分子モデリングソフト Avogadro を使ってみる

Avogadro

たまの休日で暇を持て余していたので、分子モデリングソフトの「Avogadro」を使って遊んでみた。分子モデリングソフトってなんぞや？っていうと、簡単に説明すると、物質を構成している分子をコンピュータ上で作成してみるってソフトです。よく化学の教科書とかに出てくる分子模型をコンピュータ上で作成してみることができます。学校で理科実験室とかによく置いてある分子模型がお手軽に作れるわけです。

まずは基本として、水分子を作成してみました。

送信者 ゆたりん Science

水分子一つだけだと味気ないので、三つ作成

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で、この「Avogadro」ってソフトの優れているところは、適当に作成した分子についてポテンシャルを元に構造最適化をやってくれることにあります。まぁこの辺は商用の分子モデリングソフトなら大抵やってくれますが…。構造最適化にはいろんなアルゴリズムやどういったポテンシャルを用いるかで、出力される構造が異なってくる場合があります。例えば、たんぱく質とかの巨大分子とかだとそれを構成している原子数が半端ではないですので、非常に計算が複雑になります。おまけに構造最適化ができても、それが実際の分子構造と合っているかはコンピュータ上だけはなく実験的に確かめる必要がありますし…。そうはいっても、コンピュータ上である程度、構造が分かるっていうのは結構便利です。

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で、これが水分子三つを構造最適化してみたものです。白い点線が水素結合を示しています。


で、写真だけだとよくわからないので、動画にしてみました。

途中でマウスで水分子の位置をいじったりしてます。

おまけでキュバン分子を作ってみました。
キュバン Wikipediaへのリンク

適当に炭素原子と水素原子をくっつけても、構造最適化をするとちゃんと立方体になるのはおもしろいですね。

「Avogadro」だと、構造最適化の計算中にもマウスで分子や原子の位置を変更できるので、なかなかおもしろいです。で、できた分子模型はいろいろなファイル形式で出力できるので、後は第一原理計算ソフトへ渡したりといろいろできます。より詳細な物性や反応性を調べるには、やはりその他のソフトを使う必要がありますが、構造をお手軽に作成できるってのはいいですね。

こういったソフトを教材にして科学を教えるっていうのも、科学に興味を持ってもらえるのに役に立つんじゃないでしょうか。