MOLECULARSCIENCENew Pr
oduct

Mol.Sci.2,NP009(2008)

Gri
d対応型分子設計支援システム MolWorks
MolWorks— GridEnabl
edI
nt
egrat
edSoftwareTool
forMolecul
arDesign—
田島 澄恵a，八木徹a

Su
mieTa
ji
maa
ndTo
ruYagi1. はじめにWorksは，（株）ベストシステ
分子設計支援システム Mol
ムズで開発されてきた。ビヨンド・コンピューティング
9年 6月 21日に設立され，（株）が平成 1（株）ベストシステ
lWor
ksはビヨンド・コムズより一部事業の譲渡を受け，Moンピューティング（株）の製品となっている。
Worksは無償 Ja
vaアプリケーションソフト
現在，MolWorks2.
0t
p://ウェア（Mol）として提供を行っている（htwww.
molworks.
com/00～ 800件程）。世界各国から月平均 7度がダウンロードされており，認知度が高まってきている。
id対応型
そこで，GUIの改良や機能追加・強化を行い，Grの有償版提供を開始する予定である。

lWor
ksconceptuald
iag
r
am.
Figur
e1. MolWorks2.
0の主な機能，お本投稿では，現在提供中の Mo
id関よび，有償版として提供予定の物性推算関連機能，Grデータや計算機資源を簡便に利用することを支援する。例

連機能について述べる。

えば，手元のマシン上で量子化学計算用プログラムの入力ファイルを作成し，ネットワークに接続された別マシン上

2. Mo
lWorks2.
0機能（無償版）
MolWorks概要図を Figure1に示す。MolWorks
2.
0には，以下に示す機能が組み込まれている。

で計算実行し，計算終了後，計算結果を手元のマシン上で解lWorks画面内操作だけで行う
析するというプロセスが，MolWorks
ことが出来るようになる。無償バージョンでは，MoCo
mputationalChemistry（計算機化学支援）には，分子構uss
ianがインストールされていインストールマシン上に Ga

D分子モデリング，量子化学計算
造ファイルの取り扱い，3Works画面内から Ga
ussian計算を開始する場合には，Molussian/GAMESS/QChem/MOPAC）用
アプリケーション（GataAnalysisることが可能である。Da（データ解析）についてプリポスト機能が含まれている。また，半経験的手法のひは，検証段階であり未実装である。

2法プログラムが内蔵されており，計算とつである CNDO/実行・ダイポールモーメント表示・分子軌道表示が可能で

3. 新機能（有償版）

yEstimationopert（物性推算）では，純物質についある。Pr3.
1 物性推算関連機能

1

9種類の物性値予測が可能である。
oback法 をベースに 1てJ未知の物性値を効率的に，かつ精度良く予測する物性推また，蒸気圧については温度変化グラフの表示が可能であ

算機能は，広範囲の分野で必要とされている。我々は，線

micalEngi
neer
る。Che（化学工学計算）では，物性推算機

形的解析手法に加えて，非線形解析手法のひとつである能から得られた純物質物性値を元に，2成分系混合物に対すニューラルネットワーク法（NN法）を利用した物性推算

taBaseについては，分る PVT線図の予測が可能である。Da式構築を試みている。NN法は，入力情報と出力情報との隠00件登録されている。Ne
tworkComput
子構造データが約 2れた因果関係を抽出することが得意であり，非線形的要素

ingでは，ネットワークに接続されたマシン上に存在するを含む分子構造情報と物性値の関係を表現するのに適したa

ビヨンド・コンピューティング株式会社
05003
2 つくば市竹園 161 三井ビルディング 8F
連絡先 〒 3ajima@beyondco
mput
ing.
com
電子メール t©JapanSociet
yforMolecularScienceogP手法である。これまでに，NN法を利用して，沸点・lKa（n－オクタノール／水分配係数）・溶解度・p・Tg（ガラス転移温度）などの推算式を構築してきた。その際，入力情Pa
ge1of3enu
mbernotf
orcitationpurpose)(pagMol.Sc
i.2,NP009(2008)

New Product

報には原子団をベースとした分子構造情報を利用した。そ3分子にまで絞り込むことが出来た。これらの操すると，1の結果，全ての物性値において，高精度な推算式が得られntium III1GHzmor
y：512MBの計算作を，CPU：Pe，Meた。NN法物性推算式を利用することにより，構造最適化や58907分子の生成に約 4分，258907分子の機上で行うと，2量子化学計算などの計算時間を要する作業を必要とせず，5分を要した。
0分，合計約 2
物性推算に約 2

高速に精度の良い推算結果を得ることが可能である。
Table1に，logP値（nオクタノール／水分配係数）の推2

次に，異なる分子領域でパラキシレンの代替物質を探索
oback法を利用してした結果を示す。先の例と同様に，JMolecularMiningを行った。今回は，ベンゼン環やシクロヘ

stingFormula
算 結 果 を 示 す。Exi［1］ は量子化学計算
LYP/631g*（B3）結果を入力とした線形的手法による推算

6種類のフラグメントを，主鎖が 2フラキサン構造を含む 1istingFormula
結果，Ex［2］3は量子化学計算（AM1およびグメントから 7フラグメントまでという条件で機械的に組PM3ural）結果を入力とした NN法による推算結果，Ne317012分子を自動発生させた。今回は 13種
み合わせて，1Networkは我々の行った NN法による log
P推算結果を示し

