北大、「原子マッピング問題」を正確・高速に解く新たな手法を開発

北海道大学(北大)は3月5日、与えられた化学反応式に対し、ある分子と分子の化学反応について、反応物中の各原子が生成物中のどの原子に対応するかを求める「原子マッピング問題」を、正確かつ高速に解く手法を開発したと発表した。

• 

  イジング計算による原子マッピングのイメージ。ボールが底へと転がる様子はイジング計算でエネルギーが最も低い解に収束していく過程が表されており、そこから線で示されている原子マッピングが求められる。底となる点は複数存在することがあり、すべての可能なマッピングを列挙して収集する必要がある(出所:北大プレスリリースPDF)

同成果は、北大 総合イノベーション創発機構 化学反応創成研究拠点の秋山世治特任助教、同・長田裕也特任准教授、同・水野雄太助教(北大 電子科学研究所兼任)、同・小松崎民樹教授(北大 電子科学研究所兼任)らの共同研究チームによるもの。詳細は、米国化学会が刊行する化学情報科学と分子モデリング関連を扱う学術誌「Journal of Chemical Information and Modeling」に掲載された。

原子マッピングを利用することで、分子のどこが反応しどの結合が結合・生成したのかがわかり、反応パターンを把握することが可能となる。このような情報は化学情報学における基本情報であり、化学反応のデータベースにおける検索や化合物の合成計画の立案(逆合成解析)にも不可欠だ。しかしこれは、言うなれば反応物と生成物の原子間の組み合わせを考える問題であることから、原子マッピングの数は分子サイズに比例して指数関数的に増大してしまう。そのため、原子マッピング問題の答えを、正確かつ高速に求めることは困難とされてきた。