物性化学

2025.11.4

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[0. ストーリー]

pirikaのページの中で最も古く(1999年)からあるページだ。試薬カタログを見れば非常に多くの化学構造がある。コンピュータで自動で分子構造を発生させれば無限に近い構造が得られるだろう。分子構造だけから、その物性を予測したい。そしてある目的を満足する分子構造を逆設計したい。それを延々とやり続けている。必要であれば解析用のツールも自作する。

[1. 概要]

熱物性は古典的だがとても重要なパラメータである。昨今のMIブームによって、情報学を用いてマテリアルを扱うことがとても増えてきた。ところが分子のどのような情報を使うかというと、分子軌道計算（分子動力学計算）の計算値や、RDKitなどを使ったトポロジカルな計算値が使われることが多い。
これらは分子構造が分かれば算出できるので手軽である。熱物性のデータを集めるのは大変な作業なので、MIのインプットに熱物性を使う事は多くない。
pirika.com社が開発したPirikaPro4MIには分子のSmiles構造式から熱物性を算出する機能がついている(YMBPro)。熱物性の推算はこのTCPE 物性化学のページに記載の推算式（その改良式）が搭載されている。
pirika.com社のCEO、山本（私）の立場は、MIをやる時には、熱物性、MO計算値、トポロジカルデータ、使えるものはなんでも使ってモデルを作成しようというものだ。
これが他のMIツールと大きく異なる点だ。熱物性は各々独立しているようで実はファミリーだ。色々なところで繋がっている。

[2. TCPE、 熱物性推算]

TCPE: Thermo Chemical Properties Estimations
TCPEのページはpirika.comを始めた当初からあるページだ。私は当時国家プロジェクトで代替フロンの分子設計を行っていた。分子構造のみから分子の熱物性を推算して、要求される代替フロン物性値を満足する構造を逆設計するという方針を立てた。参考にしたのが、「The Properties of Gases & Liquids」という書籍だ。書籍に記載の推算法をまとめると図１のようになる。主な物性推算法としては原子団寄与法、対応状態原理法、分子軌道法がある。当時ニューラルネットワーク法も利用可能となってきていた。NN法のインプットに原子団を入れる、臨界点を入れる、MOの計算結果を入れることはあっても、本質的な違いは無い。図１から明らかなように沸点と密度はとても重要な物性値になる。次に臨界温度(Tc)、臨界圧力(Pc)、臨界体積(Vc)を使うことによって他の熱物性を推算することができる。

[3. 他の物性推算]

熱物性とは呼ばないが、分子固有の重要な物性値がある。水への溶解度、オクタノール/水分配比率、生物濃縮性、誘電率、酸解離定数、大気寿命、毒性などだ。必要に応じて拡張し続けている。

[4. 各論]

[5. 最新の検討]

  • 偏心因子の推算
  • 蒸発潜熱の温度依存性
  • 生物濃縮性(BCF)
  • BOD(Biochemical Oxygen Demand)生物化学的酸素要求量
  • 誘電率
  • 酸解離定数pKa
  • 拡散係数
  • 表面張力の成分分解(δD, δP, δH)

[6. 総説]

  • 沸騰の科学　(2018.6.20)
    甲藤好郎先生の書かれた、沸騰の科学という書籍を頂いた。
    非常に興味深い本であるし、沸騰に関連する研究を行っていたので物性科学的に解析した結果を付け加えた章を作ってみた。
    2018.12.5 第11章を付け加えた

[7. pirikaの方法が実装されているソフト]

プログラムによってどんな原子団が使えるかはこちらで確認のこと

[8. 図表]

YNUI1
図１　物性推算法まとめ

[9. pirikaへのリンク]

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