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[新手求助] 如何进行构象搜索以获得量化计算的初始结构

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发表于 2015-9-9 22:07:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 liyuanhe211 于 2016-1-1 13:09 编辑

希望对一些稍微复杂的、约40个重原子的天然产物分子进行计算,但由于分子环系比较复杂(如下图示例,计算时手性中心是明确的),存在很多可能的稳定构象(非最小值点的极小值点),如何进行构象搜索以得到一个合理的初始结构?
Snap7.png



查阅了一些文献,文献中提到使用MMFF94等力场方法进行conformational search,现在使用这样的立场还是否合适,用何种软件、如何计算?
部分文献中提到,计算得出了能量最低的数个结构,从上述的构象搜索中是如何得到这些结构的?

## update ##
# 已解决,在下面几楼写了Spartan构象搜索的简单教程
#########

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发表于 2015-9-9 23:40:48 | 显示全部楼层
很多软件可以,如hyperchem,conflex等
努力学习,认真工作

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发表于 2015-9-10 07:39:11 | 显示全部楼层

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公社社长

发表于 2015-9-10 08:38:54 | 显示全部楼层
MMFF94对于有机分子一般是十分适合的,而且几乎是最适合的。
建议你先在Chem3D里用MMFF94优化一下,看看优化出来的结构是否基本合理。
由于你的体系大多数原子都成环,其实能自由旋转的二面角并不多,在高斯里去扫描那些二面角也完全可以,用半经验就够,之后取能量比较低的点来用量化优化。

也可以用专门的构象搜索工具,除了上面回复中提到的外还有MS的conformer、sybyl、spartan、MacroModel、MOE、Frog2(免费在线http://bioserv.rpbs.jussieu.fr/cgi-bin/Frog2)、Balloon(http://users.abo.fi/mivainio/balloon/)等等。
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 楼主| 发表于 2015-9-11 12:23:52 | 显示全部楼层
本帖最后由 liyuanhe211 于 2017-8-16 16:26 编辑

测试了一下楼上几位回复中的几个软件。考虑到这只是个初始步骤,不需要设定太多的选项,效率也不是那么重要。综合考虑下来个人认为Spartan比较容易上手,界面比较友好,操作简便。
网上关于此此问题的直接教程只在Youtube上找到一个HyperChem的教程,HyperChem需要自己定义二面角,而且HyperChem的界面和快捷键设计实在是惨不忍睹,所以在这里发个用Spartan的小教程。


打开 Spartan 14 (我已将破解版在分子模拟区共享)

可以通过 file-open-all files 读取各种格式的结构输入文件,Gaussian 的输入文件可以用 Chem3D 转换为如 sdf 文件读入。也可以点击下图第一个图标直接构建,或第二个图标画结构式,
Snap5.png

这里绘制一个故意扭曲了的壬烷,以模拟构建分子时错误的非最优的极小值。
Snap6.png

经过MMFF的优化后确认该结构为一极小值

Snap15.png

如果分子比较复杂,可以在菜单中点击 Geometry - Set Tortions,看程序自动识别的扫描变量是否合理,例如在这个分子中识别如下,是比较合理的:
Snap1.png


如果需要改变,修改某个键的设置,例如单击箭头所示的单键,可以在下方出现的工具中选择扫描的fold数(3-fold 对单键来说即360度,每120度产生一个构象),或关闭/开启对该键的扫描。


1241224124.png


然后在Setup-Calculation里设置如下

Snap7.png

然后Submit(不要点OK,否则还需要在Setup菜单里点Submit),会要求你保存,保存后自动开始计算。
图中的保存文件名是程序自动给出的,给这个小细节点赞。


Snap8.png

在Option-Local Monitor可以查看现有的计算进度

Snap10.png

会按照能量列出找到的构象(第二行),不太清楚第三行和第四行的含义。

计算完成后会问你是否打开新文件,打开后在工具栏上启用表格,并显示Energy,Rel Energy,波尔兹曼分布。

Snap11.png


Snap12.png

可以看到已给出能量最低的构象是舒展的烷烃,室温下的波尔兹曼分布为31%

Snap13.png

能量次高的构型是一根键是邻交叉构象的

Snap14.png

随后就可以导出波尔兹曼分布在一定数值以上的几个构象,放到Gaussian里去用Quantum的方法优化、计算精确的能量,确定分布。计算某些性质(如NMR)可以按照精确的能量分布进行平均。



初始的输入由于有两根共轭的键都是邻交叉,所以能量排名比较靠后,在第17名。

Snap16.png





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发表于 2015-12-30 23:56:34 | 显示全部楼层
本帖最后由 hplc2008 于 2015-12-30 23:57 编辑

MOE和Hyperchem都可以构象搜索,但是很期待能用你提到的spartan软件,文章中这个软件的多(仅是我看到的,不对勿怪)

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发表于 2015-12-31 08:53:45 | 显示全部楼层
先给li老师点赞,然后请教一个问题,
.在计算中每一个反应物,中间体,产物都需要经过这种构象搜索么?我认为是把构象调整到利于下一步反应的状态,不知道对不对。针对初始的反应物,是不是一定得用能量最低的构象作为起始点(能量的起始点)?谢谢老师。
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 楼主| 发表于 2015-12-31 12:15:44 | 显示全部楼层
kevin 发表于 2015-12-31 08:53
先给li老师点赞,然后请教一个问题,
.在计算中每一个反应物,中间体,产物都需要经过这种构象搜索么?我 ...

简单的结构用不着搜索,结构柔性而复杂最好做一下较好,否则在复杂的势能面上经常优化到局部极小去。我认为计算活化自由能和反应自由能变都应当尽量使得使用的结构是势能面上的全局最小。理论上过渡态更应该这样,不过似乎过渡态的构象搜索很难做。

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发表于 2016-1-1 10:46:08 | 显示全部楼层
liyuanhe211 发表于 2015-12-31 12:15
简单的结构用不着搜索,结构柔性而复杂最好做一下较好,否则在复杂的势能面上经常优化到局部极小去。我认 ...

谢谢li老师,祝您元旦快乐。
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 楼主| 发表于 2016-1-1 13:08:15 | 显示全部楼层
hplc2008 发表于 2015-12-30 23:56
MOE和Hyperchem都可以构象搜索,但是很期待能用你提到的spartan软件,文章中这个软件的多(仅是我看到的, ...

感觉Spartan就是选变量方便一些,另外似乎比Hyperchem效率高

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发表于 2016-1-7 22:02:57 | 显示全部楼层
尝试了一下,个人觉得该软件可能是我不会用,搜索得到的构象不如MOE和Hyperchem,效率倒是高,时间短

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发表于 2016-1-8 05:45:51 | 显示全部楼层
本帖最后由 smutao 于 2016-1-8 05:47 编辑

用gaff力场用AMBER跑几个个升温-退火 对普通的有机小分子最有效
自然就出来了


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发表于 2016-1-28 22:22:54 | 显示全部楼层
liyuanhe211 发表于 2015-9-11 12:23
测试了一下楼上几位回复中的几个软件。考虑到这只是个初始步骤,不需要设定太多的选项,效率也不是那么重要 ...

好东西,mark

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发表于 2016-1-28 23:30:49 | 显示全部楼层
liyuanhe211 发表于 2015-9-11 12:23
测试了一下楼上几位回复中的几个软件。考虑到这只是个初始步骤,不需要设定太多的选项,效率也不是那么重要 ...

MMFF 力场实在是太烂了,苯环都变畸形了。

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发表于 2016-3-26 16:10:54 | 显示全部楼层
MOE还好没有变形呀,Hyperchem没有MMFF
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