Winmostar 定期講習会 株式会社クロスアビリティ question@winmostar.com
会社概要 クロスアビリティの事業内容 : ソフトウエアの開発 販売 サポート Winmostar 個別カスタマイズにも対応 Fragment ER リガンド相対結合自由エネルギー計算 DC-DFTB 分割統治 DFTB 法 XA-CUDA-QM 量子化学計算 GPU 高速化モジュール 計算化学コンサルティング 受託計算 講習会 実験データ解析 コード開発 科学技術計算 / 機械学習ソフトウエアの並列 / 高速化 カスタム開発 シミュレーションデータの可視化 3Dプリンティングなど
講習会の流れ 分子モデリング実習 量子化学実習 分子動力学実習 固体物理計算実習 自由演習 個別相談
Winmostar とは? 初期座標作成 計算の実施 結果の解析 これらの手順を一貫して操作できる GUI を提供
実行できる計算の種類 量子化学計算 固体物理計算 分子動力学計算 電子密度 分子軌道 点電荷 静電ポテンシャル IR ラマン UV-Vis, NMRスペクトル 反応座標 (IRC) 解析 遷移モーメント他 格子定数 電子密度 点電荷 静電ポテンシャル XAFSスペクトル 仕事関数 バンド図 DOS 計算 有効遮蔽媒質 (ESM) 法他 モル体積 熱膨張係数 比熱 体積弾性率 エンタルピー 自己拡散係数 動径分布関数 散乱関数 溶解度パラメータ χパラメータ 溶媒和自由エネルギー他
実習の準備 1. 様々な拡張子のファイルが生成されるため拡張子を表示 Win7 エクスフ ローラ alt キー ツール フォルタ ーオフ ション 表示 登録されている拡張子は表示しない のチェックを外す Win8, 10 ファイルエクスフ ローラ 表示 ファイル名拡張子 2. ファイル名 フォルダ名 ( 上位階層全て ) に半角英数を使用 スペース 特殊文字は不可 アンダースコアは可
実習の準備 3. ソルバーのパスの設定後 Winmostar を再起動 10
How to localize English version is available. Click " 英語 "(English), and restart Winmostar.
初期画面の説明 現在開いているファイルのパス Winmostar のバージョン 種類 各ソルバーに関する機能 画面左に出ている原子構造の詳細情報 各ソルバーの計算条件の記述部分 編集中の原子構造の三次元構造 画面左に出ている原子構造の三次元座標 (Z マトリックス or XYZ)
量子化学計算編
(1) 分子をモデリング (2) 構造最適化計算 量子化学計算の典型的な手順 MOPAC ( 半経験 無償 ) GAMESS ( 非経験 無償 ) NWChem ( 非経験 無償 ) Gaussian ( 非経験 有償 ) SMASH ( 非経験 無償 ) (2.5) 必要に応じ 最適化後の構造を用いて振動計算など (3) 結果の解析 表示 メイン画面上でのモデリング 分子軌道 IR スペクトル
Winmostar における分子のモデリング手順 メイン画面上で一からモデリング ファイルから読み込み SMILES 記法で読み込み PDB CIF mol mol2 xyz... ( 必要に応じ ) 配座探索 ( 必要に応じ ) 点群解析
Rep 右クリック部分回転 Clean 空間充填元に戻す名前を付けて保存 1/4 モデリング 部品の選択 Del 結合付加 isooctane (C 8 H 18 ) C5H4 環構築 Chng fluorene (C 13 H 10 ) 部分削除 (Del) 水素付加 caffeine (C 8 H 10 N 4 O 2 ) uric acid (C 5 H 4 N 4 O 3 )
2/4 分子軌道の表示 MOPAC を用いてベンゼン (C 6 H 6 ) の構造最適化計算を実行 モデリング後 半経験 QM>MOPAC>MOP6W70 を実行 半経験 QM>MOPAC> インポート >MO から 分子軌道を表示
3/4 GAMESS による構造最適化 1 まず実習用にスチレン分子をモデリング 2 QM>GAMESS>GAMESS キーワード設定 >Easy Setup で Optimize を選択し Quit Set 3 QM>GAMESS>GAMESS 実行 4 QM>GAMESS> インポート >Animation で 最終構造を選択 スチレン (styrene) C 8 H 8
