计算苯甲酸的pKa误差好大【已解决】

Aridea · 发表于 Post on 2023-7-20 23:52:00

【已解决，是数据处理的excel 里有两个求差公式复制过程中丢失，复制成固定数值导致的】
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各位老师大佬们好，我用热力学循环计算一个连接在苯甲酸上羧基的pka，算出来为-1.4，文献里都是说在~4.7的啊，这解离系数差了好多个量级了。

整个计算过程是按照社长甲酸的计算文件套用的：1.先用CBS-QB3 在gas下opt得到解离前后结构和Free energy，2.然后算结构在M052X/6-31G*级别下gas和SMD中SP，3.解离前后自由能加溶解能的总差为自由能变，乘0.733得到pka。

我试算的甲酸和社长一样的结果，与实验值接近，但是这个羧基怎么算出来误差这么大啊

附件是我的计算文件和excel，请各位老师和大佬们指点一下，谢谢~

wzkchem5 · 发表于 Post on 2023-7-21 04:48:27

羧基构象错了，R-COOH里H一般和R成反式而非顺式

Aridea · 发表于 Post on 2023-7-21 11:27:49

wzkchem5 发表于 2023-7-21 04:48
羧基构象错了，R-COOH里H一般和R成反式而非顺式

确实这里H挪上去改善很多，新算出来pKa为2.78，距离4.6还差一大截。我有试着加几个显示水，反而更低了到-9了，不知您是否有其他建议呢

wzkchem5 · 发表于 Post on 2023-7-21 16:44:11

Aridea 发表于 2023-7-21 04:27
确实这里H挪上去改善很多，新算出来pKa为2.78，距离4.6还差一大截。我有试着加几个显示水，反而更低了到- ...

应该是显式水没加对，加显式水虽然未必会让结果改善，但是不至于让结果变差这么多。检查一下是不是没有做构型搜索
另外SMD模型的平均误差本来就有1kcal/mol量级，差不多对应0.7个pKa单位左右。如果碰上SMD误差大于平均误差的情形，pKa误差大到2也不是不可能

agent99 · 发表于 Post on 2023-7-22 00:38:51

Aridea 发表于 2023-7-20 21:27
确实这里H挪上去改善很多，新算出来pKa为2.78，距离4.6还差一大截。我有试着加几个显示水，反而更低了到- ...

这种计算对显式水的数量和结构很敏感。我做过类似的计算，pKa随显式水数量变化很大。不过我当时没有做系统的构象搜索，结构都是按照化学直觉摆的，做了构象搜索应该会好一些

鬼隐 · 发表于 Post on 2023-7-25 10:54:57

agent99 发表于 2023-7-22 00:38
这种计算对显式水的数量和结构很敏感。我做过类似的计算，pKa随显式水数量变化很大。不过我当时没有做系 ...

我觉得可以先用amber/gmx 跑一个加满水的盒子，跑平衡之后扣几层溶剂出来作为cluster来算这样就比手动放显式水合理得多。

and 小分子直接走sobtop

Aridea · 发表于 Post on 2023-7-28 12:15:23

wzkchem5 发表于 2023-7-21 16:44
应该是显式水没加对，加显式水虽然未必会让结果改善，但是不至于让结果变差这么多。检查一下是不是没有做 ...

老师，我加显示水是用genmer 生成的500个在官能团附近的1-3个水分子，xtb opt，取前15个构象再g16 加D3 opt的得到的最低能结构，按理说很合理了，结果水分子加1到3个，加的越多，pKa越离谱到-3，-9，不知为啥。我试了苯酚的加三水分子pKa=10非常合理，就很奇怪

Aridea · 发表于 Post on 2023-7-28 12:16:16

agent99 发表于 2023-7-22 00:38
这种计算对显式水的数量和结构很敏感。我做过类似的计算，pKa随显式水数量变化很大。不过我当时没有做系 ...

是这样的，和有时候和水分子数量关系也很大不知为啥

Aridea · 发表于 Post on 2023-7-28 12:18:23

鬼隐发表于 2023-7-25 10:54
我觉得可以先用amber/gmx 跑一个加满水的盒子，跑平衡之后扣几层溶剂出来作为cluster来算这样就比手动放 ...

pKa应该没法加几层溶剂算，CBS-QB3 opt freq算不动的

wzkchem5 · 发表于 Post on 2023-7-28 15:58:57

Aridea 发表于 2023-7-28 05:15
老师，我加显示水是用genmer 生成的500个在官能团附近的1-3个水分子，xtb opt，取前15个构象再g16 加D3 ...

你的苯甲酸、苯甲酸负离子、H3O+各加了多少个显式水？

Aridea · 发表于 Post on 2023-7-29 13:42:09

wzkchem5 发表于 2023-7-28 15:58
你的苯甲酸、苯甲酸负离子、H3O+各加了多少个显式水？

苯甲酸和苯甲酸负离子各加三个水分子，H3O+按照社长之前无显示水的流程没单独算也没加水分子直接用的H+溶解自由能标准数据，

wzkchem5 · 发表于 Post on 2023-7-29 16:23:44

Aridea 发表于 2023-7-29 06:42
苯甲酸和苯甲酸负离子各加三个水分子，H3O+按照社长之前无显示水的流程没单独算也没加水分子直接用的H ...

会不会和CBS-QB3结构优化默认不加色散校正有关？因为是用不加色散校正的B3LYP优化的结构，所以会严重高估水分子和苯甲酸的距离，但不会严重高估水分子和苯甲酸负离子的距离（因为静电作用很强），导致算出来的水合苯甲酸能量很高

Aridea · 发表于 Post on 2023-7-29 21:37:05

wzkchem5 发表于 2023-7-29 16:23
会不会和CBS-QB3结构优化默认不加色散校正有关？因为是用不加色散校正的B3LYP优化的结构，所以会严重高估 ...

考虑到您说的CBS-QB3 算氢键体系opt不考虑色散不合理，我试着用b3lyp/6-311++G(d,p) 加D3 opt+freq, 配合DLPNO-CCSD(T)单点算ΔG，最后pKa也是只比CBS-QB3改善少许。两个显示水算的苯甲酸pKa -5.8 和实验值4.7相去甚远，很奇怪

Aridea · 发表于 Post on 2023-7-30 12:45:43

请教社长大大@sobereva

zjxitcc · 发表于 Post on 2023-7-30 12:56:33

早就有现成的计算教程《pKa的计算方法》，照着学一遍即可。

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[Gaussian/gview] 计算苯甲酸的pKa误差好大【已解决】

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