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[新手求助] 氨基酸分子结构优化相关问题请教

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刚接触量子化学计算,有一些问题一直没搞清楚,查了相关资料不是很系统还有一些简单问题希望高手解答。-----感谢------
1.我做实验为主,计算仅为辅助,主要想获得氨基酸分子的最优构型和HOMO与LUMO和静电势相关信息;
2.对氨基酸分子进行优化后,如何检查优化的结构是否合理?
3.评率计算中虚频是什么?
4.通过结构优化后,在对优化结构进行单点能计算和频率计算得到的HOMO-LUMO和静电势有无区别?
5.常见氨基酸原子数在15-35之间包含C,N,O个别有S原子,运用DFT/b3lyp和6-311G(d,p).进行优化和单点能计算是否合理?
6.极化函数和弥散函数一直没有搞清楚,论坛关于弥散函数的信息也看了,指导原则是能不加就不加,但关于极化函数了解的不是很清楚?-------谢谢------
下面是精氨酸结构优化输入:
%mem=60MW
%chk=C:\Users\212\Desktop\HOMO-LUMO\Arg-jing\dandianneng.chk
# opt b3lyp/6-311g(d,p) geom=connectivity

Title Card Required

0 1
N                  3.61566928   -1.26332210    0.19059201
H                  3.71726128   -1.18308109    1.19758809
C                  2.45577119   -0.56119904   -0.35632703
H                  2.45455819   -0.69048005   -1.44279911
C                  1.15537209   -1.17470909    0.22336602
C                  2.50124119    0.93723807   -0.06895401
H                  1.22944010   -2.25442117    0.04054700
H                  1.15959009   -1.03026308    1.31369010
C                 -0.14808501   -0.61626105   -0.37214703
O                  2.86721522    1.45598011    0.99028907
H                 -0.26532302    0.44538203   -0.12896201
H                 -0.12669501   -0.69863506   -1.46794411
C                 -1.37939111   -1.36530711    0.16924101
H                 -1.32077810   -2.42845419   -0.09467501
H                 -1.40680111   -1.28433110    1.26200510
N                 -2.64478620   -0.84978106   -0.36318403
H                 -3.17935724   -1.44113511   -0.98073408
C                 -3.26302525    0.25846302    0.18648101
N                 -2.74938521    0.83468507    1.23377809
N                 -4.43057134    0.63883805   -0.48009104
H                 -3.23439025    1.68600213    1.52649211
H                 -4.61045235    0.35753103   -1.43178811
H                 -5.00586438    1.37026611   -0.09644501
H                  4.48991434   -1.09875609   -0.29598202
O                  2.07714816    1.69475013   -1.14480808
H                  2.07620116    2.65224620   -0.92248107


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 楼主 Author| 发表于 Post on 2020-11-6 14:29:56 | 只看该作者 Only view this author
主要问题还是选用什么基组优化,http://sobereva.com/336这篇SOb老师的博文也看了,还不是很懂

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2020-11-6 14:32:26 | 只看该作者 Only view this author
这是准备计算的氨基酸结构

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氨基酸

氨基酸

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发表于 Post on 2020-11-6 15:22:49 | 只看该作者 Only view this author
2. 根据经验。如果对氨基酸的三维结构没有经验,建议先去看文献优化的氨基酸结构
3. 频率计算里某些频率是虚数,称为虚频,不过很多软件为了方便起见把虚频显示成负数而非虚数。参见http://sobereva.com/278
4. 当单点能和频率计算的理论级别完全一致时,没有区别。但一般建议单点能的理论级别高于频率计算,这种情况下应该取单点能计算的轨道和静电势
5. 可以,不过注意加色散校正,另外如果涉及阴离子,建议对非氢原子加弥散函数
6. 当使用6-31G时,极化函数至少加到(d);当使用6-311G时,极化函数至少加到(d,p)。对于DFT而言这么多极化函数一般够了,但是post HF计算还需要加得更多
此外,我觉得你研究氨基酸,更可能是希望研究在水里的电子结构而非在气相里的电子结构吧,如果是的话应该加溶剂模型
Zikuan Wang
山东大学光学高等研究中心 研究员
BDF(https://bdf-manual.readthedocs.io/zh_CN/latest/Introduction.html)、ORCA(https://orcaforum.kofo.mpg.de/index.php)开发团队成员
Google Scholar: https://scholar.google.com/citations?user=XW6C6eQAAAAJ
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4540-8734
主页:http://www.qitcs.qd.sdu.edu.cn/info/1133/1776.htm
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2020-11-6 16:00:24 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 jiangge 于 2020-11-6 16:03 编辑
wzkchem5 发表于 2020-11-6 15:22
2. 根据经验。如果对氨基酸的三维结构没有经验,建议先去看文献优化的氨基酸结构
3. 频率计算里某些频率是 ...

2.氨基酸结构在gaussview默认中有,但显示的少了N上的H和羧基的OH,我一般直接在上面进行更改,给N加个氢和给羧基加个OH.不知道初始结构是否合理一点
3.好的我仔细研究一下
5.我现在使用的是高斯09w,如何加D3色散校正还不深很清楚,我在看一下论坛有没有相关资料;
6.气相和水中都要研究,溶剂模型一般如何选择呢?
-------非常感谢!------------

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发表于 Post on 2020-11-6 17:28:20 | 只看该作者 Only view this author
jiangge 发表于 2020-11-6 16:00
2.氨基酸结构在gaussview默认中有,但显示的少了N上的H和羧基的OH,我一般直接在上面进行更改,给N加个氢 ...

