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Tips for force field selection in 3D optimization JP
Optimize 3D を実行する際は、分子のエネルギーを計算するための力場を選択します。このページでは MMFF と UFF を比較し、分子に合った選択ができるようにします。
| 特徴 | MMFF (Merck Molecular Force Field) | UFF (Universal Force Field) |
|---|---|---|
| 主な目的 | 有機・医薬品分子の高精度な構造・エネルギー計算 | あらゆる分子の汎用的な構造推定 |
| 対応元素 | 主要な有機元素（C, H, N, O, F, Si, P, S, Cl, Br, I）と一部のイオン（Na+, K+, Zn2+など）。金属の多くは非対応。 | ほぼ全周期表（H～Lr, 1～103番元素） |
| 精度 | パラメータが存在する分子（有機分子）に対しては非常に高精度。 | 汎用的。金属錯体にも対応できるが、精度はMMFFに劣る。 |
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特徴:
- 製薬会社メルク（Merck）によって、**医薬品設計（ドラッグデザイン）**のために開発された力場です。
- 高レベルの量子化学計算や実験データを非常によく再現するように、膨大な数の有機分子を用いてパラメータが厳密にチューニングされています。
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長所:
- 対応元素の範囲内（特にC, H, N, O, P, S, ハロゲン）で構成される有機分子・医薬品分子に対して、非常に高精度な構造と相対エネルギーを与えます。
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短所:
- 対応元素が限られており、リストにない金属や特殊な元素を含む分子には使用できません。
MMFF94とMMFF94sは、どちらも同じMMFFのパラメータセットですが、わずかな違いがあります。
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MMFF94:
- 厳密な（Full）バージョン。分子のエネルギーと立体配座を正確に評価することを目的としています。
- 場合によっては（例：アニリンの-NH2基など）、計算上わずかに安定な「ピラミッド型（平面ではない）」構造を取ることがあります。
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MMFF94s:
- 「s」は「static（静的）」を意味します。
- ドッキング計算などでより堅牢（ロバスト）な（＝計算が破綻しにくい）結果を得るために、一部の構造を単純化・拘束したバージョンです。
- 例えば、アミド結合の窒素原子や芳香環に結合した窒素原子を「常に平面構造」として扱います。
- 一般的な構造最適化やクリーンアップにおいては、化学的に直感的な構造（平面のアミドなど）が得られやすいため、
MMFF94sが好まれる場合も多いです。
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特徴:
- 「Universal（普遍的）」という名前の通り、周期表のほぼ全ての元素に対応していることが最大の強みです。
- パラメータは、各元素の一般的な特性（原子半径、イオン化ポテンシャル、混成など）に基づいて自動的に生成されます。
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長所:
- MMFFが対応していない金属錯体や無機化合物、有機金属化合物の構造最適化を行える唯一の選択肢となる場合が多いです。
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短所:
- パラメータが汎用的なため、一般的な有機分子の構造（特に立体配座のエネルギー差）に対する精度は、専門にチューニングされたMMFFに劣ります。
力場・バックエンドの選択は Settings > 3D Optimization Settings（Optimize 3D ボタンおよび Ctrl+L のデフォルトを設定）と、3D Edit > Constrained Optimization...（実行ごとの「Force Field」ドロップダウン。デフォルトは Settings の値）の 2 箇所で行えます。Optimize 3D ボタンを右クリックすると、デフォルト設定を変更せずに別の手法で一度だけ実行できます。詳細はユーザーマニュアルの 3D 構造の最適化 を参照してください。
| バックエンド | 利用できる力場 |
|---|---|
| RDKit（常に利用可能） | MMFF94s（デフォルト）、MMFF94、UFF |
| Open Babel（任意の依存関係） | MMFF94s、MMFF94、UFF、GAFF（General Amber Force Field）、Ghemical |
| プラグイン | インストールされたプラグインが独自の最適化手法を提供する場合、上記2つのメニューで組み込みの力場と並んで表示されます。 |
Linux での注意:
moleditpy-linuxパッケージは Open Babel を無効化した状態で配布されているため（Installation for Linux 参照）、Linux では RDKit の力場（MMFF94s/MMFF94/UFF）とプラグイン提供の最適化手法のみが利用可能です。GAFF と Ghemical は Open Babel が必要なため表示されません。
MMFF94/MMFF94s のパラメータが対応していない元素（多くの遷移金属など）を分子が含んでいてセットアップに失敗した場合、MoleditPy はクラッシュせずに自動的に UFF へフォールバックします。そのような分子を継続して扱う場合は、最初から UFF を選んでおくのがよいでしょう。
- User Manual — 3D 構造最適化の文脈での説明
- Tips for 3D editing
- Tips for 2D to 3D conversion
- Installation for Linux — Linux で GAFF/Ghemical が使えない理由