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[综合交流] 计算适用于OPLS-AA力场做模拟的1.2*CM5原子电荷的懒人脚本

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发表于 2021-1-28 20:41:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
计算适用于OPLS-AA力场做模拟的1.2*CM5原子电荷的懒人脚本

文/Sobereva@北京科音  2021-Jan-28


根据J. Phys. Chem. B., 121, 3864 (2017)中的测试,基于OPLS-AA力场的模拟很适合结合1.2*CM5原子电荷。虽然用1.2*CM5的时候水合自由能的计算精度稍逊于文中测试的另一种原子电荷1.14*CM1A-LBCC(因为这种原子电荷本来就是针对水合自由能训练的校正参数),但在计算其它属性上,如蒸发焓、密度,用1.2*CM5时的误差都更小,而且经验性更低、更有普适性。所以当大家用OPLS-AA力场研究新的小分子的时候,我比较推荐用1.2*CM5电荷。1.2*CM5电荷就是在Truhlar等人提出的原始的CM5电荷基础上乘上1.2,这相当于增大了原子电荷的数量级,等效地体现出了溶剂环境对溶质的极化作用。

笔者之前在《计算RESP原子电荷的超级懒人脚本(一行命令就算出结果)》(http://sobereva.com/476)和《RESP2原子电荷的思想以及在Multiwfn中的计算》(http://sobereva.com/531)中分别给出了超级懒人计算RESP和RESP2电荷的Linux脚本,完全不会用Gaussian的人都能轻松计算,已经有不少人在用。最近碰到完全不会用Gaussian的人试图计算1.2*CM5电荷向我求助,我遂又写了个类似的计算1.2*CM5电荷的懒人Linux脚本,在这里说一下。

这个脚本是Multiwfn文件包里的examples\scripts\1.2CM5.sh,在2021-Jan-28及之后更新的Multiwfn中才有,Multiwfn可以在其主页http://sobereva.com/multiwfn免费下载。

此脚本使用很简单:先确保Gaussian在当前机子里已经装了,见《Gaussian的安装方法及运行时的相关问题》(http://sobereva.com/439),也确保将Multiwfn按照手册2.1.2节的说明在机子里装了。之后假设1.2CM5.sh和一个结构文件phenol.xyz都在当前目录下,只需要运行./1.2CM5.sh phenol.xyz,之后在屏幕上就会看到脚本的运行过程:
Net charge was not defined. Default to 0
Spin multiplicity was not defined. Default to 1
Running optimization task via Gaussian...
Done!
Running formchk...
Running Multiwfn...
Finished! The optimized atomic coordinates with 1.2*CM5 charges (the last column) have been exported to phenol.chg in current folder


最终得到的phenol.chg用文本编辑器打开后可见,其中2、3、4列是优化后的XYZ坐标(埃),最后一列就是1.2*CM5电荷了。

脚本原理:这个脚本会将输入文件里的结构作为初猜结构用Gaussian在B3LYP-D3(BJ)/def2-SVP下做几何优化,然后调用formchk将得到的chk转化为fchk文件,然后调用Multiwfn计算CM5电荷,最后给出1.2*CM5电荷。

几点相关事项:
• 用的输入文件可以是任意含有结构信息而且Multiwfn支持的文件格式,比如pdb/mol/mol2/xyz/fch/gjf/wfn等等等等,见《详谈Multiwfn支持的输入文件类型、产生方法以及相互转换》(http://sobereva.com/379)。
• 默认情况下电荷当成0,自旋多重度当成1。如果是比如不带电的二重态体系,应当写比如./1.2CM5.sh phenol.xyz 0 2。
• 如果运行脚本时提示没可执行权限,先运行chmod +x ./1.2CM5.sh
• 此脚本调用的是Gaussian 16,如果当前机子里装的是诸如Gaussian 09,需要将文件的第22行改为Gaussian=g09。
• 从脚本里的关键词可见,计算是在真空下进行的,这是刻意而为之,不要自行改成在溶剂模型下进行。
• 如果脚本运行失败,有这么几种可能:(1)Gaussian根本没恰当安装,应当确保能手动调用Gaussian运行一个最简单的计算任务 (2)Multiwfn没按照手册2.1.2节恰当安装。其中有些图形库不方便装的话,可以用Multiwfn的noGUI版,此时不需要装图形库 (3)Gaussian计算失败,可能是版本太老而不支持em=GD3BJ关键词,可将脚本中此关键词去掉。也可能几何优化或SCF不收敛,注意看计算中途产生的gau.out文件内容判断原因。
• 如果你手头已经有Gaussian或其它程序产生的Multiwfn支持的波函数文件了(fch/wfn/wfx/molden/mwfn等),就没必要再用这个脚本了。直接载入Multiwfn,依次输入7、16、1就能得到CM5电荷,再手动乘上1.2即可。
• 前述J. Phys. Chem. B.文章中只是考虑了中性体系,没有考虑带电体系。带电体系用什么原子电荷结合OPLS-AA没有统一说法,一般情况下不能用1.2*CM5电荷,因为此时总电荷都不是整数了。笔者建议此时用Multiwfn算RESP2电荷,虽然与OPLS-AA兼容性没有充分测试,但原理上问题不大。
• 如果使用此脚本计算1.2*CM5电荷,请按照Multiwfn程序包里How to cite Multiwfn.pdf文档的说明恰当引用Multiwfn。