4/4 IR スペクトル 1 QM>GAMESS>GAMESS キーワード設定 >Easy Setup で IR(Hessian) を選択し Quit Set 2 別名で保存し QM1>GAMESS 実行 3 QM>GAMESS> インポート >Hessian, Raman を選択 4 ピークを選択し Anim. この図ではラマンスペクトルも合わせて表示しています
その他の機能 ( モデリング ) 三面図 分子のコピー カット ペースト 部分配向 画面左上の各種情報 距離 角度 二面角の変更 メイン画面へのドラッグ & ドロップ 部品登録 2 分子結合 2 画面 直接編集 重ね合わせ表示 CONFLEX による配座探索 Leng : 距離, Ang : 結合角, Dihed : 二面角 Lper : 点と平面との距離
色変更 表示選択 GIF アニメーション レイトレーシング (POV-Ray) 3D プリンタ (OpenSCAD) 特許用の作図 文字拡大機能 構造式 (OpenBabel) その他の機能 ( 表示 ) ここに写っているものは手で着色されていますが カラー付 OpenSCAD データも出力可能です
Mulliken 電荷 静電ポテンシャル 反応座標 (IRC) 解析 PIO 解析 遷移モーメント UV-Vis, NMR スペクトル 分子表面積 体積 卵形度 アスペクト比 Sterimol パラメータ その他の機能 ( 解析 )
量子化学計算に関する参考書 事例毎に 背景の理論の説明と入力ファイル例が載っています 旧版 (2006 年出版 ) の内容は少し古め 新版 (2015 年出版 ) は GAMESS の情報が少な目
分子動力学計算基礎編
分子動力学計算の典型的な手順 (1) 分子のモデリング 力場 ( パラメータ ) の設定 (2) シミュレーションセルの作成 (3) 平衡化計算 単成分液体 1 エネルギー極小化計算 希釈溶液 2 温度一定計算 3 温度 圧力一定計算 Gromacs ( 無償 ) LAMMPS ( 無償 ) Amber ( 有償 無償 ) MODYLAS ( 無償 ) NAMD ( 無償 ) (4) 本計算 (5) 結果の解析 表示 密度 エネルギー アニメーション 自己拡散係数
1/6 シミュレーションセルの作成 1 MD> 溶媒を配置 / セルを作成 を選択 2 Put the molecule on main window as solute のチェックを解除 3 Add Water で 500 を入力 4 Set Density に 0.9 と入力し 5 Build
2/6 エネルギー極小化計算 1 MD>Gromacs> キーワード設定 にて Reset し OK 2 MD>Gromacs>Gromacs 実行 3 MD>Gromacs> エネルギー変化 で Potential を選択し Draw
3/6 温度一定計算 1 同様に Gromacs キーワード設定にて Basic タブの Extending Simulation にチェック Preset から NVT(fast) を選択 2 Gromacs 実行 3 計算終了後 MD>Gromacs> トラジェクトリ読み込み 4 MD>Gromacs> エネルギー変化 で Temperature を選択し Draw
4/6 温度 圧力一定計算 1 Gromacs キーワード設定にて Basic タブの Preset から NPT(fast) を選択 2 Gromacs 実行 3 エネルギー変化で Pressure または Density を確認
5/6 本計算 + 平衡物性の取得 1 キーワードは変更せず 再度 Gromacs 実行 2 エネルギー変化で Calc Ave から各種熱力学量を取得 3 MD>Gromacs> 平均二乗変位 で自己拡散係数を取得
6/6 溶液系の作成と 3D 表示 1 メイン画面でエタノール分子をモデリング 2 MD> 溶媒を配置 / セルを作成 にて Add Water で 500 と入力 3 Set Density で 0.9 と入力 4 Build 5 表示 >3D から 3D ビューワを起動
その他の機能 ( モデリング 計算 ) GAMESS による RESP 電荷計算 タンパク質 + リガンド系 ( PDB ファイル利用 ) 結晶 ポリマー 界面系 散逸粒子動力学 (DPD) 法 モノマー割り付け QM/MM MD 計算