2. 应该且必须加,不过注意氢的方向要加对
5. 用色散校正的问题见http://sobereva.com/210
6. 建议用SMD,见http://sobereva.com/327
Zikuan Wang
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发表于 Post on 2020-11-7 17:41:21 | 只看该作者 Only view this author
侧链较长的氨基酸具有高度柔性,必须考虑构象搜索问题,仔细看

gentor:扫描方式做分子构象搜索的便捷工具
http://bbs.keinsci.com/thread-2388-1-1.html
将Confab或Frog2与Molclus联用对有机体系做构象搜索
http://bbs.keinsci.com/thread-20063-1-1.html
使用Molclus结合xtb做的动力学模拟对瑞德西韦(Remdesivir)做构象搜索
http://bbs.keinsci.com/thread-16255-1-1.html

此文在计算氨基酸NMR的时候也明确考虑了构象分布问题:
使用Multiwfn绘制NMR谱
http://sobereva.com/565http://bbs.keinsci.com/thread-19711-1-1.html

还必须注意是在什么环境下优化,气相或低极性溶剂下和水环境下质子化状态明显不同。

http://sobereva.com/336此文已经是最好、最全面的介绍基组选择的文章了,还看不明白再一个字一个字认真读个10遍

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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 楼主 Author| 发表于 Post on 2020-11-9 07:58:15 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2020-11-7 17:41
侧链较长的氨基酸具有高度柔性,必须考虑构象搜索问题,仔细看

gentor:扫描方式做分子构象搜索的便捷工 ...

好的!谢谢Sob老师!

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2020-11-9 16:00:23 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 jiangge 于 2020-11-9 16:12 编辑
sobereva 发表于 2020-11-7 17:41
侧链较长的氨基酸具有高度柔性,必须考虑构象搜索问题,仔细看

gentor:扫描方式做分子构象搜索的便捷工 ...

Sob老师,我在计算上述的氨基酸时是否需要加弥散函数例如6-311+(d,p),您之前写的(谈谈弥散函数和“月份”基组 )我反复看了好几次还不是很好能理解,主要是对弱相互作用判断不清楚。
另外还请您看一下对这几种氨基酸,我的计算过程是否合理:
1.先使用函数与基组DFT/B3LYP/6-31(d,p)进行初步优化,
2.然后使用B3LYP/6-311(d,p)再优化,
3.最后对优化结构采用B3LYP/6-311(d,p)计算单点能获得gap和静电势数据。
我对比了三种不同基组的HOMO与LUMO结果如下:
6-31g (d,) :   HOMO:-0.22336    LUMO:-0.01045
6-311g(d,p):   HOMO:-0.23888    LUMO:-0.00559
def2-TZVP:HOMO:-0.23909    LUMO:-0.00597文献6-31++:HOMO:-0.22396 LUMO:-0.03850
这种差异在你看来是什么导致的。
您的这篇博文“正确地认识分子的能隙(gap)、HOMO和LUMO”也看了,学习了新的知识。
——————谢谢!————


99999.png (48.44 KB, 下载次数 Times of downloads: 31)

文献中的计算基组和结果

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发表于 Post on 2020-11-10 03:24:17 | 只看该作者 Only view this author
jiangge 发表于 2020-11-9 16:00
Sob老师,我在计算上述的氨基酸时是否需要加弥散函数例如6-311+(d,p),您之前写的(谈谈弥散函数和“月 ...

这是个垃圾文献,连极化函数都不知道加,和这种垃圾文献对比数据没有任何意义

写Pople系列基组名的时候不要忽略G

B3LYP那叫泛函不叫函数

没必要先在6-31G**下初步优化

不同基组下轨道能量当然不同,没什么可解释的
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2020-11-10 08:08:13 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2020-11-10 03:24
这是个垃圾文献,连极化函数都不知道加,和这种垃圾文献对比数据没有任何意义

写Pople系列基组名的时 ...

1.那弥散函数是否需要加呢?
2.不使用6-31**优化,也就是直接6-311**优化然后计算单点能就可以了吗?
谢谢!

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发表于 Post on 2020-11-10 08:34:53 | 只看该作者 Only view this author
jiangge 发表于 2020-11-10 08:08
1.那弥散函数是否需要加呢?
2.不使用6-31**优化,也就是直接6-311**优化然后计算单点能就可以了吗?
...

1. 如果你的计算不涉及负离子,也不涉及Rydberg激发态、极化率、拉曼、偶极矩等计算,就不需要加。
2. 对。另外sob老师已经说了基组名里的G是不能省略的,在你这个特定的情况下还不至于引起误解,但是其他有些情况下两个基组名只差一个字母,你省了一个字母就变成其他的基组了。
Zikuan Wang
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2020-11-10 09:57:45 | 只看该作者 Only view this author
wzkchem5 发表于 2020-11-10 08:34
1. 如果你的计算不涉及负离子,也不涉及Rydberg激发态、极化率、拉曼、偶极矩等计算,就不需要加。
2.  ...

嗯,谢谢!

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发表于 Post on 2020-11-11 00:41:25 | 只看该作者 Only view this author
jiangge 发表于 2020-11-10 08:08
1.那弥散函数是否需要加呢?
2.不使用6-31**优化,也就是直接6-311**优化然后计算单点能就可以了吗?
...

仔细看此文
谈谈弥散函数和“月份”基组
http://sobereva.com/119

写计算级别的时候少写、错写任何一个字母都会令内行人非常反感
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