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[综合交流] 通过boltzmann分布计算ee值的疑问

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通常计算ee值时,把R最低和S最低的过渡态构象拿出来比较和计算,但实际上R和S都还有很多其他的过渡态构象,有些构象的自由能可能仅比最低的高一点,这些稍微自由能高一点的构象不会对ee值产生影响吗?比如,0和0.3 kcal/mol是R,1.9 kcal/mol是S,则ee值为95%。而如果只考虑0和1.9kcal/mol时,则ee值为92%。应该如何理解?

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-12-26 20:43:48 | 只看该作者 Only view this author
wzkchem5 发表于 2025-12-26 19:41
熵有两个贡献,一个是分子在一个特定构象的平衡位置附近振动导致的(用freq算出来的熵),另一个是因为有 ...

明白了,非常感谢王老师的解答

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发表于 Post on 2025-12-26 19:41:05 | 只看该作者 Only view this author
typ_gauss 发表于 2025-12-26 18:11
王老师,我还有一个问题想问一下,我看SI中是先算了多个构象的综合吉布斯自由能,在来进行ee值和dr值的比 ...

熵有两个贡献,一个是分子在一个特定构象的平衡位置附近振动导致的(用freq算出来的熵),另一个是因为有很多构象存在,微观状态数增加导致的熵(构象熵)。
如果代入表格的是能量,那么两种熵都没考虑。如果代入freq算的自由能(或freq算的自由能校正加上高精度单点能),那么只考虑了前一种熵而没有考虑后一种熵。注意自由能和能量不同,有多个构象的体系的(平均)能量介于各个构象的能量之间,但有多个构象的体系的自由能比每个构象都要低,原因就是因为构象熵。不能用对能量做Boltzmann平均的方法,对自由能做Boltzmann平均
Zikuan Wang
山东大学光学高等研究中心 研究员
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ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4540-8734
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发表于 Post on 2025-12-26 19:35:40 | 只看该作者 Only view this author
typ_gauss 发表于 2025-12-26 18:06
哦哦,明白了,感谢。是指SI中Step 5. High-level single point energy calculation.那一部分,Table S10 ...

对。弱相互作用分析因为只要定性正确就行了,所以只分析了能量最低构象
Zikuan Wang
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-12-26 18:11:37 | 只看该作者 Only view this author
wzkchem5 发表于 2025-12-26 17:50
不是的,我指的就是对TS-3a-1,TS-3a-1-I,TS-3a-1-II,TS-3a-1-III做Boltzmann分布,只不过受限于篇幅, ...

王老师,我还有一个问题想问一下,我看SI中是先算了多个构象的综合吉布斯自由能,在来进行ee值和dr值的比较。这和单独把每个构象的能量输入到sob老师的表格计算玻尔兹曼分布之后,再把各种的比例加和起来比较有什么区别吗?后者没办法考虑熵的贡献吗?

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-12-26 18:06:13 | 只看该作者 Only view this author
wzkchem5 发表于 2025-12-26 17:50
不是的,我指的就是对TS-3a-1,TS-3a-1-I,TS-3a-1-II,TS-3a-1-III做Boltzmann分布,只不过受限于篇幅, ...

哦哦,明白了,感谢。是指SI中Step 5. High-level single point energy calculation.那一部分,Table S10.显示了各个结构包含了几个构象,比如TS-3a-1包含了12个低能构象,这么算确实非常严谨。那正文中的结构只是显示了最低的一个?自由能是多个构象综合考虑后的结果,弱相互作用是基于最低的那一个进行的是吧。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-12-26 17:51:04 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2025-12-26 03:21
这得看额外的构象和能量最低构象之间是什么关系,是提供了独立的反应通道还是有竞争关系

谢谢sob老师回答,比如就是同一种类型的过渡态,比如通过Molclus结合xtb做构象搜索得到的结果,再DFT精算得到一系列低能过渡态,反应核心位点都是一样的。这种算是竞争关系是吧?应该考虑额外的低能构象更合理是吗?

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发表于 Post on 2025-12-26 17:50:24 | 只看该作者 Only view this author
typ_gauss 发表于 2025-12-26 17:44
感谢王老师回复,我学习了这篇文章之后,感觉好像和我说的这个问题不一样呢?您说的玻尔兹曼分布是指的TS ...

不是的,我指的就是对TS-3a-1,TS-3a-1-I,TS-3a-1-II,TS-3a-1-III做Boltzmann分布,只不过受限于篇幅,没画TS-3a-1-I,TS-3a-1-II,TS-3a-1-III的结构而已。SI有关于Boltzmann分布计算方法的详细讨论
Zikuan Wang
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-12-26 17:44:01 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 typ_gauss 于 2025-12-26 17:45 编辑
wzkchem5 发表于 2025-12-26 10:56
“通常计算ee值时,把R最低和S最低的过渡态构象拿出来比较和计算”这个做法太糙了。正规做法都是取最低的很 ...

感谢王老师回复,我学习了这篇文章之后,感觉好像和我说的这个问题不一样呢?您说的玻尔兹曼分布是指的TS-3a-1,TS-3a-1-RRR,TS-3a-4,TS-3a-4-SRR这四个吧。但是TS-3a-1,TS-3a-1-RRR分别是产物a对映异构体的过渡态,TS-3a-4,TS-3a-4-SRR分别是产物b对映异构体的过渡态。我想说的是比如,TS-3a-1和TS-3a-1-RRR还有其他的构象也得到3a-1的手性产物,比如TS-3a-1-I,TS-3a-1-II,TS-3a-1-III以及TS-3a-1-RRR-I,TS-3a-1-RRR-II,TS-3a-1-RRR-III等等,并且他们和TS-3a-1、TS-3a-1-RRR自由能差别不是很大,比如都在0.5 kcal/mol以内,在计算ee值时,是否应该对TS-3a-1,TS-3a-1-I,TS-3a-1-II,TS-3a-1-III,TS-3a-1-RRR,TS-3a-1-RRR-I,TS-3a-1-RRR-II,TS-3a-1-RRR-III这8个过渡态做玻尔兹曼分布,再来计算ee值。还是说就取最低的,TS-3a-1和TS-3a-1-RRR来计算ee值。谢谢

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发表于 Post on 2025-12-26 10:56:24 | 只看该作者 Only view this author
“通常计算ee值时,把R最低和S最低的过渡态构象拿出来比较和计算”这个做法太糙了。正规做法都是取最低的很多个构象做Boltzmann平均的。例如https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c05709
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发表于 Post on 2025-12-26 03:21:34 | 只看该作者 Only view this author
这得看额外的构象和能量最低构象之间是什么关系,是提供了独立的反应通道还是有竞争关系
北京科音自然科学研究中心http://www.keinsci.com)致力于计算化学的发展和传播,长期开办极高质量的各种计算化学类培训:初级量子化学培训班中级量子化学培训班高级量子化学培训班量子化学波函数分析与Multiwfn程序培训班分子动力学与GROMACS培训班CP2K第一性原理计算培训班,内容介绍以及往届资料购买请点击相应链接查看。这些培训是计算化学从零快速入门以及进一步全面系统性提升研究水平的高速路!培训各种常见问题见《北京科音办的培训班FAQ》
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