特開 2022-162580 ＨＬＢ値算出装置、ＨＬＢ値算出方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022162580

(43)【公開日】2022-10-25

(54)【発明の名称】ＨＬＢ値算出装置、ＨＬＢ値算出方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   C07B 61/00 20060101AFI20221018BHJP

【ＦＩ】

C07B61/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021067453

(22)【出願日】2021-04-13

(71)【出願人】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】西原 泰孝

【テーマコード（参考）】

4H006

【Ｆターム（参考）】

4H006AA02

4H006AA04

(57)【要約】

【課題】さまざまな種類の分子のＨＬＢ値を算出する。
【解決手段】ＨＬＢ値算出装置は、分子のＨＬＢ値を算出するためのＨＬＢ値算出装置であって、前記分子の立体構造に基づいて、前記分子に含まれる原子ごとの電荷量を算出する電荷量算出部と、算出された前記電荷量に基づいて、前記原子を親水部か否かに振り分ける振分部と、前記親水部に振り分けられた原子の原子量の総和に基づいて、前記分子のＨＬＢ値を算出するＨＬＢ値算出部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

分子のＨＬＢ値を算出するためのＨＬＢ値算出装置であって、
前記分子の立体構造に基づいて、前記分子に含まれる原子ごとの電荷量を算出する電荷量算出部と、
算出された前記電荷量に基づいて、前記原子を親水部か否かに振り分ける振分部と、
前記親水部に振り分けられた原子の原子量の総和に基づいて、前記分子のＨＬＢ値を算出するＨＬＢ値算出部と、を備える、
ＨＬＢ値算出装置。

【請求項2】

閾値の設定を受け付ける閾値設定受付部をさらに備え、
前記振分部は、算出された前記電荷量の絶対値が前記閾値以上の原子を前記親水部に振り分ける、
請求項１に記載のＨＬＢ値算出装置。

【請求項3】

前記ＨＬＢ値を示す情報を表示する表示部をさらに備え、
前記閾値設定受付部は、設定された前記閾値の変更を受け付け、
前記振分部は、変更された前記閾値に基づいて、前記原子を前記親水部か否かに振り分ける、
請求項２に記載のＨＬＢ値算出装置。

【請求項4】

各原子が前記親水部か否かを示す情報を表示する表示部と、
前記振分部による振り分けの変更を受け付ける振分変更受付部と、をさらに備え、
前記ＨＬＢ値算出部は、変更された前記振り分けの結果に基づいて、前記ＨＬＢ値を算出する、
請求項１または２に記載のＨＬＢ値算出装置。

【請求項5】

決定された立体構造を示す情報、各原子が前記親水部か否かを示す情報および算出された前記ＨＬＢ値を示す情報を表示する表示部をさらに備える、
請求項１または２に記載のＨＬＢ値算出装置。

【請求項6】

前記ＨＬＢ値算出部は、グリフィンの式に基づいて、前記ＨＬＢ値を算出する、
請求項１から５のいずれか１項に記載のＨＬＢ値算出装置。

【請求項7】

Ｇａｓｔｅｉｇｅｒ法に基づいて各原子の電荷量を割り当て、割り当てられた各原子の電荷量に基づいて、分子力学法を用いた構造最適化計算によって前記立体構造を決定する立体構造決定部をさらに備える、
請求項１から６のいずれか１項に記載のＨＬＢ値算出装置。

【請求項8】

前記電荷量算出部は、決定された前記立体構造に基づいて、ＡＭ１－ＢＣＣ法によって前記電荷量を算出する、
請求項１から７のいずれか１項に記載のＨＬＢ値算出装置。

【請求項9】

コンピュータが実行する方法であって、
分子の立体構造に基づいて、前記分子に含まれる原子ごとの電荷量を算出するステップと、
算出された前記電荷量に基づいて、前記原子を親水部か否かに振り分けるステップと、
振り分けられた原子の原子量の総和に基づいて、前記分子のＨＬＢ値を算出するステップと、を備える、
ＨＬＢ値算出方法。

【請求項10】

コンピュータに、
分子の立体構造に基づいて、前記分子に含まれる原子ごとの電荷量を算出するステップと、
算出された前記電荷量に基づいて、前記原子を親水部か否かに振り分けるステップと、
振り分けられた原子の原子量の総和に基づいて、前記分子のＨＬＢ値を算出するステップと、
を実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＨＬＢ値算出装置、ＨＬＢ値算出方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

