关于两性离子量化计算的想法

老金喵

关于两性离子量化计算的想法（以脯氨酸为例）
       众所周知氨基酸作为两性离子既有酸性又有碱性，在中性溶剂中往往具备COO-和NH3+的两种性质，查看CCDC搜索含有氨基酸的晶体，能看到基本上都是包含了铵和羧酸根离子的结构。很多课题组也利用计算氨基酸的表面静电式来进行分析。但是在结构优化氨基酸的过程中，往往采用的方法都是网络上广为流传的：

# opt freq b3lyp/6-31g(d) em=gd3bj
（貌似这种被认为是真空中算结构优化）


     这样计算出来的氨基酸结构会使得初始结构铵根离子上的H跑到羧酸根上去，如下图，虽然这样的计算结果也可以在表面静电势中看到N处表现出碱性特征，但笔者认为这更可能是由于分子内产生氢键的结果，且这个模型很显然不可以用来进行后续很多分子间性质的计算。

      在计算脯氨酸的过程中，笔者发现添加隐式溶剂模型（中性溶剂）可以使得氨基酸呈现出合理的结构。例如：
# opt freq b3lyp/6-31g(d) em=gd3bj scrf=(smd,solvent=water)



      
      当然这两种结果在各自的条件下都应该是合理的，但笔者认为后者能更好地解释实验过程和结果出现的现象，奈何才疏学浅理论知识太差，不知道如何证明是否添加溶剂计算出来的结果更加贴近现实，只能用电脑输出的结果（符合实验）来判断是否合理，而无法从初始设计的合理性来推断。
      这也是我学习计算化学以来第一次发帖（之前一直是闭门造车的状态），望轻喷，也希望能有老师给出切中要害的意见。

sobereva

极性溶剂环境会显著稳定化局部显离子性的结构，你观察到的情况太司空见惯了。我在北京科音初级量子化学培训班（http://www.keinsci.com/KEQC）里还刻意给了个练习让学员认识到隐式溶剂模型对局部显离子性体系结构的显著影响。水环境下会一直保持COO-和NH3+的状态，而真空下优化时质子会转移，变成没有局部离子性的COOH和NH2状态。

老金喵

sobereva 发表于 2025-5-29 08:06
极性溶剂环境会显著稳定化局部显离子性的结构，你观察到的情况太司空见惯了。我在北京科音初级量子化学培训 ...

感谢卢老师解答，一直想去量化培训班学习，有时候算出了一些结果无法解释非常困扰。最后请问在计算氨基酸和其他药物分子相互作用的时候，是采用隐式溶剂模型还是不采用呢，现在的情况是加了溶剂的符合实验结果，不加的话由于H会往O上跑，整个结构就扭曲了。

sobereva

老金喵 发表于 2025-5-29 08:38
感谢卢老师解答，一直想去量化培训班学习，有时候算出了一些结果无法解释非常困扰。最后请问在计 ...

实际研究什么环境，计算就用什么环境

老金喵

sobereva 发表于 2025-5-29 09:02
实际研究什么环境，计算就用什么环境

感谢解答

老金喵

sobereva 发表于 2025-5-29 09:02
实际研究什么环境，计算就用什么环境

老师您好，还想请问一下，我在结构优化的时候采用SMD隐式溶剂模型得到了合理的结果，但是后续在计算单点能的时候想用BSSE矫正，此时不能加SMD，请问不加SMD的话计算结果合理吗

chands

老金喵 发表于 2025-5-31 10:18
老师您好，还想请问一下，我在结构优化的时候采用SMD隐式溶剂模型得到了合理的结果，但是后续在计算单点 ...

注意看：http://sobereva.com/46

3 溶剂模型下考虑BSSE问题没有严格的办法，一般做法是在气相下做counterpoise计算得到E_BSSE，然后加到溶剂模型下以常规方式E(AB)-E(A)-E(B)计算的相互作用能上。...
5 算相互作用能是否有必要用counterpoise严重取决于基组。用def2-QZVP、cc-pVQZ、aug-cc-pVTZ及其月份基组变体（http://sobereva.com/119）时可以不考虑BSSE校正，因为此时E_BSSE非常小，尤其是对于基组要求不是很高的非双杂化泛函来说。对于3-zeta档次基组，def2-TZVP和6-311+G(2d,p)算弱相互作用能能及格，但考虑counterpoise后才能足够理想，参见《使用sobEDA和sobEDAw方法做非常准确、快速、方便、普适的能量分解分析》（http://sobereva.com/685）的2.3节提到的sobEDA原文里的不同基组算相互作用能误差的测试的表格。对于明显更小的基组，如6-311G**、6-31+G**、def2-SVP等，算相互作用能如今不考虑BSSE校正能绝对不能接受，若嫌counterpoise明显增加耗时至少也应当用免费的gCP。