Winmostar™を使った定期講習会winmostar.com/jp/winmostar_seminar-v5-pub.pdf ·...

46
Winmostar™を使った定期講習会 201592株式会社クロスアビリティ [email protected]

Transcript of Winmostar™を使った定期講習会winmostar.com/jp/winmostar_seminar-v5-pub.pdf ·...

Winmostar™を使った定期講習会

2015年9月2日

株式会社クロスアビリティ

[email protected]

• 講師取締役 千田範夫シニアコンサルタント 竹内宗孝

• の事業内容

– Winmostar™の開発、販売

– 科学技術計算コードの並列化・高速化、およびカスタム開発、計算化学コンサル etc

2Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

計算ソルバー

解析結果・分子構造・電子状態・エネルギー変化

初期座標作成

MOPAC6、MOPAC7CNDO/S UV-VIS計算ソルバー内臓

Gaussian、GAMESS、Gromacs、LAMMPSとのインターフェイス

分子モデリング

Winmostar™とは?

3

GUI赤字は分子軌道法(MO)ソルバー青字は分子動力学法(MD)ソルバー

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

Winmostar™ V5 リリース

4

•無償版(機能制限)とトライアル版(フル機能)

•Gromacs, LAMMPS対応(MDオプション)

•配座解析

•NWChem対応

•ジョブ投入機能の改善

•1回/月のアップデート版配布(無料)による機能追加と不具合修正http://winmostar.com/jp/rev_history_jp.html

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

5Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

対称性メニュー

11 Oct 2011

Winmostar

計算ソルバー

初期構造の作成

分子軌道法計算

AM1 EF PRECISE GNORM=0.05 NOINTER GRAPHF

WinmostarO 0 0 0 0 0 0 0 0 0H 1.1 1 0 0 0 0 1 0 0H 0.96 1 101.7031 1 0 0 1 2 0

AM1 EF PRECISE GNORM=0.05 NOINTER GRAPHF

Winmostar

ATOM CHEMICAL BOND LENGTH BOND ANGLE TWIST ANGLENUMBER SYMBOL (ANGSTROMS) (DEGREES) (DEGREES)(I) NA:I NB:NA:I NC:NB:NA:I NA NB NC

1 O 2 H 1.10000 * 13 H .96000 * 101.70310 * 1 2

CARTESIAN COORDINATES

NO. ATOM X Y Z

1 O .0000 .0000 .00002 H 1.1000 .0000 .00003 H -.1947 .9400 .0000

H: (AM1): M.J.S. DEWAR ET AL, J. AM. CHEM. SOC. 107 3902-3909 (1985) O: (AM1): M.J.S. DEWAR ET AL, J. AM. CHEM. SOC. 107 3902-3909 (1985)

Winmostar 計算結果の表示

6Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

Winmostar

MOPAC

初期構造の作成

Gaussian GAMESS

AM1 EF PRECISE GNORM=0.05 NOINTER GRAPHF

WinmostarC 0.561887 1 0.141227 1 -0.051262 1C 2.055686 1 0.141227 1 -0.051262 1C -0.135677 1 1.349351 1 -0.051262 1C -0.135603 1 -1.066940 1 -0.051276 1C -1.530648 1 -1.067030 1 -0.051881 1C -1.530727 1 1.349289 1 -0.050688 1C -2.228212 1 0.141107 1 -0.052122 1H 0.414293 1 -2.019246 1 -0.051741 1H -2.080528 1 -2.019339 1 -0.052320 1H 0.414097 1 2.301723 1 -0.051189 1H -2.080658 1 2.301573 1 -0.050570 1H -3.327879 1 0.141170 1 -0.052347 1C 2.772294 1 -0.907074 1 0.330290 1H 2.512201 1 1.079818 1 -0.392969 1H 2.315591 1 -1.845660 1 0.671929 1H 3.870577 1 -0.907139 1 0.330287 1

%nproc=1!%chk=temp# hf/sto-3g opt pop=full gfprint

Winmostar

0 1 C 0.561887 0.141227 -0.051262 C 2.055686 0.141227 -0.051262 C -0.135677 1.349351 -0.051262 C -0.135603 -1.066940 -0.051276 C -1.530648 -1.067030 -0.051881 C -1.530727 1.349289 -0.050688 C -2.228212 0.141107 -0.052122 H 0.414293 -2.019246 -0.051741 H -2.080528 -2.019339 -0.052320 H 0.414097 2.301723 -0.051189 H -2.080658 2.301573 -0.050570 H -3.327879 0.141170 -0.052347 C 2.772294 -0.907074 0.330290 H 2.512201 1.079818 -0.392969 H 2.315591 -1.845660 0.671929 H 3.870577 -0.907139 0.330287