水と油のように交じり合わない２相が接する界面に作用して性質を変化させる物質である界面活性剤は、１つの分子内に水になじみやすい部分（親水基）と油になじみやすい部分（新油基・疎水基）を持ち、極性物質と非極性物質を均一に混合させる働きをする。

【0003】

ＨＬＢ（Hydrophile Lipophile Balance）値は、界面活性剤の親水性と親油性のバランスを表す数値である。ＨＬＢ値の算出方法は複数あり、特に、アトラス法やグリフィン法、デイビス法、川上法が有名である。例えば、グリフィン法は、ＨＬＢ値=２０×（親水部の式量の総和）／（分子量）、で定義される。また、実験的にＨＬＢ値を決定する方法もあるが、煩雑な作業が必要な場合が多い。界面活性剤は、その親水性が大きければ大きいほどＨＬＢ値が大きく、水に溶けやすい性質を持ち、逆の場合は水に溶けにくい性質を持つ。そのため、ＨＬＢ値は、使用目的にあう界面活性剤を選択する場合の指標となる。

【0004】

分子の化学式から分子の立体構造が算出可能である。分子に含まれる原子の結合状態や原子の持つ電荷といった分子の特徴は、分子力学（Molecular Mechanics：ＭＭ）計算や分子動力学（Molecular Dynamics：ＭＤ）計算、量子化学（Quantum Mechanics：ＱＭ）計算を用いて算出できる。計算手法は、求められる計算精度や使用可能な計算資源に応じて選択する。

【0005】

例えば、特許文献１には、有機化合物中の全ての原子及び官能基の「無機性値」、「有機性値」を積算することによって、当該有機化合物のＨＬＢ値を算出する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－０２６６２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した従来の技術では、官能基単位で規定された値に基づいてＨＬＢ値を算出するため、低分子などのように該当する規定された値を持つ官能基を含まない分子の場合には、ＨＬＢ値の算出が困難である。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、さまざまな種類の分子のＨＬＢ値を算出することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るＨＬＢ値算出装置は、
分子のＨＬＢ値を算出するためのＨＬＢ値算出装置であって、
前記分子の立体構造に基づいて、前記分子に含まれる原子ごとの電荷量を算出する電荷量算出部と、
算出された前記電荷量に基づいて、前記原子を親水部か否かに振り分ける振分部と、
前記親水部に振り分けられた原子の原子量の総和に基づいて、前記分子のＨＬＢ値を算出するＨＬＢ値算出部と、を備える。

【発明の効果】

【0010】

さまざまな種類の分子のＨＬＢ値を算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】ＨＬＢ値算出装置の機能構成の一例を示す図である。

【図2】ＨＬＢ値算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図3】ＨＬＢ値算出装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【図4】Ｇａｓｔｅｉｇｅｒ法に基づいて各原子に割り当てられた電荷量の一例を示す図である。

【図5】分子の立体構造の一例を示す図である。

【図6】ＡＭ１－ＢＣＣ法に基づいて各原子に割り当てられた電荷量の一例を示す図である。

【図7】算出結果の表示の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態（本実施の形態）について説明する。

【0013】

（ＨＬＢ値算出装置の機能構成）
図１は、ＨＬＢ値算出装置の機能構成の一例を示す図である。

【0014】

本実施の形態に係るＨＬＢ値算出装置１は、単分子から構成される界面活性剤等の物質のＨＬＢ値を、計算科学を用いて算出する装置である。具体的には、ＨＬＢ値算出装置１は、分子情報取得部１１と、立体構造決定部１２と、電荷量算出部１３と、閾値設定受付部１４と、振分部１５と、ＨＬＢ値算出部１６と、表示部１７と、振分変更受付部１８と、を備える。

【0015】

分子情報取得部１１は、ＨＬＢ値の算出対象となる物質を構成する分子の化学構造を示す分子情報を取得する。分子の化学構造は、分子を構成する原子の数と種類であって、分子式等によって表される。例えば、ＨＬＢ値の算出対象となる物質がメタンスルホン酸である場合、分子情報は、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｈという分子式を示す情報である。分子情報取得部１１は、ユーザの入力操作を受けるか、または他のデータベース等の装置から受信することによって、分子情報を取得する。

【0016】

立体構造決定部１２は、分子情報に基づいて立体構造を決定する。具体的には、立体構造決定部１２は、Ｇａｓｔｅｉｇｅｒ法に基づいて各原子の電荷量を割り当てる。Ｇａｓｔｅｉｇｅｒ法は、原子の種別ごとに各原子に電荷量を割り当てる手法であって、構造を考慮しないで、概算の電荷量の算出が可能な手法である。そして、立体構造決定部１２は、割り当てられた各原子の電荷量に基づいて、分子力学（ＭＭ：Molecular Mechanics）法を用いた構造最適化計算によって安定な立体構造を決定する。なお、すでに立体構造が実験等によって判明している場合は、分子情報取得部１１が分子情報に立体構造を含めて取得しても良く、立体構造決定部１２は、分子情報に含まれる立体構造に決定しても良い。

