计算化学公社

标题: 关于溶剂和不同溶质之间分子间作用力计算？ [打印本页]

作者
Author: tjuchan 时间: 2014-11-25 20:19
标题: 关于溶剂和不同溶质之间分子间作用力计算？
A、B、C（溶剂）分子，想计算C分子对哪种溶质A or B那种作用力更强？
1、目前，只是别分优化A、B、C之后再将A+C、B+C进行优化，但是我并不知道C和A、B之间是怎样相互作用的，怎么办呢？
2、因为不知道他们之间的作用机理，所以计算的时候我不太注意两分子放的位置，只是大概的将一个分子的静电势能负的部分和两外一个分子静电势能正的部分凑在一块？

虽然没太多少时间的学习计算化学，但是还是对我这个问题比较感兴趣，所以想咨询一下大家。之前有看过<Multiwfn支持的弱相互作用的分析方法概览>所以才觉得通过计算可以得到我想要的东西。
希望大家帮忙解答，不同详尽，哪怕是给个链接。同时各种意见（包括提问的方式，问题的水准）我都接受。谢谢大家！！

作者
Author: sobereva 时间: 2014-11-25 20:50
可以随便摆一些朝向，然后都优化，看看哪种结合方式能量最低。
更严格的，是跑分子动力学，然后从中每隔一段时间取一个结构，优化，找出能量最低的结合模式。这一点我之后会专门写个帖子介绍具体怎么做。
如果分子的静电分布特征比较鲜明，就按你说的以静电互补程度最高的方式放一起，这样优化出能量最低构型的可能性较大。

作者
Author: wugaxp 时间: 2014-11-25 21:02
还可以用Thermodynamic Integration去计算，这样能把熵考虑进去。单纯的结构优化没办法把这一部分考虑进去，对于小分子会有误差。

作者
Author: teller3531 时间: 2014-11-26 09:07
这个Thermodynamic Integration用什么能算，怎么算求指教，能不能给个文献看看

作者
Author: sobereva 时间: 2014-11-26 09:30

teller3531 发表于 2014-11-26 09:07
这个Thermodynamic Integration用什么能算，怎么算求指教，能不能给个文献看看

gmx、NAMD、amber等都可以做TI，属于分子动力学范畴。gmx的TI例子可参考http://www.bevanlab.biochem.vt.edu/Pages/Personal/justin/gmx-tutorials/free_energy/index.html。

TI对于你的问题是用来算溶剂化自由能的，相对于量化这样“静态”的研究，这种基于动力学研究的好处是可以把温度的影响、溶剂的集体效应、分子的实际运动，包括熵在内等量化研究无法全面考虑的全都考虑进去，但应当先确认你是否真正感兴趣的是这一点。这只是得到个溶剂化自由能，并不能得到具体结合模式，也没法探究到底溶质和溶剂间是怎么作用的，这必须用量化来研究，包括如我帖子里所述用Multiwfn来进行各种分析，通常研究的就是能量最低的或最低的几个结合构型。

而且，做TI需要构建你考察的小分子的力场参数，如果构建得不合理，那么模拟结果是很糟糕的，这需要一定经验。而且跑动力学比起直接用量化研究步骤上麻烦得多，TI需要在不同lambda参数下做很多次模拟，颇耗时，模拟时间短了或者TI数值积分步数少了则可能产生很大误差。尤其是如果你的分子不算太小的话，用TI得到准确可靠结果是非常困难的。还要注意分子力场对分子间势函数的描述也显然没量化准确，如果涉及到诸如sigma-hole等等原子电荷几乎描述完全失败的情况（见此贴http://bbs.keinsci.com/forum.php?mod=viewthread&tid=200），那么TI根本没用。

对于你的研究目的，我不建议做TI。

顺带一提，实际环境中由于热运动，而且分子是大量的而不是量化研究中那样通常只考虑一对儿分子，溶剂-溶质间作用特征可能和量化研究的结论有一定甚至不少偏差。比如量化研究中发现能量最低构型中某处有个氢键，但实际做模拟的话，可能会发现那个氢键几乎不出现或出现几率很低（这类分析可以用动力学程序自带的工具或自写VMD脚本来对轨迹中粒子分布进行统计获得）。因此不少文章把分子动力学和量化研究相互结合以获得对分子间相互作用更全面的视角。

作者
Author: tjuchan 时间: 2014-11-26 10:06

sobereva 发表于 2014-11-25 20:50
可以随便摆一些朝向，然后都优化，看看哪种结合方式能量最低。
更严格的，是跑分子动力学，然后从中每隔一 ...

我想考虑A+B在没溶剂和由溶剂的情况下的相互作用差别，是不是再优化的时候只要选定特定溶剂（gaussian）就可以？

作者
Author: sobereva 时间: 2014-11-26 10:15
不好一概而论。量化程序里用的PCM等隐式溶剂模型，只是把溶剂简单当成连续介质，没有考虑溶剂结构，而且如果溶剂与溶质间存在相对明显的相互作用，比如水溶剂和溶质分子存在明显氢键，甚至形成例如水桥明显影响溶质结构，那么隐式溶剂模型就不很合理了，需要用混合溶剂模型，即量化计算中在A+B附近加入一些水分子，并且同时用PCM模型表现更外围的溶剂效应。

作者
Author: wugaxp 时间: 2014-11-26 21:22
我持不同意见。具体的方法最好提问者能仔细对比过之后再自己下结论。
这里的问题是，具体系统是什么？如果其中有大分子，其实量化不一定能给出有限温下（甚至零温）正确的基态，遑论正确的互作用。对于势能面复杂的系统，熵的贡献其实影响很大的。不应迷信高精度量化的能力。
分子动力学确实是有问题，例如sob提到的势场的问题。但是对于溶解过程，主要的还是非键互作用。在选择合适的成熟的力场，或者进一步拟合量化的电荷和结构之后，分子动力学说不定能给出更多信息。分子动力学也并不完全是和量化分开的，你甚至可以从分子动力学得到最优结构，用量化去进一步分析。
另外TI的技巧性比较强，耗时么……与系统有关。从这一点上讲我同意sob的讲法，量化方法能简单直接地入手。但这不代表这是最佳方法。
关键的还是看你关注的是什么，想做到多精细的程度，是否要和实验比对。

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