$CONTRL SCFTYP=RHF RUNTYP=OPTIMIZE COORD=CARTMAXIT=200 NZVAR=0 $END

$SYSTEM TIMLIM=600000 MWORDS=10 $END$STATPT NSTEP=100 OPTTOL=0.0001 $END$SCF DIRSCF=.T. DAMP=.T. $END$BASIS GBASIS=STO NGAUSS=3 $END$GUESS GUESS=HUCKEL $END$DATA

WINMOSTARC1C 6.0 0.561887 0.141227 -0.051262C 6.0 2.055686 0.141227 -0.051262C 6.0 -0.135677 1.349351 -0.051262C 6.0 -0.135603 -1.066940 -0.051276C 6.0 -1.530648 -1.067030 -0.051881C 6.0 -1.530727 1.349289 -0.050688C 6.0 -2.228212 0.141107 -0.052122H 1.0 0.414293 -2.019246 -0.051741H 1.0 -2.080528 -2.019339 -0.052320H 1.0 0.414097 2.301723 -0.051189H 1.0 -2.080658 2.301573 -0.050570H 1.0 -3.327879 0.141170 -0.052347C 6.0 2.772294 -0.907074 0.330290H 1.0 2.512201 1.079818 -0.392969H 1.0 2.315591 -1.845660 0.671929H 1.0 3.870577 -0.907139 0.330287$END

7Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

11 Oct 2011

Winmostar

MOPAC

最適化構造等の表示

Gaussian GAMESSFINAL GEOMETRY OBTAINED AM1 EF PRECISE GNORM=0.05 NOINTER GRAPHF

WinmostarC .0000000 0 .000000 0 .000000 0C 1.4552137 1 .000000 0 .000000 0C 1.4043771 1 119.209930 1 .000000 0C 1.4019990 1 121.880034 1 179.576125 1C 1.3936384 1 120.443866 1 -.335148 1C 1.3923264 1 120.477867 1 .480808 1C 1.3942141 1 120.230379 1 .010944 1H 1.1002215 1 119.853105 1 179.306624 1H 1.0999210 1 119.785613 1 179.958313 1H 1.1002815 1 119.635040 1 -.134566 1H 1.0999133 1 119.861618 1 179.741190 1H 1.0995030 1 120.141006 1 -179.925182 1C 1.3341522 1 125.297409 1 160.018598 1H 1.1054206 1 114.610516 1 -179.324700 1H 1.0975165 1 123.339385 1 -.197072 1H 1.0978945 1 121.733960 1 -179.650824 1

Standard orientation: ---------------------------------------------------------------------Center Atomic Atomic Coordinates (Angstroms)Number Number Type X Y Z---------------------------------------------------------------------

1 6 0 0.503998 -0.220272 -0.0001262 6 0 1.969356 -0.528761 -0.0001483 6 0 -0.409027 -1.275771 0.0000214 6 0 0.006287 1.083702 -0.0001175 6 0 -1.357523 1.320837 -0.0000506 6 0 -1.773405 -1.039451 0.0000607 6 0 -2.252633 0.261201 0.0000968 1 0 0.688368 1.922773 -0.0002149 1 0 -1.725120 2.339146 -0.00008010 1 0 -0.041377 -2.293995 0.00005611 1 0 -2.464726 -1.872562 0.00015412 1 0 -3.318658 0.449294 0.00019113 6 0 2.957529 0.336353 0.00020114 1 0 2.199453 -1.588481 -0.00040415 1 0 2.806108 1.406081 0.00055616 1 0 3.988459 0.010719 0.000125

COORDINATES OF ALL ATOMS ARE (ANGS)ATOM CHARGE X Y Z

------------------------------------------------------------C 6.0 0.5192336834 0.2063122607 -0.0365509945C 6.0 1.9852351726 0.5113959093 -0.0656224857C 6.0 -0.3926593473 1.2621966129 -0.0061700146C 6.0 0.0217341044 -1.0975158112 -0.0375568067C 6.0 -1.3417475648 -1.3346889435 -0.0031120813C 6.0 -1.7564670302 1.0257329164 0.0317447881C 6.0 -2.2358642967 -0.2749589887 0.0340757328H 1.0 0.7042021192 -1.9357036635 -0.0717821413H 1.0 -1.7097666779 -2.3528441695 -0.0066767244H 1.0 -0.0246950089 2.2803076533 -0.0093118106H 1.0 -2.4473670151 1.8587501861 0.0589936709H 1.0 -3.3015376345 -0.4628730378 0.0621691208C 6.0 2.9673869516 -0.3422113142 0.1113764396H 1.0 2.2200575156 1.5558636530 -0.2388379420H 1.0 2.8068999317 -1.3936009373 0.3018845070H 1.0 4.0005119978 -0.0252610549 0.0787809767

8Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

有償 無償

MOLDEN

MOLEKEL

Ghemical

GaussView

Spartan

Gabedit

Avogadro

ChemCrat

SIGRESS

Winmostar™

(無償版あり)

HyperChem

Facio

Chem3D

9Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

主要なスペクトル計算

MOPAC6 Gaussian(03,09)

GAMESS(2010)

UV/VIS

IR

NMR

CNDO/Sで計算 TDDFT等 TDDFT等

Winmostar

10Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

fluorene

caffeine

isooctane

uric acid

11Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

WinmostarMOPAC AM1 ESP2/Surface

ESP ESP2(点電荷から) ESP2/ Surface

静電ポテンシャルマップ

Surface=(VDW/r)6

ESP2=Q/r

13

SMILES入力(Balloon)

C1CCCCC1

CCO

ChemDrawのEdit→Copy As →SMILES

Wikipediaのアビガン錠

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

14Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

(簡易)配座探索(Balloon)

Winmostarによる(簡易)配座探索Balloonの距離幾何学法(distance geometry)と遺伝的アルゴリズム(genetic algorithm)を利用力場はMMFF94

-v 1 -c 10 --noGA -i 300 --randomSeed 51277

距離幾何学法で10個の配座を発生して構造最適化1個の最安定構造を選択

-v 1 -b -k -c 100 --full -R 0.25 --nGene 20 --random 51277

遺伝的アルゴリズムで構造発生4個の安定構造を選択

-v 1 -c 25 --noGA -i 300 --randomSeed 51277

距離幾何学法で4x25個の配座を発生して構造最適化エネルギー順に並び変え

15Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

構造物性相関の識別子

Ovality(卵形度)=表面積の比アスペクト比=長軸と短軸の比

1.43

L/D=4.22

1.27

16Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

イオン液体の構造と物性相関

山本 博志

旭硝子(株)中央研究所

Journal of Computer Aided Chemistry , Vol.7, 18-29 (2006)

17Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

Winmostar(CNDO/S)//PM3

300

400

500

300 400 500 600 700

最大吸収波長実測値(nm)

計算値(nm)

紫外・可視吸収スペクトル予測

18Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

0.拡張子の表示1.分子情報2.編集/変更/距離、角度、二面角3.部分、、、4.最近使ったファイル5.ドラッグ&ドロップ6.部品登録、2分子結合、2画面

意外に知られていない機能

7.3D、Preferrences

8.直接編集9.プレゼン用(Mark,色変更、表示選択)10.Job Manager

11.gifアニメーション12.重ね合わせ13.ChemDrawのmol形式読込み

19

Win7 ファイルエクスプローラ→ツール→フォルダーオプション→表示Win8 ファイルエクスプローラ→表示→ファイル名拡張子)

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

Gaussian等計算ジョブ投入可能

SSH

LinuxクラスターFOCUSTSUBAME京?

LSF,PBS,SLURMSGE,NQS,ShareTask等

Gaussian,GAMESS,NWChemGromacs

計算ジョブ投入

計算結果

20Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

Winmostar

ジョブ投入機能

Winmostar

WinSCPでデータ転送

WinSCPで結果ファイル受信

Putty(Teraterm)でジョブ投入vi script.shqsub script.sh

21Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

良くある計算手順

(1) Winmostarでモデリング(2) 構造最適化(3) 最適化構造での赤外、UV-VIS、NMR計算(4) Winmostarで可視化

22Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

構造最適化<styrene.inp>$CONTRL SCFTYP=RHF RUNTYP=OPTIMIZE COORD=CARTMAXIT=200 NZVAR=42 $END$SYSTEM TIMLIM=600000 MWORDS=10 $END$STATPT NSTEP=100 OPTTOL=0.0001 $END$SCF DIRSCF=.T. DAMP=.T. $END$BASIS GBASIS=STO NGAUSS=3 $END$GUESS GUESS=HUCKEL $END$ZMAT DLC=.T. AUTO=.T. $END$DATAWINMOSTARC1C 6.0 0.561887 0.141227 -0.051262C 6.0 2.055687 0.141227 -0.051262C 6.0 -0.135677 1.349351 -0.051262…