類 の 物 性 推 算 も 同 時 に 行 っ た。ま た，計 算 機 環 境 は，istingFormulaonhydrogenている。Ex［1］では分子群を，nCPU：Pentium42.
8GHz
mor
y：512MBと先の計算機，Me2ogenbondersoup
1ogenacceptorsoup），hydr（gr），hydr（gr317012分子のよりも高精度なものを利用した。その結果，1donorsroup3（g）に分類している。我々の NN法での入力パ1分を要した。物性条件に従って絞込生成および推算に約 1ラメータには，原子団情報に加えて立体構造情報を用いた。

4通りのフラグメみを行うと，パラキシレン分子以外に，1近似直線および R2値を比較すると，我々の行った NN法は，ントの組み合わせが抽出された。そのうち，5通りは先の量子化学計算の結果を利用していないにも関わらず良い結

lecularMiningの結果と同じ組み合わせであった。つまり，Mo果となっていることが分かる。つまり，時間のかかる量子9通りのフラグメントの組み合わせからなる分子群が，新た化学計算の結果を利用せずとも，高精度な推算を行うことなパラキシレンの代替物質として得られた。

が可能であることが分かった。
sultsoflogPestimation.
Ta
ble1. Re

MolecularMi
ningの高速化と汎用化を目指し，未知分子を含む分子物性推算データを集約した分子物性推算データ
ベース：CPDB4の開発を行った。現在，産業技術総合研究
ODBttp://www.
aist.
go.
jp/
RIODB/
cpdb/
所 RI（h）で一部を公開している。このように，必要に迫られる前に，様々なフラグメントの組み合わせによって得られる大規模な分子物性推算データベースを用意しておくことは，新規材料開発の大幅な時間短縮に貢献することが期待される。
3.
2 Gr
id関連機能ジョブスケジューラが管理する複数のクラスターシステ
idミドルウェアが管理する Gr
id環境内に計算資源
ムや，Gr
idミドルウェアにはが存在する場合，スケジューラや Gr様々な種類やバージョンが存在しており，これらを使い分けることは，管理者・利用者に対して非常に大きな負担となる。そこで我々は，新たな環境構築を必要とせず，既存通常の物性推算は，分子構造情報を入力し，各種物性を予測するシステムである。我々は，全く逆のアプローチを
lecu
larMining法を提案している。Mo
lecu
larMining
行う Mo法では，物性情報を入力し，分子構造情報を出力する。
03.
419.
4
パラキシレンの物性値に基づき，沸点：4～4［K］，07272～ 38ar
臨界温度：6～6［K］，臨界圧力：3［b］，臨界3システムをそのままに，それらを統括して利用できるインタフェース作成を試みている。
idミドルウェアの種類に依存せず，各種スケジューラや Gr統括的にジョブのスケジューリングを行うスケジューラを，メタスケジューラと呼ぶ。メタスケジューラは，最も効率よく実行できる計算資源に対して与えられたジョブをサブmoloback6888m/］という物性条件のもと，J体積：3～3［cミットし，その実行を管理する。このようなメタスケlecularMiningを行った。先ず初めに，20法を利用して Moジューラは，既存システムをそのままにし，ジョブの実行種類のフラグメントを，主鎖が 2フラグメントから 5フラに対して同じインタフェースを提供できることから，計算58907グメントまでという条件で機械的に組み合わせて，2資源の管理者と利用者の双方に対して非常に有益なツールの鎖状分子を自動発生させた。構造を自動発生させること

5ndorが有望となる。現在，メタスケジューラとしては Coは，候補分子の漏れを防ぐ効果がある。発生させた分子にndorは，HighThroughputComputingを目指してである。Co

ついて物性推算を実行し，物性条件に対応した分子を抽出

id環境との協調がはじめから意開発が進められており，GrPage2of3

New ProductMo
l.Sc
i.2,NP009(2008)

lWorksが Condorを利用して，識されている。我々は，Mo

引用文献

ジョブをネットワーク上の計算機にサブミットできるよう

oback,K.G.
;Re
id,R.C.Ch
em.En
g.Comm.
,1,57,233.
（1） J
987にする予定である。これにより，ユーザは常に同じインタ

ticalSc
ienc
es,2,18,n,H.
;Mori,A.
;Tanaka,H.Analy002（2） Chumaフェースからジョブを実行できるようになり，スケジュー
ラの種類に依存した利用方法の違いを意識せずに，計算実行と結果解析という本来の研究に専念することが出来るようになる。
lWorks3.
0発表に向けて，GUI強化，Condorと現在，Mo

10
15–
1020.
ei
ndl,A.
;Beck,B.
;Cl
ar
k,T.
;Glen,R.C.J.Mol.Model.
,（3） Br,3,142–
155.
1997
ji
ma,S.
;Ya
gi,T.
;Fukuda,T.
;Nagashima,U.J.Comput.
（4） TaChem.Jpn.
,2,5,23–28.
006tp://www.
cs.
wisc.
edu
/condor/（5） htlWorks3.
0では，の連携，その他機能向上を行っている。Mo
無償版（機能を限定）と有償版に分けて提供する予定であ

（受理日

200
7年 10月 1日）

00
8年 3月を予定している。
る。発表時期は，2Pa
ge3of3