【0017】

電荷量算出部１３は、決定された立体構造に基づいて、各原子の電荷量を算出する。具体的には、電荷量算出部１３は、半経験的量子化学計算方法であるＡＭ１－ＢＣＣ法によって各原子の電荷量を割り当てる。ＡＭ１－ＢＣＣ法では原子種別ではなく、原子の結合型（ＳＰ２またはＳＰ３等）に応じて電荷量が割り当てられる。ただし、電荷量の算出方法は求められる精度に応じて変更できる。例えば、より高精度なＲＥＳＰ（Restricted Electro Static Potential）を用いることができる。なお、立体構造と電荷の分布には相関があるため、電荷量算出部１３は、立体構造決定部１２が決定した立体構造を修正しても良い。

【0018】

閾値設定受付部１４は、振分部１５が各原子を親水部か否かを振り分けるための閾値の設定を受け付ける。具体的には、閾値設定受付部１４は、ユーザの操作等による閾値の設定を受け付ける。ユーザは、例えば、対象の物質を実際に使用する溶媒の特性、例えば水と油の割合、油の種類等、による性質の違いが反映されたＨＬＢ値が算出されるように、過去の経験等に基づいて、閾値を設定する。

【0019】

また、閾値設定受付部１４は、設定された閾値の変更を受け付ける。例えば、閾値設定受付部１４は、ユーザが、後述する表示部１７に表示されたＨＬＢ値が妥当でないと判断した場合等に、ユーザの操作を受けて、設定された閾値の変更を受け付ける。

【0020】

振分部１５は、設定された閾値と、算出された各原子の電荷量と、を比較して、各原子を親水部か否かに振り分ける。

【0021】

ＨＬＢ値算出部１６は、親水部に振り分けられた原子の原子量の総和に基づいて、ＨＬＢ値を算出する。具体的には、ＨＬＢ値算出部１６は、以下の式（１）のグリフィンの式によって、ＨＬＢ値を算出する。

【0022】

ＨＬＢ値＝２０×（親水部の式量の総和）／（分子量）・・・（１）
ここで、親水部の式量の総和とは、親水部に振り分けられた原子の原子量の総和である。また、分子量とは、算出対象の物質を構成する分子に含まれる全原子の原子量の総和である。

【0023】

表示部１７は、立体構造決定部１２によって決定された立体構造を示す情報、振分部１５によって親水部か否かに振り分けられた結果を示す情報、および算出されたＨＬＢ値を示す情報等を表示する。表示部１７は、ＨＬＢ値算出装置１が備えるモニタ等に表示しても良いし、他の装置、例えばユーザの操作する端末等に表示しても良い。

【0024】

振分変更受付部１８は、ユーザが、表示部１７に表示された振り分けの結果が妥当でないと判断した場合等に、ユーザの操作を受けて、振り分けの変更を受け付ける。

【0025】

（ＨＬＢ値算出装置の動作）
次に、ＨＬＢ値算出装置１の動作について、図面を参照して説明する。図２は、ＨＬＢ値算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【0026】

ユーザの操作を受けて、分子情報取得部１１は、対象となる分子の化学構造を示す分子情報の入力を受け付ける（ステップＳ１）。例えば、対象となる分子がメタンスルホン酸の場合、分子式ＣＨ_３ＳＯ_３Ｈが分子情報の一例である。

【0027】

次に、立体構造決定部１２は、分子情報に基づいて、対象となる分子の立体構造を決定する（ステップＳ２）。具体的には、立体構造決定部１２は、Ｇａｓｔｅｉｇｅｒ法に基づいて各原子の電荷量を割り当てる。そして、立体構造決定部１２は、割り当てられた各原子の電荷量に基づいて、分子力学（ＭＭ）法を用いた構造最適化計算によって安定な立体構造を算出する。なお、立体構造決定部１２は、割り当てられた電荷量を各原子の中心における点電荷として扱い、立体構造を決定する。

【0028】

続いて、電荷量算出部１３は、決定された立体構造に基づいて、対象となる分子に含まれる各原子の電荷量を算出する（ステップＳ３）。具体的には、電荷量算出部１３は、ＡＭ１－ＢＣＣ法によって各原子の電荷量を割り当てる。なお、電荷量算出部１３は、割り当てられた電荷量を各原子の中心における点電荷として計算する。

