求助通过分子动力学计算活化能

Frank

各位老师好，


目前我在计算一个复杂溶剂环境中反应的活化能，因为不能用隐溶剂模型描述，所以只能做分子模拟，但是对活化能的计算有点疑问，请教大家。


我目前的方法是对反应物和过渡态分别做一次MD，经过能量最小化，平衡，production run之后得到两条trajectory，然后对每条trajectory选择100个snapshots，然后用ONIOM（DFT：PM7）计算每一个snapshot的能量，然后取平均得到反应物和过渡态的能量，然后相减得到活化能。我这么做是因为看过QM/MM计算垂直激发能有这么做的，选择100个snapshot，对每一个做TDDFT，然后平均得到最后的垂直激发能。但是看了一些paper后不确定自己这么做是否合理。从文献中看到如下几种方法：


1. 对反应物和过渡态分别做MD，对两条trajectory分别做clustering得到最具代表性的snapshot，然后用该snapshot算能量和活化能；
2. 通过Free energy perturbation （FEP） 或者umbella sampling结合WHAM的方法取样计算自由能和活化能。个人理解FEP的方法是从反应物一步步变到过渡态和产物，所以过渡态的周围环境要比对过渡态直接做MD得到的环境更合理(?).


文献中还有其他的方法，但是文献看的越多越感觉每个人用的方法不同。所以我的问题是目前explicit solvent molecule中用什么方法计算反应能垒比较合适？


多谢！

sobereva

原理上来说，诸如J. Phys. Chem. A, 122, 1392 (2018)这种文章跑AIMD获得PMF来考察实际动态环境的自由能垒是最为严格的，但耗时极高。

我不知道你之前具体是怎么对过渡态做的MD。如果你直接用时间平均方式算得动（即计算几百帧的能量），那就没必要做归簇。如果你是把过渡态区域结构做了冻结，这样没法像直接跑AIMD那样在结构层面体现显式溶剂对过渡态的影响。

求助帖只要在标题里语义上体现“求助”即可，不要自行写上【求助】这样的标签。看http://bbs.keinsci.com/thread-9348-1-1.html。我已修改了帖子标题。

Frank

sobereva 发表于 2020-2-27 19:08
原理上来说，诸如J. Phys. Chem. A, 122, 1392 (2018)这种文章跑AIMD获得PMF来考察实际动态环境的自由能垒 ...

谢谢社长，我是固定过渡态结构不动，只对溶剂做MD，溶质结构用的近似介电常数下隐溶剂模型中优化得到的结构。但是我不太明白free energy perturbation （FEP）或者伞形取样结合WHAM来做的优势是什么，是得到的过渡态的溶剂环境比直接对过渡态做MD得到的溶剂环境更合理吗？

另外，是否可以认为原则上这几种方法的准确度从高到低依次为：
1. AIMD结合FEP或者伞形取样+WHAM
2. QM/MM-MD结合FEP或者伞形取样+WHAM
3. 只对反应物和过渡态做MD，然后取几百个snapshots计算平均能量或者用归蔟的方法计算代表性snapshot的能量

多谢！

sobereva

Frank 发表于 2020-2-28 05:32
谢谢社长，我是固定过渡态结构不动，只对溶剂做MD，溶质结构用的近似介电常数下隐溶剂模型中优化得到的结 ...

是的

原理上是这样，但也看具体计算级别，而且也有可能由于一些具体实现时候的数值层面的因素、误差抵消等情况导致顺序反过来