振動解析<styrene_hes.inp>$CONTRL SCFTYP=RHF RUNTYP=HESSIAN COORD=CARTMAXIT=200 NZVAR=0 $END$SYSTEM TIMLIM=600000 MWORDS=10 $END$STATPT NSTEP=100 OPTTOL=0.0001 $END$SCF DIRSCF=.T. DAMP=.T. $END$BASIS GBASIS=STO NGAUSS=3 $END$GUESS GUESS=HUCKEL $END$DATA

WINMOSTARC1C 6.0 -0.523554 -0.218644 0.000977C 6.0 -1.987778 -0.532346 0.004351C 6.0 0.393274 -1.270776 0.003526…

TDDFT<et_tddft.inp>$CONTRL SCFTYP=RHF DFTTYP=BLYP TDDFT=EXCITECOORD=CART MAXIT=200 NZVAR=0 $END$SYSTEM TIMLIM=600 MWORDS=10 $END$TDDFT NSTATE=3 MULT=1 $END$STATPT NSTEP=100 OPTTOL=0.0001 $END$BASIS GBASIS=N31 NGAUSS=6 NDFUNC=1 $END$SCF DIRSCF=.T. DAMP=.T. $END$GUESS GUESS=HUCKEL $END$DATAWINMOSTARC1C 6.0 0.351318 -0.565177 0.000000H 1.0 1.438790 -0.565177 0.000000C 6.0 -0.351318 0.565177 0.000000

23Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

24

Animation[import]

MO,UV,Charge,Dipole,NMR[import]

Hessian,Raman

24Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

NMRスペクトル

25

計算時間(i5-3210M 2.50GHz)G03(GIAO) :100 sec(1.67min)NWChem(GIAO):579 sec(9.7min)GAMESS(GIAO):137000 sec(228 min)

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

【GAMESS実習】振動数計算、赤外吸収スペクトル

26

• RUNTYP=Hessian• スチレンで実習します• exam17/18/21/27/36/42/43.inp

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

【GAMESS実習】振動数計算、ラマン吸収スペクトル

27

• RUNTYP=RAMAN

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

【 GAMESS実習】紫外・可視吸収スペクトル、励起状態計算(TDDFT)

28

• $CONTRL TDDFT=EXCITE $END, $TDDFT - $END

• スチレンで実習します

• exam39/41.inp

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

29Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

30Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

量子化学計算でわかること

31

1) 分子の最適構造

・非経験分子軌道計算:~200原子程度の分子の

最安定状態

・半経験分子軌道計算(MOPAC):~1000原子程

度のタンパク質の構造最適化が可能

・異性体間やコンフォメーション間のエネルギー差

・溶媒効果

3) 反応解析

・遷移状態の分子構造

・活性化エネルギー

・反応座標(IRC) 上での構造やエネルギー変化

・置換基効果

・活性化エネルギーに及ぼす溶媒効果

2) 反応性評価・電荷分布・フロンティア軌道

フロンティア軌道の形軌道の係数軌道エネルギー

4) スペクトル実験との対応・可視・UV(TD-DFT法)・赤外吸収、ラマン散乱(振動解析)・NMRの化学シフト(GIAO法)

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

GAMESS/Firefly*参考文献

32

GAMESS Homepage (Gordon Group)http://www.msg.chem.iastate.edu/gamess/

Google Group ; gamess

Firefly Homepage

http://classic.chem.msu.su/gran/gamess/

* previously “PC GAMESS”

GAMESSの事例毎に入力ファイル例が載っており、理論の説明もあります。

※ 2006年出版のため少し内容が古めです。

※ 2015年3月に新版が出版されていますがGamess

に関する情報が非常に少なくなりました。

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

GAMESSの特長

33

• ポリマー/タンパク系計算– フラグメント分子軌道法(FMO) : タンパクの全電子状態計算をモノマー,ダイマーまたはトリマーで分割して全体を評価

• フラグメント間の相互作用エネルギーと内訳がわかる ※FMO2

– DC法(早大 中井教授)https://www.jstage.jst.go.jp/article/jccj/8/1/8_H2027/_pdf

– Elongation法(九大 青木教授)http://aoki.cube.kyushu-u.ac.jp/contents/JST_project/JST_top.html

• 励起状態計算– スピン軌道カップリング定数の計算が重原子まで可能

• その他– VSCF(非調和振動解析)が可能– DRC(第一原理分子動力学法)が可能?– RI-MP2によるMP2の高速計算が可能 ※時間はHFの1割増

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

Fireflyの特長

34

• 様々なOSに対応している。

• 非常に高速である。

– GAMESSよりも、Gaussianよりも速い(?)

