隐式溶剂模型剧烈影响RESP结果

ZetaFunction · 发表于 Post on 2023-10-14 22:46:39

对图中的分子拟合RESP电荷：

先用B3LYP-D3/6-311g+(2d,p)以乙醚为溶剂优化了几何结构，然后计算单点能用以拟合RESP。按照RESP0.5的方法，应该分别计算气相和液相下的电荷然后取平均，我选用SMD的水模型，但是实际计算下来发现二者的差异极大，尤其是在左边末端的两个甲基的碳原子上，气相下的拟合结果分别为0.22和-0.22，液相下的拟合结果为-0.42和-0.30，居然有了定性的差异！和氧相连的第一个碳原子的电荷结果也有明显差异，气相下拟合为-0.94，液相下只有-0.58。我把溶剂改成乙醚，介电常数是4，结果是-0.21和-0.36，乙醚溶剂下的结果整体更接近水溶剂的结果。
我改用了ma-TZVP基组，气相下这两个甲基的碳原子电荷分别为0.42和1.28，乙醚为溶剂结果为-0.19和-0.34，水溶剂下为-0.29和-0.41，气相下换用更大基组的结果波动远超乙醚和水。

请问为什么会发生这样的情况？这并不符合直觉，按理来说即便是在气相下这两个甲基的电荷也不应该相差如此之大，有无可能是这个分子因为是带三个单位负电荷的离子形式所以在气相下不稳定？此时使用RESP0.5是否就不太合适了？鉴于分子所处的环境介电常数和乙醚接近，直接用乙醚做溶剂拟合的结果是否还要更加合理一些？

sobereva · 发表于 Post on 2023-10-14 23:55:04

气相和溶剂环境下原子电荷差异大是正常的事情
化学等价的原子的电荷等价性差这是拟合静电势电荷的通病，和溶剂没直接关系，解决办法是在Multiwfn计算RESP电荷的时候设置等价性约束，或者用它们空间等价性更好的构象用Multiwfn算RESP电荷

ZetaFunction · 发表于 Post on 2023-10-15 03:31:07

sobereva 发表于 2023-10-14 23:55
气相和溶剂环境下原子电荷差异大是正常的事情
化学等价的原子的电荷等价性差这是拟合静电势电荷的通病，和 ...

感谢老师解答。

关于这两个甲基在气相下的巨大电荷差异是否可以如此理解：即拟合的目标是通过点电荷尽可能的重现分子的静电势，所以这两个甲基即使中心碳原子电荷差异很大但是对外的整体静电势差异却很小？这两个甲基并不是完全等价，直接添加等价性约束似乎不太合适。

鉴于气相下电荷随着基组波动过大，和液相下的结果相差也太大，此时使用乙醚溶剂下的RESP是否是比RESP0.5更好的选择？有研究表明蛋白内部的介电常数和乙醚比较接近。

sobereva · 发表于 Post on 2023-10-15 15:49:15

ZetaFunction 发表于 2023-10-15 03:31
感谢老师解答。

关于这两个甲基在气相下的巨大电荷差异是否可以如此理解：即拟合的目标是通过点电荷尽 ...

对于刚性区域，不用管拟合出来的原子电荷是多少、等价性如何，只要原子电荷能把周围的静电势描述好就够了、就达到实际目的了、就可以用于动力学模拟了

基组问题，到了ma-def2-TZVP程度就充分收敛了，能算得动就用这个就完了，不用再顾虑什么。和溶剂环境下差异大是溶剂环境的极化造成的，模拟一个分子在某种溶剂下的情况用RESP2(0.5)比RESP更强，避免高估等效的极化程度。对于模拟配体在蛋白质内部的情况，用隐式溶剂模型表现较低介电常数（如eps=4）的方式比较常见

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