１０１は、条件を満たさないと判断した際の第１の原子の識別情報を出力してもよい。特定装置１０１の利用者は、出力結果を閲覧して、特定装置１０１の利用者の経験により結合種を修正してもよい。または、特定装置１０１は、原子価を用いて結合種を決定する方法、原子間の結合距離に基づき結合種を決定する方法、原子間の電子密度に基づき結合種を決定する方法のうち、実行しなかった他の方法を実行してもよい。
【０１８７】
また、特定装置１０１によれば、条件を満たさないと判断した場合、第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件と、原子間の距離または電子密度同士の比較結果とに基づいて、前記第１の原子と前記各々の原子との間の結合種を更新してもよい。これにより、特定装置１０１は、原子価を用いて結合種を決定する方法、原子間の結合距離に基づき結合種を決定する方法、原子間の電子密度に基づき結合種を決定する方法のいずれにより決定された結合種の決定精度を向上させることができる。さらに、特定装置１０１は、原子価を用いて結合種を決定する方法、原子間の結合距離に基づき結合種を決定する方法、原子間の電子密度のいずれも正しく判別できなかった結合種も、正しく判断することができる。
【０１８８】
また、特定装置１０１によれば、特定した第１の原子の混成軌道の種別と、第１の原子に結合する複数の原子の各々の原子の原子種と、に基づいて、第１の原子の原子種を決定してもよい。原子価を用いて結合種を決定する方法、原子間の結合距離に基づき結合種を決定する方法、原子間の電子密度に基づき結合種を決定する方法では、結合種を特定して対応する原子種を特定するが、本実施の形態では、結合種を求めなくてよい。
【０１８９】
また、特定装置１０１は、原子価を用いて結合種を決定する方法、原子間の結合距離に基づき結合種を決定する方法、原子間の電子密度の少なくともいずれか一つを併用して実行できるため、高精度、高効率となる。また、結合角の算出は、余弦定理といった初等関数により容易に求められるため、計算量は量子科学計算に対して無視できるほど小さい。
【０１９０】
なお、本実施の形態で説明した特定方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。本特定プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。また本特定プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布してもよい。
【０１９１】
上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【０１９２】
（付記１）コンピュータに、
構造的に安定な状態における分子から、第１の原子に結合する第２の原子および第３の原子を選択し、
前記分子内の各原子の位置情報を記憶する第１の記憶部を参照して、前記第１の原子および選択した前記第２の原子を通る第１の直線と前記第１の原子および選択した前記第３の原子を通る第２の直線とがなす第１の角度を算出し、
原子の混成軌道の種別に対応して、前記原子と前記原子に結合する２つの原子とにより形成する結合角が満たす条件を記憶する第２の記憶部を参照して、算出した前記第１の角度に基づいて、前記第１の原子の混成軌道の種別を特定する、
処理を実行させることを特徴とする特定プログラム。
【０１９３】
（付記２）前記第２の記憶部は、
原子の混成軌道の種別に対応して、前記原子と前記原子に結合する３つの原子から選ばれた２つの原子とにより形成されるそれぞれの結合角の和が満たす条件を記憶しており、
前記選択する処理は、
前記第１の原子に３つの原子が結合する場合、さらに、前記分子から、前記第１の原子に結合する第４の原子を選択し、
前記算出する処理は、
さらに、前記第１の記憶部を参照して、前記第１の直線と前記第１の原子および選択した前記第４の原子を通る第３の直線とがなす第２の角度と、前記第２の直線と前記第３の直線とがなす第３の角度と、を算出し、
前記特定する処理は、
前記第２の記憶部を参照して、前記第１の角度と算出した前記第２の角度と算出した前記第３の角度との和に基づいて、前記第１の原子の混成軌道の種別を特定する、
ことを特徴とする付記１に記載の特定プログラム。
【０１９４】
（付記３）前記第２の記憶部は、
さらに、前記原子の混成軌道の種別に対応して、前記原子と前記原子に結合する他の原子との間の結合を表す結合種が満たす条件を記憶しており、
前記コンピュータに、
前記第２の記憶部を参照して、前記第１の原子と前記第１の原子に結合する複数の原子の各々の原子との間の結合種が、特定した前記第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件を満たすか否かを判断する、
処理を実行させることを特徴とする付記１または２に記載の特定プログラム。
【０１９５】
（付記４）前記コンピュータに、
前記第１の原子と前記各々の原子との間の結合種が前記第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件を満たさないと判断した場合、前記第１の原子の混成軌道の種別に対応する条件と、前記第１の原子および前記各々の原子間の距離または電子密度同士の比較結果とに基づいて、前記第１の原子と前記各々の原子との間の結合種を更新する、
