化学探偵Mr.キュリー6にトーリタキセルA(Toritaxel A)という架空の物質が出てきた。
以下、ネタバレがあるので、これから読もうという人はその点、了承の上で読んでほしい。
ミステリーの本質部分は報告された構造が間違っていたということ。その中で、計算機によるシミュレーションが出てくる。本文中には「これが論文報告された構造ですが、エネルギー的には最も安定なものではありません。ベストと思われる構造はこちらです」というセリフとともに以下のように報告された構造と最安定構造が示される。
右の方のNが3つある周辺の構造が異なっている。
計算機のシミュレートによってどちらがより安定であるかということは予測できるが、実はそれ自体には何の意味もない。
異性体を考えたときに最安定構造しか存在が許されないなどということはなく、例えばブタンとイソブタンを考えてみれば分かるように、どちらも自然界に普通に存在する。
一方、計算機で何かするときに構造最適化して最安定構造を探すのは、複数の構造を比較するときにそれぞれ同じ条件にしておかなければ比較できないからである。例えば、下のエタンの2つのニューマン投影図で(a)と(b)を同じと扱う訳にはいかない。
[1]
普通、計算機ではより安定な(b)の構造を使う。
しょうもないツッコミだけど、全合成で目的とする物質が異なっていれば、目指す物質がそうなるだけで、合成自体が不可能となるわけではない。
それと、「最も安定と思われる構造の部分的な合成を行いました。重要な中心部分のみを作り上げ、天然から得られた、『本物』のトーリタキセルAのNMRデータと比較したところ、非常に良い一致が見られています」この2つの物質がほとんど同じ構造であることを考えればNMRスペクトルもかなり近いものになりそうだけど、重要な中心部分だけを取り上げてより合致するスペクトルが得られるとは思えないんだよなあ。
それはそうと、トーリタキセルAについて構造最適化してエネルギーを比較してみた。
使用したソフトはGaussian 03で、構造最適化はHF/3-21g*で行い、エネルギー計算はb3lyp/6-31g*で行った。
今時は、STO-3Gや3-21Gなどの低レベルの基底関数は、論文を作成するときに使うには不十分とされている[2]そうなのだが、一応末尾に"*"が付いてるし、論文書いてるわけでもないから特に気にしないでもいいかなと思ってる。
実はb3lyp/6-31g*で構造最適化をしてみたのだけど、Maximum Force = 0.000004, RMS Force = 0.000001とそれぞれ閾値以下になったのだけど、Maximum Displacement = 0.039368, RMS Displacement = 0.007607とかなり高いのにもかかわらず"Optimization completed on the basis of negligible forces."という通常とは異なる表記を残して構造最適化を終了してしまった。多分、最適構造付近にいるんだけど、ステップ間の変化が大きすぎるとかいう状態なんじゃないかと思う。一応、正常に終了しているけど、なんか気持ち悪いので採用するのは止めた。
計算結果は報告された構造で-1491.93475559A.U. 、最安定構造で-1491.94981676A.U.となった。差は0.015061A.U.。1A.U.=627.510 kcal/molなので、9.451kcal/molの差がある。
こうやってエネルギー差を求めることはできるが、上で書いたようにだからどうしたという話である。
それぞれの構造をステレオ図で描いてみた。立体視のできない人でも立体メガネを使うと飛び出て見える。
報告された構造
最安定構造
せっかくだから、各原子の位置も上げておく。
報告された構造
| C1 -8.113558 -2.625006 0.028936 C2 -6.849950 -2.143362 -0.710689 C3 -5.850140 -1.473299 0.251839 C4 -4.559549 -0.968894 -0.438752 C5 -3.879196 0.031206 0.503026 O6 -2.725137 0.612599 -0.131860 C7 -3.622690 -2.146325 -0.797288 C8 -2.639668 -1.824715 -1.938806 C9 -2.123162 1.729614 0.573907 C10 -1.368511 2.559449 -0.453709 C11 -0.287043 3.246169 -0.102366 C12 -1.892888 2.418704 -1.872841 C13 -1.214656 1.173731 1.713867 C14 0.156849 1.880719 1.906541 C15 0.055027 3.344179 1.397711 C16 1.354359 1.064978 1.305073 C17 1.273305 0.732736 -0.221288 C18 0.690962 3.753680 -1.146100 C19 2.096619 3.077344 -1.087858 C20 2.296520 1.521244 -1.105839 C21 2.114101 0.993571 -2.543861 C22 2.625007 -0.454700 -2.713755 C23 1.163746 -0.805680 -0.621758 C24 2.256045 -1.403626 -1.539519 H25 0.348533 1.928668 2.975673 C26 3.771733 1.324864 -0.678660 C27 0.940407 -1.802349 0.527174 N28 3.419891 -1.801359 -0.744060 N29 2.176620 -2.068032 1.262134 C30 3.321558 -2.285008 0.562608 N31 4.342171 -2.904309 1.013341 C32 4.612035 -2.436232 -1.338082 C33 5.379592 -2.880483 -0.052727 C34 2.092141 -2.609607 2.622935 C35 1.770844 -4.114278 2.649925 C36 -1.078996 4.111034 2.138658 C37 1.324352 4.149862 1.775614 H38 1.710434 -4.465868 3.674466 H39 2.561185 -4.650783 2.143469 H40 0.824742 -4.322942 2.162459 H41 -8.814302 -3.086405 -0.658035 H42 -8.613423 -1.792996 0.513661 H43 -7.855588 -3.354283 0.789602 H44 -7.130367 -1.430780 -1.480095 H45 -6.383838 -2.986598 -1.206495 H46 -1.985139 -2.669164 -2.131344 H47 -2.050227 -0.961889 -1.676565 H48 -3.184438 -1.606516 -2.851921 H49 -5.581350 -2.172759 1.039545 H50 -6.356035 -0.636560 0.727302 H51 -4.219679 -3.003369 -1.086860 H52 -3.071436 -2.434391 0.093769 H53 -4.829291 -0.437135 -1.345441 H54 -3.593109 -0.474930 1.419822 H55 -4.579617 0.821493 0.759846 H56 1.295435 4.343115 2.842576 H57 1.338331 5.107937 1.269244 H58 2.247567 3.638900 1.573796 H59 -0.902473 4.083979 3.209361 H60 -2.063042 3.719904 1.949426 H61 -1.072428 5.148158 1.820890 H62 4.425315 1.795856 -1.408871 H63 4.022669 0.282661 -0.596974 H64 3.963302 1.795445 0.278167 H65 1.330868 -2.048381 3.151230 H66 3.045821 -2.440466 3.097290 H67 -1.675301 3.292722 -2.468844 H68 -2.963749 2.279478 -1.852907 H69 -1.473329 1.547027 -2.364650 H70 2.655502 1.628092 -3.238529 H71 1.063250 1.049174 -2.811843 H72 2.609540 3.457839 -0.224583 H73 2.653647 3.458034 -1.940555 H74 5.831582 -3.854457 -0.162355 H75 6.150714 -2.161515 0.196071 H76 5.179504 -1.742287 -1.936853 H77 4.327129 -3.290680 -1.947305 H78 0.538410 -2.720943 0.102991 H79 0.210163 -1.427205 1.224507 H80 3.697758 -0.436354 -2.831544 H81 2.214223 -0.862708 -3.630913 H82 1.822595 -2.305626 -1.971958 H83 0.261610 -0.866622 -1.218575 H84 0.323820 1.103649 -0.540811 H85 1.438593 0.154430 1.875493 H86 2.265071 1.606339 1.511706 H87 -1.057173 0.135234 1.469554 H88 -1.765743 1.205891 2.646611 H89 -2.936969 2.306431 0.997654 H90 0.861508 4.820512 -1.027270 H91 0.278400 3.611632 -2.132591 |
最安定構造
| C1 7.534721 -3.885350 -0.616359 C2 6.301406 -3.367239 0.149336 C3 5.522018 -2.322079 -0.672552 C4 4.273397 -1.760328 0.051021 C5 3.859961 -0.464550 -0.656559 O6 2.792815 0.183329 0.062245 C7 3.128375 -2.799482 0.066070 C8 2.080728 -2.551832 1.167565 C9 2.498010 1.540924 -0.350703 C10 1.818641 2.231878 0.818423 C11 0.977138 3.235815 0.606886 C12 2.154346 1.642853 2.173851 C13 1.607426 1.505980 -1.628389 C14 0.501068 2.597006 -1.709440 C15 0.860267 3.803088 -0.814950 C16 -0.918351 2.013118 -1.435343 C17 -1.168390 1.182298 -0.126006 C18 0.009749 3.697147 1.683742 C19 -0.979196 2.571330 2.100582 C20 -1.938397 1.900177 1.062417 