计算化学公社

标题: 计算有机大环和小分子结合自由能的流程求助 [打印本页]

作者
Author: 1739140886 时间: 2025-11-10 11:22
标题: 计算有机大环和小分子结合自由能的流程求助
各位老师好，我想计算同一有机大环分子（称为A，约100原子）和一批小分子（称为B，约10~50原子，部分带有N+结构）的结合自由能大小，考虑水溶剂，其中假定复合物结构AB构型合理。
通过浏览以往的相关帖子得知，该计算需要：在低级别进行opt+freq计算，在高级别计算单点，结合Shermo程序导出结合自由能，因此我想在实施计算之前请教一下计算流程的合理性（因为有100个结构需要计算）：
（1）使用B3LYP-D3(BJ) + 6-31G**分别对已有的AB结构、单独的A和单独的B进行opt+freq计算，
（2）使用B2PLYP-D3(BJ) + def2-TZVP结合scrf=solvent=water对优化后的AB、A和B结构进行单点计算，
（3）结合Shermo程序导出AB、A和B的自由能，通过ΔG=G(A-B)-G(A)-G(B)得到每个体系的结合自由能。
问题：1.该流程、泛函和基组的选择是否合理（base gaussian09做计算）；是否有性价比更高的泛函基组选择？2.在做opt+freq时，是否也需要考虑水溶剂？
感谢解答！

作者
Author: sobereva 时间: 2025-11-11 01:11
1 这样大小的体系在Gaussian里双杂化泛函B2PLYP-D3(BJ)根本算不动。建议用B3LYP-D3(BJ)或M06-2X算单点
2 最好带着

作者
Author: 1739140886 时间: 2025-11-11 09:37

sobereva 发表于 2025-11-11 01:11
1 这样大小的体系在Gaussian里双杂化泛函B2PLYP-D3(BJ)根本算不动。建议用B3LYP-D3(BJ)或M06-2X算单点
2 ...

感谢社长，我去尝试一下！

作者
Author: 1739140886 时间: 2025-11-12 13:07

sobereva 发表于 2025-11-11 01:11
1 这样大小的体系在Gaussian里双杂化泛函B2PLYP-D3(BJ)根本算不动。建议用B3LYP-D3(BJ)或M06-2X算单点
2 ...

社长，我又参考了《谈谈隐式溶剂模型下溶解自由能和体系自由能的计算》帖子下的示例和Shermo的手册内容，我把计算流程整理到了图片的表格中，不知道是否存在理解偏差：
1.对AB、复合物中的A和复合物中的B（单独拆出来）在水溶剂下进行opt+freq，得到的优化后结构AB', A'和B'是后续计算结合自由能的基础（疑问1：是否仅需优化AB，而将AB'中的A和B单独进行freq无需opt）；
2.在真空中对三个优化后结构进行高精度单点，结合Shermo将得到各结构气相下的自由能数值G（疑问2：是否需要考虑BSSE的问题）；
3.分别求取每个体系的溶解自由能与上述的G相加即得A、B、AB的溶剂下自由能（最后累加1.89kcal/mol代表标况下1atm→1M自由能变）；
4.最后我想要得到的“结合自由能”即为∆G = G(AB) - G(A) -G(B)

作者
Author: sobereva 时间: 2025-11-13 01:58

1739140886 发表于 2025-11-12 13:07
社长，我又参考了《谈谈隐式溶剂模型下溶解自由能和体系自由能的计算》帖子下的示例和Shermo的手册内容， ...

1 A、B需要单独优化
2 如果想考虑BSSE问题，AB计算单点时用counterpoise，取其中BSSE校正后的复合物能量
其它没什么问题

作者
Author: 1739140886 时间: 2025-11-14 10:31

sobereva 发表于 2025-11-13 01:58
1 A、B需要单独优化
2 如果想考虑BSSE问题，AB计算单点时用counterpoise，取其中BSSE校正后的复合物能量 ...

感谢sob老师回复，我在opt+freq测试时将基组降到了6-31G*（发现6-31G**和6-311G**耗时会较长），但是发现很多复合物AB的优化无法收敛。查阅文献时发现AB在优化时考虑和不考虑隐式溶剂对最终优化出的结构影响不大，请问我在第一步opt+freq计算时是否可以在真空进行，这是否会影响我要计算的自由能数值？

作者
Author: 1739140886 时间: 2025-11-14 21:08

sobereva 发表于 2025-11-13 01:58
1 A、B需要单独优化
2 如果想考虑BSSE问题，AB计算单点时用counterpoise，取其中BSSE校正后的复合物能量 ...

Sob老师，还想请教一个问题。我这里的大环是CB7（理论上结构具有一定对称性，可见示例图），结合的小分子示例如图所示。
我发现复合物结构（AB）和小分子（B）的freq+opt通常顺利结束，但是对于单独的主体（A）进行opt+freq计算，多数会出现震荡、最终几何优化失败的情况，我也尝试了帖子《量子化学计算中帮助几何优化收敛的常用方法》中的内容，例如改变关键词使用“opt=GDIIS”、采用上次优化中的低能量结构重新计算等，但还会遇到此类问题（其中一个的com文件也上传到了附件）。
想请教您对于该结构的freq+opt计算，是否有针对性的加速几何优化的方案？非常感谢老师回复！

作者
Author: sobereva 时间: 2025-11-15 05:31

1739140886 发表于 2025-11-14 21:08
Sob老师，还想请教一个问题。我这里的大环是CB7（理论上结构具有一定对称性，可见示例图），结合的小分子 ...

先做对称化，还不行再加上recalc=5。都是博文里提到的。绝对没有博文里没提到的能奏效的做法

作者
Author: 1739140886 时间: 2025-12-24 14:31

sobereva 发表于 2025-11-13 01:58
1 A、B需要单独优化
2 如果想考虑BSSE问题，AB计算单点时用counterpoise，取其中BSSE校正后的复合物能量 ...

还想请教Sob老师，如果想研究Pd(2+)金属笼结构结合小分子的结合自由能，能否还是依照上述流程，只对基组进行小幅修改？
如opt+freq变为B3LYP-D3(BJ)+6-31G*（主族元素）/SDD（过渡金属）；单点依旧使用B3LYP-D3(BJ)+Def2-TZVP或是Def2-TZVP(-f)。
此处未考虑加入抗衡阴离子的情况

作者
Author: sobereva 时间: 2025-12-25 05:45

1739140886 发表于 2025-12-24 14:31
还想请教Sob老师，如果想研究Pd(2+)金属笼结构结合小分子的结合自由能，能否还是依照上述流程，只对基组 ...

你写的没问题

作者
Author: 1739140886 时间: 2025-12-25 09:34

sobereva 发表于 2025-12-25 05:45
你写的没问题

感谢Sob老师！

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