结构优化计算中化学键断裂，多给正电荷能维持化学键稳定

Keys

课题组合成了如下主体大环H，使用两个“盖子”L1、L2分别与主体大环H1:1组装成“分子烧杯”用于催化反应。

目前需要从计算角度证明H与L1、H与L2确实能发生了结合。

这里我存在一个主观倾向：认为H与L的结合就应该像一个圆环和一个底座结合变成一个杯子一样的东西，这是我希望计算出的结果，同时设计L1和L2作为H的盖子（其实是底座）就是希望H支链身上的季胺和L1的磷酸、L2的羧基一对一发生静电作用，虽然这样过于理想


由于我们仅想证明H与L1、H与L2本身确实就能发生结合，故没有考虑溶剂效应，我也尝试使用（--gbsa water）考虑水溶剂环境，最后L1与H的结合会像主客体结合一样完全L1被包络在H内部，这可能是源于疏水效应，同时也不符合我上面的倾向，另外在水溶剂环境下的计算也会发生不合理的化学键断裂。


我首先用在GFN2-xTB优化了H，再拿优化后的H再在GFN2-xTB下优化HL1和HL2。

优化HL1时候发现：H带12个正电荷，L1带12个负电荷，HL1整体本应该是中性体系，但是在HL1结构优化的过程中，H的支链上季胺的C-N键会发生断裂，最后体系中会有三甲基胺，支链末端就变成了碳自由基。


我尝试固定支链上会断裂的C-N键，结果支链上的C-C键就开始断裂，最后以一种诡异的方式产生了甲烷。


这种三甲基胺的产生就很像多给了负电荷一样的错误，所以我尝试多给体系6个的正电荷，并且固定原本会发生的断裂的键进行优化，这个时候竟然没有发生化学键的异常断裂。

HL1计算相关文件如下，在job文件中可以看到每个计算任务的关键词
HL1计算相关文件.7z (53.45 KB, 下载次数 Times of downloads: 0)

2026-4-5 13:59 上传 Uploaded

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优化HL2也同样会发生上面的现象，最后多给体系3个正电荷才没有发生化学键的异常断裂。

这里我有几个问题，请各位老师解答：
1.上面多给正电荷进行结构优化的方法是否合理？
2.出现这种化学键异常断裂的原因是什么？是因为H、L1、L2这三种结构本身就不合理，还是因为GFN2-xTB计算级别太廉价？
3.请各位老师对上面计算流程进行指正，感谢

sobereva

实际环境中结构该是什么样就用什么样的结构、净电荷该是多少是多少，决不能为了凑希望的结果而任意设置净电荷。

对于可解离质子/可被质子化的位点，那样的位点在能接触水的情况下才可能变得带净电荷，并且带净电的状态才会被稳定化。因此要根据实际情况设置位点的质子化态，该用溶剂模型表现水时就至少要用隐式溶剂模型

某些情况下GFN2-xTB可能由于精度问题导致结构明显不合理，但这要先在排除其它可能的硬伤的前提下再考虑这一点，毕竟对大体系用DFT优化作为参照需要花不少时间。

并且注意VMD对成键的判断未必合理，避免因为键长稍微长一些而被VMD判断没有键就真的以为没成键
谈谈原子间是否成键的判断问题
http://sobereva.com/414（http://bbs.keinsci.com/thread-9840-1-1.html）

谈谈VMD可视化程序的连接关系的判断和设置问题
http://sobereva.com/534（http://bbs.keinsci.com/thread-16396-1-1.html）