Computational elucidation and design of luminescent organic elastic crystals
| Project/Area Number |
19K05443
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 33010:Structural organic chemistry and physical organic chemistry-related
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
河東田 道夫 早稲田大学, 理工学術院, 客員主任研究員 (60390671)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 有機物理化学 / 計算化学シミュレーション / エラスティック有機結晶 / 結晶構造予測 / 分子動力学シミュレーション / 弾性特性 / 光吸収特性 / 分子構造生成 / 引長変形 / せん断変形 / De-novo分子生成 / 光学活性材料 / 配座異性体 / 分子間相互作用 / 有機発光材料 / メカノクロミズム / 第一原理計算 / 物理有機化学 / 量子化学計算 / 柔軟性有機結晶材料 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、エラスティック有機分子結晶の弾性機構やメカノクロミック機構などの物理的機構を計算化学シミュレーションを行い解明する。また、得られた物理的機構や単分子の知見や結晶安定構造探索シミュレーションに基づき、新奇エラスティック有機分子結晶のデザイン方法を開発する。さらに実験グループとの共同により、合理的デザイン方法の検証と新奇エラスティック有機分子結晶を開発を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
エラスティック有機分子結晶の合理的デザイン方法の開発の研究については、前年度に改良を行った有機分子結晶構造予測システムを元にフレキ シブル分子結晶の構造探索をより効率的に行うため、以下3項目に関してシステムの改良を行った。(1)仮想的に生成させた大量の結晶構造の効率的に絞り込むため、粉末X線スペクトルを構造類似度の記述子として用いたクラスタリング方法を開発実装した。(2)高い吸収特性を持つ有機分子結晶の大量の候補構造から有望な候補分子の効率的な探索を実現するため、ガウス過程回帰の代理モデルとして深層証拠回帰ならびに勾配ブースティング回帰を用いたベイズ最適化手法を開発実装した。(3)事前知識にない新規な分子構造を自動で探索できるようにするため、機械学習アルゴリズムに基づく分子構造生成ツールChemTSおよびReinvent内で有機分子結晶構造予測システムを分子スコア計算に用いるプラグインの開発を行った。
今年度に行った有機分子結晶構造予測システムを用い、未知の部分骨格構造を持つ分子を自動生成し結晶構造安定性と吸収特性を分子スコアとして評価することで、高いスコアを持つ有機分子結晶の探索が可能かを評価するための計算機実験を行った。その結果、前提知識にはない未知の部分骨格構造を含む高い吸収特性を持つ有機分子結晶候補を選択的に探索できることを確認した。
研究期間全体の成果として、有機分子結晶構造予測システムの整備と機械学習アルゴリズムに基づく分子構造生成ツールを統合することで、高い吸収特性を持つ有機結晶構造を予測し新規機能分子を効率的に探索可能な手法と計算システムの開発を達成した。さらにハイスループットシミュレーションを活用し、外力による結晶構造の変形と吸収特性変化を効率的に評価する計算システムの開発を達成した。
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Report
(5 results)
Research Products
(5 results)