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发表于 2021-1-28 21:39:20 | 显示全部楼层
本帖最后由 牧生 于 2021-1-29 07:38 编辑

日期有笔误,应该是
2021-Jan-28及之后更新的Multiwfn中才有。

另有一个疑问,“带电体系用什么原子电荷结合OPLS-AA没有统一说法,一般情况下不能用1.2*CM5电荷,因为此时总电荷都不是整数了。笔者建议此时用Multiwfn算RESP2电荷,虽然与OPLS-AA兼容性没有充分测试,但原理上问题不大。”

我的理解,如果做表面活性剂自组装,比如十二烷基磺酸钠或别的表面活性剂,想用opls力场,此时应该是1.2*CM5电荷也可以(十二烷基磺酸根就用1.2*CM5脚本计算,得到总电荷就是-1.2了,钠离子就用ions自带的,但手动改为电荷+1.2,行吗??),使用RESP2电荷也可以的??

如果做不带电的体系油水分离,如甲苯和水,想要用opls力场,1.2*CM5和RESP2哪个会更好呢?

如果我要做聚合物的模拟,如聚丙烯酸钠,要用opls力场,那么,应该用1.2*CM5电荷计算三聚体,然后手动重复建立聚合物链,此时还能不能用RESP2电荷?





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 楼主| 发表于 2021-1-29 19:34:37 | 显示全部楼层
牧生 发表于 2021-1-28 21:39
日期有笔误,应该是
2021-Jan-28及之后更新的Multiwfn中才有。

笔误改了

Na用+1.2明显说不通。用RESP2明显有意义得多

用1.2*CM5,毕竟有JPCB的文献支撑。水的原子电荷不要自己算,直接用水模型里定义的。

用1.2*CM5
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发表于 2021-2-20 17:19:45 | 显示全部楼层
牧生 发表于 2021-1-28 21:39
日期有笔误,应该是
2021-Jan-28及之后更新的Multiwfn中才有。

我觉得做聚合物用原力场电荷参数就挺好的。

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发表于 2021-3-2 08:23:14 | 显示全部楼层
请问楼主和社长研究小分子多聚现象的时候,GAFF小分子+amber99sb-ildn水好?还是OPLS-AA好?

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exity 发表于 2021-3-2 08:23
请问楼主和社长研究小分子多聚现象的时候,GAFF小分子+amber99sb-ildn水好?还是OPLS-AA好?

GAFF2+amber14 SB ,RESP2电荷

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发表于 2021-3-3 08:30:48 | 显示全部楼层
nianbin 发表于 2021-3-2 19:49
GAFF2+amber14 SB ,RESP2电荷

谢谢

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发表于 2021-3-7 10:23:41 | 显示全部楼层
本帖最后由 牧生 于 2021-3-7 10:49 编辑

https://doi.org/10.1021/acs.jctc.9b00947

针对带电的SDS,RESP电荷比CM5好一些(文中没有使用1.2*CM5)

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 楼主| 发表于 2021-3-8 00:39:04 | 显示全部楼层
牧生 发表于 2021-3-7 10:23
https://doi.org/10.1021/acs.jctc.9b00947

针对带电的SDS,RESP电荷比CM5好一些(文中没有使用1.2*CM5 ...

那篇文章对拟合静电势电荷的计算方式不好。MP2直接在气相下算没有考虑溶剂的等效极化效应,而在SMD模型下算时,又没有像RESP2(0.5)那样避免高估极化程度。而且体系是阴离子,也没带弥散函数。鉴于原子电荷对结果影响极大,应当测试得更严谨才对。
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本帖最后由 牧生 于 2021-3-8 07:51 编辑
sobereva 发表于 2021-3-8 00:39
那篇文章对拟合静电势电荷的计算方式不好。MP2直接在气相下算没有考虑溶剂的等效极化效应,而在SMD模型下 ...

所以,考虑使用RESP2才是更好的选择吧

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 楼主| 发表于 2021-3-9 04:30:10 | 显示全部楼层
牧生 发表于 2021-3-8 07:49
所以,考虑使用RESP2才是更好的选择吧

原理上是
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