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

sobereva · 发表于 Post on 2021-1-28 20:41:00

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

A lazy script to calculate 1.2*CM5 atomic charges suitable for OPLS-AA force field simulation

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。

如果你没买Gaussian，也可以用免费的ORCA量子化学程序结合Multiwfn算1.2*CM5原子电荷，笔者也提供了相应的傻瓜式脚本，见《ORCA结合Multiwfn计算RESP、RESP2和1.2*CM5原子电荷的懒人脚本》（http://sobereva.com/637）。

牧生 · 发表于 Post on 2021-1-28 21:39:20

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？

sobereva · 发表于 Post on 2021-1-29 19:34:37

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

Kangtor · 发表于 Post on 2021-2-20 17:19:45

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。

exity · 发表于 Post on 2021-3-2 08:23:14

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？

nianbin · 发表于 Post on 2021-3-2 19:49:47

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

exity · 发表于 Post on 2021-3-3 08:30:48

nianbin 发表于 2021-3-2 19:49
GAFF2+amber14 SB ，RESP2电荷

谢谢

牧生 · 发表于 Post on 2021-3-7 10:23:41

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）

sobereva · 发表于 Post on 2021-3-8 00:39:04

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。

牧生 · 发表于 Post on 2021-3-8 07:49:27

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

sobereva · 发表于 Post on 2021-3-9 04:30:10

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

Sasuke · 发表于 Post on 2021-7-22 22:22:15

本帖最后由 Sasuke 于 2021-7-22 22:23 编辑

社长我用了这个脚本高斯版本是gaussian09 Multiwfn是目前最新版3.8 然后高斯软件是可以运行的因为成功试算了里面自带的算例.Multiwfn也是按照手册2.1.2装的。然后我用MS画了苯乙烯三聚体导出mol2文件作为这个脚本的输入文件，结果运行报错如图所示。gaussian09的out文件里面显示输入文件有误 A syntax error was detected in the input line. 是高斯版本的问题吗？

sobereva · 发表于 Post on 2021-7-23 03:41:33

Sasuke 发表于 2021-7-22 22:22
社长我用了这个脚本高斯版本是gaussian09 Multiwfn是目前最新版3.8 然后高斯软件是可以运行的因为成功试 ...

Gaussian版本太老，不支持DFT-D3。去掉em=GD3BJ

mgqqlwq · 发表于 Post on 2021-8-13 11:11:59

请问下社长，我的分子是个聚合物，原子数目有点多1050个，这个用56个核的双路服务器Gaussian还能算得动吗？
我提交了两次似乎都在运行一段时间后报错，错误信息是：

Error in internal coordinate system.
Error termination via Lnk1e in ***/g16/l103.exe at Thu Aug 12 10:50:23 2021.
Job cpu time: 5 days 16 hours 46 minutes 17.4 seconds.
Elapsed time: 0 days 2 hours 27 minutes 48.4 seconds.
File lengths (MBytes): RWF= 56574 Int= 0 D2E= 0 Chk= 2389 Scr= 2

复制代码

请问下这个错误我应该如何解决呢？非常感谢！

sobereva · 发表于 Post on 2021-8-13 22:48:45

mgqqlwq 发表于 2021-8-13 11:11
请问下社长，我的分子是个聚合物，原子数目有点多1050个，这个用56个核的双路服务器Gaussian还能算得动吗？ ...

算不动
另外，这种报错可以在脚本里的opt关键词里加入cartesian关键词解决。

聚合物通常都是对重复单元来计算原子电荷，然后拼接成整体，而非直接对整个聚合物直接算。

		自动登录 Automatic login	找回密码 Forget password
密码 Password			注册 Register

[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

评分 Rate