Macで結晶構造解析
分子の構造を知るもっとも直接的な手法の一つがX線結晶構造解析です。今や結晶構造解析は、データ解析だけなら個々人のPCで（非商用なら）無料でできるようになりました。さまざまな解析ソフトウェアがありますが、中でも最近急速に人気を伸ばしつつあるのが Olex2 です。フリーウェアであり、かつ美しい画面の Olex2 は、ありがたいことにMac版もあります。ここでは、Mac版 Olex2のインストール方法を紹介したいと思います。
Olex2の仕組み
Olex2 は SHELX と PLATON と組み合わせて使います。ざっくり言えば、Olex2 上で解析作業しますが、実際にその裏で結晶構造解析するのが SHELX、その細々したお手伝いをするのが PLATON です。
あらかじめ入れておくもの
Homebrew, XQuartz, iTerm2 (通常のターミナルでも可), zsh (なくても可) はインストールしておいてください。
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SHELXのインストール
shelx は The SHELX homepage からダウンロードします。まず、Registration をおこなうと、ダウンロードに必要なパスワードが送られてきます。
Downloadページから、送られてきたパスワードを使って、macフォルダの中のshelxlと拡張子.bz2のファイルを一式ダウンロードします。低分子の解析をする人はとりあえず、shelxt.bz2, shelxl, ciftab.bz2 は必ずダウンロードしてください。これらをMacのダウンロード フォルダ (Downloads) の中に作ったフォルダ (ここでは temp フォルダとします) にダウンロードします。
次に iTerm2 を開いて、temp フォルダに移動して、bz2 ファイルを解凍します。
$ cd ~/Downloads/temp #tempフォルダへ移動
$ bunzip2 *.bz2 #bz2ファイルを全て解凍次に解凍してできたプログラムに全てのユーザーの実行権限を付与します。
$ chmod ugo+x shelxt #shelxtに全てのユーザーの実行権限を付与
$ chmod ugo+x shelxl
$ chmod ugo+x ciftab
$ chmod ugo+x <その他の解凍したファイル>これらの解凍したファイルは全て /usr/local/bin へ移動します。
※M1 Macの場合、/usr/local/bin フォルダがないかもしれません。その時は /usr/local/bin を作成します。下記コマンドを入力するとログインパスワードが要求されるので、パスワードを入力して下さい。
$ sudo mkdir /usr/local/bin #M1 Macの場合はフォルダを作るところから。パスワードが要求されるので、それを入力$ mv shelx* /usr/local/bin/
$ mv ciftab /usr/local/bin/
$ mv <その他の解凍したファイル> /usr/local/bin M1 Macでは/usr/local/binのパーミッションの関係でmvコマンドが弾かれると思います。その時は頭にsudoをつけて下さい。
$ sudo mv shelx* /usr/local/bin/
$ sudo mv ciftab /usr/local/bin/
$ sudo mv <その他の解凍したファイル> /usr/local/binファイルの移動ができたらiTerm2を再起動して which コマンドでパスが通っていることを確認します。下記のように出力されれば成功です。
$ which shelxl
/usr/local/bin/shexlPLATONのインストール
PLATONのインストールの前準備
PLATON をインストールするには gfortran が必要です。iTerm2 で gfortran コマンドが使えるかを確認します。
$ which gfortran
/usr/local/bin/gfortran
あるいは /opt/homebrew/bin/gfortran #M1 Macの場合/usr/local/bin/gfortran (M1 Macでは /opt/homebrew/bin/gfortran) とでればインストールされています。
gfortran not found と表示されるときは gfortran が入っていないので、Homebrewからインストールします。gfortran は gcc に組み込まれているので、gccをインストールします。
$ brew install gcc #gfortranがないと言われたらgccをインストールPLATONのインストール
platonのサイトにあるマニュアル (pdf) に沿ってやります。一部改変してます。
platonのダウンロードサイトから platon.tar.gz をダウンロードフォルダ (~/Downloads) にダウンロードします。これを解凍してコンパイル (実行可能形式に変換) します。(2020年12月23日 リンクが変わっていたので修正)
$ cd ~/Downloads #ダウンロードフォルダに移動
$ tar zxvf platon.tar.gz #ファイルを解凍
$ cd platon #解凍してできたplatonフォルダに移動
$ gunzip *.gz #フォルダ内のgzファイルを全て解凍
$ gfortran -o platon platon.f xdrvr.c -L/opt/X11/lib -lX11 -I/opt/X11/include #platonファイルをコンパイルして作成。gfortranコマンドは少し時間がかかります。
Mojave では stdio.h がないとエラーメッセージがでることがあります。そのときは、下記コマンドをうちこんで、開いたフォルダのmacOS_SDK_headers_for_macOS_10.14.pkg を実行してください。その後、再度上記 gfortran コマンドを実行します。
参考：macOS Mojave にアップデートしたら stdio.h がないって言われた (Qiita)
$ open /Library/Developer/CommandLineTools/Packages/もしエラーが出るなら。下記のように、gfortran の前に sudoを入れます。このときは、パスワードを要求されるはずなので、入力してください。
$ sudo gfortran -o platon platon.f xdrvr.c -L/opt/X11/lib -lX11 -I/opt/X11/include
＊Catalina では下記コマンドでインストールできるそうです（2020年8月4日 追記。名古屋大学 山下誠先生に教えていただきました。ありがとうございます。）
$ gfortran -o platon platon.f xdrvr.c -I/opt/X11/include -L/opt/X11/lib -lX11 --sysroot=/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX10.15.sdk＊Big Sur (IntelMac) では下記コマンドでインストールできます。”11.1.sdk”の数字の部分はOSのバージョンによって変わってくる可能性があります。”MacOSX11″まで打ち込んで、Tabキーをおせば、後の部分が補完されます（2021年2月3日 追記）。
＊Big Sur (M1 Mac) でも同様に下記コマンドでインストールできるそうです。その際、”Class AMSupportURLConnectionDelegate is implemented in both ?? ~”といったエラーが出ることがありますが、これは platon が動けば気にする必要はないようです（2021年4月7日 追記。東京大学 齋藤杏実先生に教えていただきました。ありがとうございます。）
$ gfortran -o platon platon.f xdrvr.c -I/opt/X11/include -L/opt/X11/lib -lX11 --sysroot=/Library/Developer/CommandLineTools/SDKs/MacOSX11.1.sdkコンパイルがうまくいくと、platon というファイルができるので、このファイルと check.def を下記コマンドで、/usr/local/binの中にコピーします。M1 Macの人は頭に sudo をつけてコマンド入力して下さい。
$ cp platon /usr/local/bin/. #ファイルplatonを/usr/local/bin/にコピー。最後のピリオドを忘れずにとのことです。
$ cp check.def /usr/local/bin/.
