去质子化-OH的RESP电荷计算问题

wudiazhu

各位老师好，想请教一下关于去质子化-OH的RESP电荷计算问题。
我有一个分子有8个-OH（下图1），将60个该分子放到盒子中形成聚合物，动力学模拟其吸铅离子（Pb2+）的过程（用了RESP电荷），我预期Pb2+至少能和苯环、吡咯有相互作用，但发现并不会有吸附效果（下图2，隐去了水），原因可能是Pb2+与水分子的作用比Pb2+与分子的作用更强。

后来，我让8个-OH全部去质子化成-O负离子，这样单个分子带8个负电荷，将总电荷设为-8做几何优化得到波函数并在Multiwfn中计算得到RESP电荷，后取60个这样的分子形成聚合物跑动力学，发现Pb2+能呆在聚合物附近了，但我的分子并不能聚集在一起（下图3，隐去了水）。我认为是因为我将单个分子设为-8个电荷，-8个电荷分配到了整个分子上，使得分子与分子间的静电斥力太强。

我在想这样计算RESP电荷的方法：取全部去质子化后的结构，电荷设为0，几何优化完成后，手动将8个 O 计算得到的RESP电荷减 1。

我还没尝试这样的做法，感觉分子构型会有很大改变（毕竟程序此时认为是羰基而不是氧负离子），总感觉这样的做法不大合理，但至少解决了“负电荷不会弥散在整个分子上而导致分子与分子间静电斥力太强“的问题，各位老师有什么意见吗。谢谢！

另：我的分子采用GAFF力场，Pb采用UFF力场可行吗？因为Pb2+在这里都是游离的离子，有效信息只有+2的电荷量和207的分子质量，不涉及各种成键项什么的，感觉混用力场也没有太大问题。

谢谢各位老师！

sobereva

在证明力场的合理性之前，不宜盲目跑MD

应该先论证当前的力场到底能不能合理描述铅离子与水作用、与你的那个分子的羟基作用
铅离子在水中的理论研究文章不少，比如随便一搜就能找到https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ic800750g。你先得看看当前力场描述得如何。铅离子和羟基氧可能存在显著的共价作用，原理上就不容易靠原子电荷+范德华相互作用描述得比较理想。不论证力场合理性的话，就算结果是想要的，也可能糟审稿人质疑。

wudiazhu

sobereva 发表于 2022-5-18 02:02
在证明力场的合理性之前，不宜盲目跑MD

应该先论证当前的力场到底能不能合理描述铅离子与水作用、与你的 ...

感谢老师回答！
早上花了点时间看了您贴的文章，大体是关于用DFT探究铅离子在水中的配位水数目。以前我也看过类似的文章，但貌似和力场的选择无关。关于铅离子和水作用的描述，我的水分子用的是spce水模型，amber 03力场，其实有做过铅离子-水分子的径向分布函数（下图），如大多数研究一样，铅离子外的水有形成第一（3~4A）、第二配位水层（5~6A），所以我认为当前力场可以合理描述铅离子和水的作用的。至于如何论证铅离子和我的分子的羟基作用，这个我就不是很知道了，如果按照老师您说的“铅离子和羟基氧可能存在显著的共价作用”，有新的键形成，这种情况是不是必须用反应力场如ReaxFF等描述？

sobereva

wudiazhu 发表于 2022-5-18 12:05
感谢老师回答！
早上花了点时间看了您贴的文章，大体是关于用DFT探究铅离子在水中的配位水数目。以前我 ...

可以用CP2K跑AIMD，只考虑一个溶质分子和周围一批溶剂分子，和基于力场计算的情况对比，考察羟基氧附近Pd离子的情况。也可以对比DFT和力场计算的水和羟基结合时的能量之差，这对于羟基和水对Pd结合的竞争密切相关。

wudiazhu

sobereva 发表于 2022-5-18 21:56
可以用CP2K跑AIMD，只考虑一个溶质分子和周围一批溶剂分子，和基于力场计算的情况对比，考察羟基氧附近Pd ...

好的感谢老师的建议