C21 -2.694621 0.809274 1.890277 C22 -1.901563 -0.494312 1.992310 C23 -1.835338 -0.165692 -0.545988 C24 -1.800196 -1.195940 0.618007 H25 0.469805 2.954081 -2.735770 C26 -3.000418 2.931471 0.622780 C27 -3.232053 -0.038507 -1.177464 N28 -2.829160 -2.248926 0.477911 N29 -3.642664 -1.374701 -1.563123 C30 -3.610554 -2.394451 -0.621253 N31 -4.345681 -3.412378 -0.866111 C32 -2.749260 -3.412559 1.380566 C33 -3.989433 -3.541485 2.277689 C34 2.201522 4.444921 -1.265127 C35 -0.168110 4.942594 -0.990930 C36 -4.770807 -1.644331 -2.466919 C37 -5.034000 -3.158058 -2.162594 H38 8.081081 -4.613212 -0.026788 H39 8.208227 -3.068670 -0.854158 H40 7.235542 -4.358683 -1.545574 H41 6.618988 -2.915586 1.083988 H42 5.658706 -4.203537 0.397055 H43 -3.888225 -4.399328 2.934758 H44 -4.857161 -3.680905 1.650201 H45 -4.122871 -2.652915 2.882764 H46 1.292007 -3.295715 1.118999 H47 1.656724 -1.567815 1.052794 H48 2.544347 -2.615371 2.147025 H49 5.216820 -2.760575 -1.619407 H50 6.202895 -1.506491 -0.903413 H51 3.547138 -3.789253 0.206126 H52 2.646245 -2.797522 -0.907675 H53 4.540951 -1.505502 1.071342 H54 3.551568 -0.689099 -1.672648 H55 4.712305 0.208066 -0.704268 H56 -0.189862 5.229895 -2.037178 H57 0.127801 5.812388 -0.415032 H58 -1.167160 4.672777 -0.702696 H59 2.103361 4.824919 -2.277522 H60 3.033776 3.762576 -1.245428 H61 2.439679 5.277059 -0.612273 H62 -3.592284 3.216594 1.487460 H63 -3.674645 2.525184 -0.120160 H64 -2.561114 3.830116 0.222178 H65 -1.855213 -3.303247 1.979790 H66 -2.657032 -4.306777 0.779376 H67 1.848893 2.296651 2.977722 H68 3.225538 1.495105 2.244566 H69 1.696940 0.672121 2.312071 H70 -2.367880 -1.159549 2.704219 H71 -0.901839 -0.287715 2.354844 H72 -3.658241 0.594199 1.448773 H73 -2.891702 1.205733 2.880714 H74 -1.616303 2.983966 2.878905 H75 -0.398447 1.786723 2.563020 H76 -6.088121 -3.378343 -2.084132 H77 -4.604177 -3.782367 -2.935989 H78 -4.502254 -1.459963 -3.496747 H79 -5.631382 -1.035012 -2.202749 H80 -3.172559 0.572005 -2.067679 H81 -3.952052 0.412793 -0.508236 H82 -0.834180 -1.685998 0.569341 H83 -1.219751 -0.580256 -1.335773 H84 -0.203127 0.902580 0.267128 H85 -1.103799 1.350261 -2.273972 H86 -1.647993 2.803268 -1.526669 H87 1.152294 0.524864 -1.639291 H88 2.243703 1.575470 -2.503037 H89 3.446739 2.016408 -0.569442 H90 -0.539831 4.567425 1.364191 H91 0.548627 3.989490 2.579965 |
HTMLの都合上、データの隙間が半角スペース1個しかなくて読みにくいかもしれないけど、コピペするなら関係ないので特に手を加えずに上げる。
このデータをChem3Dに入れて立体メガネで見ながら絵をくるくる回すのは結構面白いのでお勧めである。
参考文献
[1] A.Streitwieser, C. H. Heathcock, E. M. Kosower, Introduction to Organic Chemistry, Macmillan Coll Div(1992)
[2] 堀賢次, 山本豪紀, Gaussianプログラムで学ぶ情報化学・計算機化学実験, 丸善（2006）