$ chmod -R 755 /usr/local/bin/platon #ファイルplatonのパーミッションを変更して実行可能に
$ chmod -R 755 /usr/local/bin/check.def #ファイルcheck.defのパーミッションを変更して実行可能にPLATONの設定
check.def の場所を環境変数CHECKDEFで設定します 。cifファイルのVALIDATIONで使うファイルです。この設定、しなくても良いという説もありますが、いちおうやっておきます。面倒くさい人はすっとばしてください。たぶん、問題ありません。XQuartz のシェルに対して設定します。シェルは特に変更していなければ、bash (Catalina以降は zsh) のはずなので、.bashrc (Catalina以降は .zshrc) に設定します。最近のMacはbash設定ファイル、.bashrc, .bash_profile がそもそもないので、これを作るところから始めます(Catalina以降は .bashrc, .bash_profile の作成は必要ありません)。
$ cd #ホームフォルダに移動
$ touch .bash_profile #.bash_profileを作成。Catalina以降は不要
$ touch .bashrc #.bashrcを作成。Catalina以降は不要下記内容を .bash_profile に書き込む (Catalina以降は不要)。
※頭が”.“(ピリオド)から始まるファイルは隠しファイルになっていて、通常のFinderからは見えません。VSCodeやvim等のエディタから開くのが簡単です。
if [ -f ~/.bashrc ] ; then
. ~/.bashrc
fi下記内容を .bashrc に書き込む。(Catalina以降は .zshrc に書き込みます)
export CHECKDEF='/usr/local/bin/check.def'Olex2 のインストール
Olex2のユーザー登録とインストール
Olex2のウェブサイト OlexSys から一番新しい Olex2 をダウンロードし、インストールします。以前はユーザー登録が必要でしたが、不要になったようです。
Olex2の設定
SHELX と PLATON のパスを指定する必要があります。Olex2 を起動して、Home の中の Settings をクリックして展開し、表示された PATH: に /usr/local/bin と入力します。
その後、再起動します。パスを上手く認識していると、アイコン欄に PTON ボタンが表示されます。これをクリックすると PLATON が起動します。また、SHELX が認識され、Solve で SHELXT が、最小二乗法 (LS) で SHELXL が選べるようになります。
補足
※Olex2 の動作が重たいとき (2020年8月4日 追記)
Olex2 の動作が重たいときは、[Tools]-[Settings]-[Lines of Text]で表示する行数を減らしてみて下さい。表示する行数を減らせば減らすほど劇的に動作が軽くなります。
※PLATON が起動しないとき (2020年8月11日 追記)
まずコマンドラインからwhichコマンドで platon へのパスが通っていることを確認します。
$ which platon # platonへのパスが通っていることを確認する
/usr/local/bin/platon #こう表示されればOK。もし “platon not found” と表示されたら platon が/usr/local/binにコピーできていないか、実行権限が付与されていません（パーミッションの設定に失敗しています）。
無事に platon へのパスが通っていることが確認できたら、次にコマンドラインで platon を実行してみます。
$ platonplaton が起動すれば問題ありません。エラーが出て platon が起動しないときは platon を再度インストールし直す必要があります。
※Olex2 の使い方について
Olex2 の使い方は東京大学の強力Ｘ線実験室や、琉球大学研究基盤センターのページが詳しいです。
ShelXleのインストール
（2020.08.11追記）構造精密化に特化したソフトウェア ShelXle のインストール方法を別記事にまとめました。
ShelXleとは ShelXle は SHELX (特にSHELXL) を扱うためのグラフィカルなインターフェースを提供するソフトウェアです。最小二乗法による構造精密化に威力を発揮します。Mac版もあります。アカデミック用途は無料で使え[…]
