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[综合交流] 北京科音近日发表了范德华势分析的专题论文!

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发表于 Post on 2020-5-2 18:46:52 | 显示全部楼层 Show all |阅读模式 Reading model
北京科音近日发表了范德华势分析的专题论文


近日,北京科音自然科学研究中心在ChemRxiv上发表了名为van der Waals Potential: An Important Complement to Molecular Electrostatic Potential in Studying Intermolecular Interactions的研究文章,文章可以通过https://doi.org/10.26434/chemrxiv.12148572.v1免费下载。本文目前也已向学术期刊投稿。

此文提出了名为范德华势(van der Waals potential)的概念,介绍了具体定义、在Multiwfn程序中的实现,并给出了很多应用例子展现其特点、可靠性和实际价值。虽然“范德华势”一词在以往的一些文章里也偶有出现,但本文中的范德华势的思想、提出目的、研究的侧重点和之前的文章截然不同。

关注分子间弱相互作用研究的人都知道,静电势在预测、解释化学体系与其它分子间的弱相互作用上已经有几十年的历史,是考察静电作用主导的弱相互作用时必不可少的手段。然而,与静电作用同等重要的范德华作用,以“势”的形式来对它分析考察却几乎没有在现有的文章中出现过,这明显是一个严重的且非常值得弥补的空白。上述文章中引入的范德华势是对静电势在研究弱相互作用问题时的一个重要的补充。对静电作用主导的场合显然适合用静电势分析,对静电作用和范德华作用起到同等重要性的时候适合将静电势与范德华势结合分析以得到比较全面的认识。而对于范德华作用起主导的情况,则只通过分析范德华势通常就可以可靠地对相互作用强度、结合位点等问题进行预测和解释。

为了让中国的读者快速理解文章主要内容,尤其是了解如何使用Multiwfn绘制出和文中一样又美观又很有实际价值的图像,我们已发布精心撰写的《谈谈范德华势以及在Multiwfn中的计算、分析和绘制》(http://sobereva.com/551)一文对此进行说明,非常推荐大家阅读。

由于范德华势在研究实际问题中的重要价值,再加上最新版本Multiwfn已可以极为快速、方便、灵活地分析范德华势,预计在未来范德华势会愈发受到关注,成为弱相互作用分析工具箱中不可忽视的存在。

文章当中部分图像展示如下:

下图是螺烯的以He作为探针原子的范德华势,绿色和蓝色分别为+0.6 kcal/mol(交换互斥势占主导)和-0.6 kcal/mol(色散吸引势占主导)的等值面:
1.jpg

下图是对螺烯与He复合物通过从头算动力学模拟得到的He的轨迹叠加图和空间分布函数图。和上图的蓝色区域对比体现出范德华势可以用于预测被吸附物质在实际情况中的概率分布
2.jpg

下图是18碳环体系以不同元素作为探针原子时的范德华势的负值部分的等值面图,黄色小球是全局最小点的位置,其范德华势的数值标注在了图中。此图体现18碳环对很小的物质倾向于将之吸附在环中央,稍大的物质则会被吸附在环的上/下方。此图也体现出范德华势对探针原子选取的依赖性。
3.jpg

可以将范德华势分解为原子的贡献以更细致地分析本质:
4.jpg


下图是(6,6)碳纳米管片段的范德华势等值面图+极小点图,以及范德华势在体系截面上的填色图+等值线图。此图非常直观地展现出管内由范德华作用造成的物理吸附的强度远大于管外。
5.png

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发表于 Post on 2020-5-4 05:48:27 | 显示全部楼层 Show all
这是一篇很有意义的文章,因为很少人从范德华势去分析体系中的相关的作用,但实际上它的作用是非常大的。
但是我有一个疑问关于范德华势的定义。
因为定义范德华势相比于静电势,是不太容易准确定义。
个人认为,范德华势应该要准从,int[V_vdW(r) * charge density (r)] --> 范德华能。
静电势是遵循这个定义的,不管是离散的还是连续的情况。
但文中提出的公式看似不符合这个关系。所以我很好奇文中的定义是从何来,背后是否有潜在的物理意义。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2020-5-5 08:08:07 | 显示全部楼层 Show all
xsimma 发表于 2020-5-4 05:48
这是一篇很有意义的文章,因为很少人从范德华势去分析体系中的相关的作用,但实际上它的作用是非常大的。
...

可以看原文里关于范德华势的思想说明
基于分子力场的形式计算非键相互作用,不涉及到做积分。在力场的框架下,范德华势也和电子密度没有直接关系(在比如DFT-D4、XDM、vdW-DF等色散校正方法里面,才与这个有关)
静电势的定义是把静电相互作用能公式里面的另一方当做单位点电荷,范德华势是把范德华相互作用能公式里的另一方当做一个特定类型的原子,这样就不需要考虑另一方的具体形态了,就只取决于当前体系的特征了。
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发表于 Post on 2020-5-13 13:45:40 | 显示全部楼层 Show all
sob老师您好,在包夹复合物体系中,如果要对其进行范德华势进行分析,请问应该如何进行?是否需要向复合物中加入探针原子进行结构优化或分子动力学模拟后,再将输出的结构文件进行分析?

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2020-5-14 15:51:19 | 显示全部楼层 Show all
xiaos 发表于 2020-5-13 13:45
sob老师您好,在包夹复合物体系中,如果要对其进行范德华势进行分析,请问应该如何进行?是否需要向复合物 ...

我不清楚你的分析目的,如果你是要分析被包夹物与主体分子的作用,应当直接对主体分子进行分析。如果你要分析这个复合物对另外再加入的分子的作用,则用当前复合物来分析。
“加入探针原子进行结构优化或分子动力学模拟”这是没意义的
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sobereva 发表于 2020-5-14 15:51
我不清楚你的分析目的,如果你是要分析被包夹物与主体分子的作用,应当直接对主体分子进行分析。如果你要 ...

谢谢sob老师的解答。我是想要分析被包夹物与主体分子间的作用,请问若按如下步骤操作是否合理:
1)从优化后的复合物分子中提取主体分子的坐标,添加关键词nosymm计算单点,获得含有波函数信息的fchk文件
2)再参照http://sobereva.com/551中的步骤分析和计算范德华势

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2020-5-15 23:55:39 | 显示全部楼层 Show all
xiaos 发表于 2020-5-15 09:56
谢谢sob老师的解答。我是想要分析被包夹物与主体分子间的作用,请问若按如下步骤操作是否合理:
1)从优 ...

没必要去算单点,我博文里说了,范德华势是基于力场的,只依赖于结构进行计算。直接提取主体分子坐标就够了
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sobereva 发表于 2020-5-15 23:55
没必要去算单点,我博文里说了,范德华势是基于力场的,只依赖于结构进行计算。直接提取主体分子坐标就够 ...

好的,谢谢sob老师的解答

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