【11.21讲座】小分子的构象搜索与构型搜索

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直播标题
王子宽（山东大学光学高等研究中心）：小分子的构象搜索与构型搜索【泮池-池畔·前沿科学论坛】

开始时间
2025-11-21 15:00

主办方
上海大学


摘要：
量子化学计算，往往始于绘制初始分子结构。但随着计算化学的发展，越来越多的科研工作者意识到，随手绘制（或从晶体结构中获取）的初始结构可能并不对应分子的最稳定构象，或分子聚集体的最稳定构型，因此只绘制待研究体系的一个构象/构型、随即进行结构优化的方式往往是不可取的。严格的做法应当是穷尽体系的所有低能量构象/构型，分别计算，再取其中能量/自由能较低的一个或数个构象/构型进行后续计算。这一过程称为构象（构型）搜索。
本报告将介绍构象（构型）搜索的基本原理，并以ABCluster、Molclus、ORCA的GOAT模块/DOCKER模块等程序为例，介绍构象（构型）搜索的若干可能的工作流。特别地，本报告还将介绍当构象（构型）搜索所用理论级别（如GFN2-xTB）不可靠时，如何重新拟合理论方法的经验参数，改善构象（构型）搜索的精度。
报告人简介：
王子宽，2018年于北京大学获博士学位，随后先后于北京大学、山东大学、马克斯-普朗克煤炭研究所从事博后/访问学者研究，现为山东大学光学高等研究中心研究员。主要研究兴趣为面向大体系光化学反应的电子结构方法开发与应用。迄今在Acc. Chem. Res., Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., J. Chem. Theory Comput., J. Chem. Phys.等期刊上发表论文45篇，为国际知名量化软件ORCA、BDF贡献代码数万行。


直播链接：https://www.koushare.com/live/details/48291

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像前三次讲座http://bbs.keinsci.com/thread-55262-1-1.html那样，现在本讲座也有视频及引文了：

王子宽. Conformational and Configurational search[OL]. 2025-11-21 15:00. 线上. https://www.koushare.com/video/details/192997

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趁此机会顺便闲聊几点：

1. 或许由于话题关注孤立分子体系而不是周期性晶体，之前的热门软件USPEX和CALYPSO没咋提。从分子结构出发预测特定温压下非共价结合的单晶或共晶的结构是非常常见的需求，做经典分子力场的MD模拟结晶是一个办法，但是我也比较好奇从孤立二聚体、三聚体的团簇构型搜索（或许再结合如ASE的遗传算法之类）外推寻找周期性重复排列有没有可行性。
2. 很多既往文献搜索涉及过渡金属的原子团簇时关心不同结构与磁矩的能量排序，而对静态相关强弱不甚注意（例如我在这里提到的反面教材）。多参考特征明显，单行列式、非有限温度smearing、无人工特制初猜的DFT方法难以收敛或定量不准时，以能量作为团簇排序/去重的依据感觉会比较麻烦，特别是早期候选结构极多，一个个都用高级别算非常费时。我不知道重新微调半经验/3c组合方法的手段能弥补多少。
3. 说到团簇构型搜索的问题之一“只有元素组成来构建初始结构时，仍然需要依靠化学知识和设计目标”，倒是让我想起今年早些时候Grimme组的一个工作（预印本chemrxiv-2025-rdsd0-v2，正式版J. Chem. Inf. Model. 2025, 65, 18, 9576–9587），研究的是脱离实际、无需直觉的mindless molecules的随机生成与计算。化学空间的大量局部极小点有多少能在现实的时空尺度中遍历到是个很有趣的问题。