• GAMESSと(ほぼ)同じ入力ファイルが使える

– GAMESSと併用するとGaussianの有する機能は、ほとんどがカバーできる

• 無料で使用できる(フリー)

• 配布権はProf. Alexanderが持っている

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

量子化学計算の注意点

35

– 初期分子構造• これがダメなら構造最適化が収束しない。また計算結果も信用できない。

• 公共DB、論文検索(Scifinderなど)、分子力場計算や低レベル基底によるプレ最適化実行、骨格のみの最適化(末端はプロトンで置換など)により初期構造を作成。

– 初期分子軌道• datファイルの$VEC - $ENDを入力ファイルの$DATA - $END以下にコピーし、入力ファイルにGUESS=MOREADと書くことで計算途中の構造、分子軌道係数などを再利用してリスタート

– 基礎知識(計算理論/基底関数、計算手法など)• HFは電子相関をあらわに考慮していない。Pure DFT (BLYP etc.)は

vdwが考慮できない、定量的議論を行うには6-31G以上の基底が必要、など

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

MDソルバーGromacsの特徴

36

• Gromacsのライセンス GNU General Public License ※ フリーとお考えください

http://www.gromacs.org/About_Gromacs

• 最も高速な分子シミュレーションソフト 最新の5.0.4は旧4.5.4比で3倍以上高速化(環境に依存する)

並列化だけでなく、GPGPU, FX10対応も進んでいる

• プリポスト(Viewerなど)が充実していない

Winmostar™を使えばGUIで簡単操作できる!

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

分子動力学ソフトウェアGromacs参考文献

※初学者用チュートリアルhttp://cinjweb.umdnj.edu/~kerrigje/pdf_files/fwspidr_tutor.pdf(英語)http://qolo.sblo.jp/article/54266550.html(日本語)

※ Justin’s tutorial(生体分子用)http://www.bevanlab.biochem.vt.edu/Pages/Personal/justin/gmx-

tutorials/index.html

※産総研・米谷氏のページ(液晶分子)https://staff.aist.go.jp/makoto-yoneya/MDforKOUBUNSHI/

37Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

低分子MD(Gromacs)・必要ソフト

38

• CentOS 6.2 or Windows 7

– CentOSはRedHatのクローンOS

• Gromacs 5.0.4: 分子動力学シミュレーション

• AmberTools 14.0: antechamberが含まれる

• openbabel: mol2などを生成

• acpype: topファイルを生成

以下のWinmostarの「Gromacs簡易インストール」から簡単設定!

http://winmostar.com/jp/gmx4wm_jp.html

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

Winmostar V5 MDのオプションのGUI例

39

たんぱくのモデリング Gromacs計算条件設定acpypeでAM1-BCC電荷、GAFF及びOPLS-AA力場を自動アサインします。

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

Gromacsの高速演算

40

• 分子シミュレーションはメモリよりも計算コア数が重要。

• MPI + OpenMPによるノード内並列計算(共有メモリ型)

• HDDをSSDにすることでディスクI/Oを高速化、GPGPUで演算を高速化 etc.

• Linuxクラスタ上のGromacsにジョブ投入することでスケールアップを実現(「リモートジョブ投入機能」)

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

Gromacsを理解するためのチュートリアル

41

① Gromacs低分子操作チュートリアルhttp://winmostar.com/jp/Gromacs_tutorial_1%28small_molecule%29V5.pdf内容I. はじめに(小分子系における力場について)II. 水中のエタノール1分子(温度一定)III. 水中に複数のNa+とCl-を含む系

① Gromacsの計算条件を設定し実行する。② 系の温度、エネルギー変化を確認する。③ トラジェクトリーを確認する。④ 動径分布関数を計算する。⑤ 平均二乗変位を計算し自己拡散係数を求める。

GromacsをWinmostar V5のGUIを使って操作するための各種チュートリアルが(株)クロスアビリティのホームページ上にアップされています。

• Windows PCのローカル環境で実施可能• GromacsのLinux版をインストール済であること。以下のリンクから簡単に設定可!

http://winmostar.com/jp/gmx4wm_jp.html

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

42

Stokes-Einsteinの式(無限希釈溶液)

rs Stokes半径

srf

s

BB

rf

TkTkD

0

00 DkT

eFq

Stokesの式

Stokes-Einsteinの式

:粘度

摩擦抵抗+q

拡散とイオン伝導の関係0 :モル伝導度

無限希釈溶液とは.....