【0029】

次に、閾値設定受付部１４は、閾値の設定を受け付ける（ステップＳ４）。具体的には、閾値設定受付部１４は、ユーザから電気素量を単位とする数値、例えば０．２０［ｅ］を閾値として入力を受け付ける。

【0030】

振分部１５は、閾値に基づいて、各原子を親水部か否かに振り分ける（ステップＳ５）。具体的には、振分部１５は、絶対値が閾値以上の電荷量が割り当てられた原子を親水部に振り分け、閾値よりも小さい電荷量が割り当てられた原子を親水部以外に振り分ける。このようにして、振分部１５は、親水部とそれ以外とに各原子をグループ化する。

【0031】

ＨＬＢ値算出部１６は、親水部の原子量の総量に基づいて、ＨＬＢ値を算出する（ステップＳ６）。具体的には、ＨＬＢ値算出部１６は、上述した式（１）によって、ＨＬＢ値を算出する。

【0032】

表示部１７は、決定された立体構造を示す情報、各原子が親水部か否かを示す情報および算出されたＨＬＢ値を示す情報を表示する（ステップＳ７）。なお、表示部１７は、これらの情報のいずれか１つまたは２つのみを表示しても良い。

【0033】

振分変更受付部１８は、振り分けの変更を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ８）。ユーザの操作を受けて、振分変更受付部１８が振り分けの変更を受け付けたと判定すると（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、ＨＬＢ値算出部１６は、ステップＳ７の処理に戻り、変更された振り分け結果に含まれる親水部の原子量の総量に基づいて、ＨＬＢ値を算出する。

【0034】

また、振分変更受付部１８が振り分けの変更を受け付けていない（変更しない旨の操作を受け付けた場合としても良い）と判定すると（ステップＳ８：Ｎｏ）、閾値設定受付部１４は、閾値の変更を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ９）。閾値設定受付部１４が、閾値の変更を受け付けたと判定すると（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、振分部１５は、ステップＳ５の処理に戻り、変更された閾値に基づいて、各原子を親水部か否かに振り分ける。

【0035】

閾値設定受付部１４が、閾値の変更を受け付けていない（変更しない旨の操作を受け付けた場合としても良い）と判定すると（ステップＳ９：Ｎｏ）、ＨＬＢ値算出処理を終了する。

【0036】

次に、ＨＬＢ値算出装置１のハードウェア構成について説明する。図３は、ＨＬＢ値算出装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【0037】

ＨＬＢ値算出装置１は、コンピュータによって構成され、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１、主記憶装置１０２、補助記憶装置１０３、入力装置１０４、表示装置１０５、通信インターフェース装置１０６、ドライブ装置１０７を備える。これらの各装置は、バスで接続されている。

【0038】

ＣＰＵ１０１は、ＨＬＢ値算出装置１の動作を制御する主制御部であり、主記憶装置１０２に格納されたプログラムを読みだして実行することで、後述する各種の機能を実現する。

【0039】

主記憶装置１０２は、ＨＬＢ値算出装置１の起動時に補助記憶装置１０３からプログラムを読み出して格納する。補助記憶装置１０３は、インストールされたプログラムを格納すると共に、後述する各種機能に必要なファイル、データ等を格納する。

【0040】

入力装置１０４は、各種の情報の入力を行うための装置であり、例えばキーボードやポインティングデバイス等により実現される。表示装置１０５は、各種の情報の表示を行うためものであり、例えばディスプレイ等により実現される。通信インターフェース装置１０６は、ＬＡＮカード等を含み、他の装置等との接続の為に用いられる。

【0041】

本実施形態に係るプログラムは、ＨＬＢ値算出装置１を制御する各種プログラムの少なくとも一部である。プログラムは、例えば記憶媒体１０８の配布やネットワークからのダウンロード等によって提供される。プログラムを記録した記憶媒体１０８は、ＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク等の様に情報を光学的、電気的或いは磁気的に記録する記憶媒体、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の様に情報を電気的に記録する半導体メモリ等、様々なタイプの記憶媒体を用いることができる。

【0042】

また、プログラムは、プログラムを記録した記憶媒体１０８がドライブ装置１０７にセットされると、記憶媒体１０８からドライブ装置１０７を介して補助記憶装置１０３にインストールされる。ネットワークからダウンロードされたプログラムは、通信インターフェース装置１０６を介して補助記憶装置１０３にインストールされる。