処理を実行させることを特徴とする付記３に記載の特定プログラム。
【０１９６】
（付記５）前記コンピュータに、
特定した前記第１の原子の混成軌道の種別と、前記第１の原子に結合する複数の原子の各々の原子の原子種と、に基づいて、前記第１の原子の原子種を決定する、
処理を実行させることを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の特定プログラム。
【０１９７】
（付記６）構造的に安定な状態における分子から、第１の原子に結合する第２の原子および第３の原子を選択し、
前記分子内の各原子の位置情報を記憶する第１の記憶部を参照して、前記第１の原子および選択した前記第２の原子を通る第１の直線と前記第１の原子および選択した前記第３の原子を通る第２の直線とがなす第１の角度を算出し、
原子の混成軌道の種別に対応して、前記原子と前記原子に結合する２つの原子とにより形成する結合角が満たす条件を記憶する第２の記憶部を参照して、算出した前記第１の角度に基づいて、前記第１の原子の混成軌道の種別を特定する、
処理を実行させる特定プログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。
【０１９８】
（付記７）構造的に安定な状態における分子から、第１の原子に結合する第２の原子および第３の原子を選択する選択部と、
前記分子内の各原子の位置情報を記憶する第１の記憶部を参照して、前記第１の原子および前記選択部が選択した前記第２の原子を通る第１の直線と前記第１の原子および前記選択部が選択した前記第３の原子を通る第２の直線とがなす第１の角度を算出する算出部と、
原子の混成軌道の種別に対応して、前記原子と前記原子に結合する２つの原子とにより形成する結合角が満たす条件を記憶する第２の記憶部を参照して、前記算出部が算出した前記第１の角度に基づいて、前記第１の原子の混成軌道の種別を特定する特定部と、
を有することを特徴とする特定装置。
【０１９９】
（付記８）構造的に安定な状態における分子から、第１の原子に結合する第２の原子および第３の原子を選択する選択部と、
前記分子内の各原子の位置情報を記憶する第１の記憶部を参照して、前記第１の原子および前記選択部が選択した前記第２の原子を通る第１の直線と前記第１の原子および前記選択部が選択した前記第３の原子を通る第２の直線とがなす第１の角度を算出する算出部と、
原子の混成軌道の種別に対応して、前記原子と前記原子に結合する２つの原子とにより形成する結合角が満たす条件を記憶する第２の記憶部を参照して、前記算出部が算出した前記第１の角度に基づいて、前記第１の原子の混成軌道の種別を特定する特定部と、
を有するコンピュータを含むことを特徴とする特定装置。
【０２００】
（付記９）コンピュータが、
構造的に安定な状態における分子から、第１の原子に結合する第２の原子および第３の原子を選択し、
前記分子内の各原子の位置情報を記憶する第１の記憶部を参照して、前記第１の原子および選択した前記第２の原子を通る第１の直線と前記第１の原子および選択した前記第３の原子を通る第２の直線とがなす第１の角度を算出し、
原子の混成軌道の種別に対応して、前記原子と前記原子に結合する２つの原子とにより形成する結合角が満たす条件を記憶する第２の記憶部を参照して、算出した前記第１の角度に基づいて、前記第１の原子の混成軌道の種別を特定する、
処理を実行することを特徴とする特定方法。
【符号の説明】
【０２０１】
１０１  特定装置
３０１  選択部
３０２  算出部
３０３  特定部
３０４  判断部
３０５  更新部
３０６  決定部
３１１  位置情報テーブル
３１２  結合角条件テーブル
３１３  結合種条件テーブル
【図１】
2014219943.tif 000008
【図２】
2014219943.tif 000009
【図３】
2014219943.tif 000010
【図４】
2014219943.tif 000011
【図５】
2014219943.tif 000012
【図６】
2014219943.tif 000013
【図７】
2014219943.tif 000014
【図８】
2014219943.tif 000015
【図９】
2014219943.tif 000016
【図１０】
2014219943.tif 000017
【図１１】
2014219943.tif 000018
【図１２】
2014219943.tif 000019
【図１３】
2014219943.tif 000020
【図１４】
2014219943.tif 000021
【図１５】
2014219943.tif 000022
【図１６】
2014219943.tif 000023
【図１７】
2014219943.tif 000024
【図１８】
2014219943.tif 000025
【図１９】
2014219943.tif 000026
【図２０】
2014219943.tif 000027
【図２１】
2014219943.tif 000028
【図２２】
2014219943.tif 000029
【図２３】
2014219943.tif 000030
【図２４】
2014219943.tif 000031
【図２５】
2014219943.tif 000032