溶質-溶質間相互作用が無い→活量係数 = 1(理想溶液)

Nernst-Einsteinの式

D0 :拡散係数

ポーリングのイオン半径O:1.40Å, Na:0.95Å, Cl:1.81Å, (Li:0.60Å)

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

Gromacsを理解するためのチュートリアル

43

② Gromacsタンパク用操作チュートリアルhttp://winmostar.com/jp/Gromacs_tutorial_2%28Protein_in_water%29V5.pdf題材:水中のタンパクのシミュレーション

内容:

I. PDBからタンパクの分子構造をダウンロードする

II. Winmostarを使って、計算可能な構造へ修正する ~結晶水(酸素原子)を取り除く~

III. Gromacsを起動し、エネルギー極小化を実行する

IV. 得られた構造を用いて二段階の熱平衡計算(温度一定、温度・圧力一定)を実行する

V. 本計算(1 ナノ秒)を実行する。

VI. 計算結果を確認する(エネルギー変化、トラジェクトリ)。

VII. バックボーンのRMSD及び回転半径を計算する。

本チュートリアルは、Justin (Virginia Tech.)によるGROMACS Tutorial (Tutorial 1: Lysozyme in water)を参考に作成しています。http://www.bevanlab.biochem.vt.edu/Pages/Personal/justin/gmx-tutorials/

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

Gromacsを理解するためのチュートリアル

44

③ Gromacsを用いたER法による水和自由エネルギー計算チュートリアルhttp://winmostar.com/jp/gmx-on-winmostar_tutorial3_free_energy-by-er.pdf

本チュートリアルの実施あたっては、PCのLinux環境(cygwin)に予めermodをビルドしておく必要があります。

ermodのWiki: http://sourceforge.net/projects/ermod/

第一部 ER法による溶媒和自由エネルギー計算について

I. ER法の概要

II. 全体処理フロー

III. ER法の表式

IV. 計算対象

V. 計算方法(MD計算)

第二部 操作手順(チュートリアル)

I. Winmostar-GromacsによるMD計算

II. ermodを用いた溶媒和自由エネルギーの算出

III. 結果の評価

(追補) 電荷変更による再計算

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

Gromacsを理解するためのチュートリアル

45

④ 混合溶媒系チュートリアル(「溶媒として保存」機能を使用)http://winmostar.com/jp/Gromacs_tutorial_4%28mix_solvents%29V5.pdf

題材:リチウム電池電解液として使われるPCとDMCの混合溶媒系

内容:I. はじめに(「溶媒として保存」機能について)

II. PCとDMCの作成と登録

III. 混合溶媒系の作成とエネルギー極小化(最急降下法)計算の実行

IV. 温度一定(nvt)のMD計算による構造緩和

V. 温度・圧力一定(npt)MD計算による凝集化

VI. 温度・圧力一定(npt)MDの本計算

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

V5.015(8/6 リリース)の新機能http://winmostar.com/jp/rev_history_jp.html

46

1. 周期境界折り返し表示を切り替えられるようにしました。

2. 結晶構築を追加しました。

3. MDオプションに『ポリマー作成ツール』を追加しました。

4. MDオプションに『界面作成ツール』を追加しました。

5. MDオプションに『分子を計算対象とする機能』と『積算配位数計算機能』を追加しました。

6. 第4周期以降の元素の結合判定長を一部修正しました。

7. MDのトラジェクトリ読み込みの3D表示でセルの大きさの変化を反映するようにしました。

8. cifファイル読み込み後に残基情報を作成して、GROファイル保存に使えるようにしました。

9. 電荷表示→Numericalの時に、原子番号を表示しない不具合を修正しました。

10. 部品置換、元素置換のコンボボックスを編集不可にしました。

11. 部分複製で複製方向が表示上のXYZになる不具合を修正しました。

12. PDBデータの編集操作の元に戻す/やり直しで、残基情報が再現されるようにしました。

13. Gaussianの出力読込で、第2テキストエリアがクリアされない不具合を修正しました。

Copyright (C) 2008-2015 X-Ability Co.,Ltd. All rights reserved.

結晶構築

ポリマーセルビルダ 界面ビルダ