その他の機能 ( 解析 ) モル体積 定積 定圧比熱 熱膨張係数 体積弾性率 エンタルピー 界面 ( 表面 ) 張力 動径分布関数 散乱関数 粘度 比誘電率 相平衡条件 ( 融点 沸点 ) 密度分布 距離 角度 二面角の時間変化 ヒストグラム算出 溶解度パラメータ χ パラメータ DPD パラメータ ( タンパク質系向け ) 回転半径 RMSD 溶媒和自由エネルギー (BAR 法 ER 法 ) 33
固体物理計算編
固体物理計算の典型的な手順 (1) 結晶または分子をモデリング (2) 構造最適化計算 結晶ビルダ Quantum ESPRESSO ( 平面波 無償 ) OpenMX ( 混合基底 無償 ) FDMNES ( 有限要素基底 無償 ) XAFS 計算のみ (2.5) 必要に応じ 最適化後の構造を用いて追加の計算 (3) 結果の解析 表示 電荷密度
1 2 3 4 5 1/2 Si 結晶の構造最適化計算 ファイル> 新規 をクリックする 固体 > 結晶ビルダ を立ち上げ ウィンドウの右側でCをSiに変更した後 Edit>LatticeウインドウでCrystal System: Cubic, Space Group: 227 格子定数 a=5.5で 結晶を作成し Si.cifとして保存 File>Exitでメイン画面に戻り ファイル> 開くからSi.cifを開く 固体 >Quantum ESPRESSO>キーワード設定 にて Preset に Relax(variable cell) を指定 Automatically Detect ibrav のチェックをはずして [Set] をクリック Quantum ESPRESSO>Quantum ESPRESSO 実行 を選択 計算終了後 Quantum ESPRESSO>アニメーション (pwout) を選択
2/2 電子密度の表示 1 固体 >Quantum ESPRESSO> 電子密度 を選択 2 フォルダーの参照が現れる デフォルトで選ばれるフォルダを選択 3 Cube Plot ウインドウで Contour Map Boundary をチェックし Iso Level を 0.08 に変更し 3D をクリック 4 View>Preferences > X,Y,Z スライダ で表示を調整
その他の機能 スピン分極計算 バンド DOS 計算 Löwdin 電荷 仕事関数 誘電関数 IR ラマンスペクトル フォノンバンド DOS 計算 有効遮蔽媒質 (ESM) 法 Car-Parrinello MD 計算 XAFS スペクトル (FDMNES) gro ファイルへのコンバート (VMD などへの出力 ) 38
チュートリアル
リモートジョブ投入機能 手元の PC では困難な計算をリモートサーバにて実行し業務を効率化 入力の転送 ジョブ投入 出力の転送を自動化 SSH 各種 Linux クラスター FOCUS TSUBAME 京などで利用可能 対応するスケジューラ : LSF PBS SLURM SGE NQS ShareTask
サポート 状況を再現するためのデータを添付の上 web よりご質問ください
マイナーバージョンアップ版の提供 https://winmostar.com/jp/download_jp.html
ご注文方法 https://winmostar.com/jp/purchase_jp.html
参考書紹介 @ 弊社 Facebook
分子モデリング演習 有機分子 演習のポイント : Winmostar の基本モデリング機能 ( 置換 クリーン 部分回転等 ) の習得 配座探索 Smiles 入力 クリーン クリーン MOPAC chair Cyclohexane C 6 H 12 boat アビガン smiles と検索 Favipiravir C 5 H 4 FN 3 O 2 Cuban C 8 H 8 Carbon nano ring [-C 6 H 4 -] 6 Top view Corannulene C 20 H 10 Side view 超分子 演習のポイント : コピー & ペースト機能を使いこなす 部分自由回転 CH π CH 4 - C 6 H 6 金属錯体 部分重心 演習のポイント : 金属 配位子のどちらからモデリング? 配位子から部品登録 中心金属から -PdH5 部品 部分配向 多重起動 Benzoic acid dimer C 7 H 6 O 2 x 2 Adenine-Thymine Ferrocene Fe(C 5 H 5 ) 2 Zn(saloph) [Ru(bpy) 3 ] 2+