【0043】

（実施例）
本実施の形態に係るＨＬＢ値算出装置１の実施例について、説明する。対象とする分子を（ａ）メタンスルホン酸、（ｂ）ヘプタン酸、（ｃ）ＴＮＯＡとして、実施した結果を以下に示す。

【0044】

分子情報取得部１１は、図２に示したＨＬＢ値算出処理のステップＳ１において、対象とする分子式を示す分子情報として、（ａ）ＣＨ_３ＳＯ_３Ｈ、（ｂ）ＣＨ_３（ＣＨ_２）_５ＣＯＯＨ、（ｃ）（ＣＨ_３（ＣＨ_２）_７）_３Ｎを取得する。

【0045】

立体構造決定部１２は、図２に示したＨＬＢ値算出処理のステップＳ２において、Ｇａｓｔｅｉｇｅｒ法に基づいて各原子の電荷量を割り当てる。図４は、Ｇａｓｔｅｉｇｅｒ法に基づいて各原子に割り当てられた電荷量の一例を示す図である。

【0046】

また、立体構造決定部１２は、ステップＳ２において、さらに、対象となる分子の立体構造を決定する。図５は、分子の立体構造の一例を示す図である。

【0047】

電荷量算出部１３は、図２に示したＨＬＢ値算出処理のステップＳ３において、決定された立体構造に基づいて、対象となる分子に含まれる各原子の電荷量を算出する。各原子の電荷量は、ＡＭ１－ＢＣＣ法に基づいて割り当てられる。図６は、ＡＭ１－ＢＣＣ法に基づいて各原子に割り当てられた電荷量の一例を示す図である。

【0048】

表示部１７は、図２に示したＨＬＢ値算出処理のステップＳ７において、決定された立体構造を示す情報、各原子が親水部か否かを示す情報および算出されたＨＬＢ値を示す情報を表示する。図７は、算出結果の表示の一例を示す図である。

【0049】

表示部１７による表示内容は、分子の立体構造を示す構造モデルが、親水部に割り当てられた原子（黒色）と、親水部以外に割り当てられた原子（白色）と、に塗り分けられた表示部分と、算出されたＨＬＢ値の表示部分と、を含む。

【0050】

ユーザは、図７に示される振り分けの結果が、経験的に正しくないと判断した場合には、振分変更の操作を行うことができる。例えば、振分変更受付部１８は、マウス等のポインティングデバイスによって、親水部に割り当てられるべき部分を、構造モデル上において指定する操作を受け付ける。また、ユーザは、表示されたＨＬＢ値が妥当でないと判断した場合に、閾値変更の操作を行うことができる。例えば、閾値設定受付部１４は、ユーザから閾値となる数値の入力を受け付ける。

【0051】

図７に示したＨＬＢ値は、閾値を０．２０［ｅ］とした算出結果である。算出された各ＨＬＢ値が示す分子の性質は、実験によって得られた分子の性質と一致する結果であった。

【0052】

本実施の形態に係るＨＬＢ値算出装置１によれば、原子の点電荷に基づいて各原子を親水部か否かに振り分ける。これによって、多数の官能基や分子量の大きい分子であってもＨＬＢ値も算出可能であり、また、官能基が親水基か親油基かに基づく算出方法ではないため、親水基か親油基かが不明な新規の官能基をもつ分子であってもＨＬＢ値を算出できる。また、実験が必要ないため、分子のＨＬＢ値を簡単な操作によって算出できる。

【0053】

分子の中には水のｐＨによって水素イオンＨ＋の付加／脱離が起こって分子の電荷が変化し、分子の性質が若干変化するものがある。従来のＨＬＢ値の算出方法では分子全体で電荷０としているため、分子の電荷が変わった場合は想定しておらず、ＨＬＢ値が分子の性質を正しく反映していない場合がある。本実施の形態に係るＨＬＢ値算出装置は、点電荷を用いてＨＬＢ値を算出しているため、分子全体の電荷が０でなくてもＨＬＢ値を算出できる。上述した実施例では、低ｐＨ（ｐＨ＝１－３程度）を想定した計算を行った。

【0054】

以上、本実施の形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施の形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明は、単分子から構成される界面活性剤の性質の特定に適用することができる。

【符号の説明】

【0056】

１ ＨＬＢ値算出装置
１１ 分子情報取得部
１２ 立体構造決定部
１３ 電荷量算出部
１４ 閾値設定受付部
１５ 振分部
１６ ＨＬＢ値算出部
１７ 表示部
１８ 振分変更受付部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】