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[Molclus] 使用molclus程序做团簇构型搜索和分子构象搜索

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发表于 Post on 2025-6-5 16:34:38 | 只看该作者 Only view this author
非常感谢老师的指导,我还想请教您一下
我目前在进行溶液中150个原子的有机分子笼(不带电)和酸根阴离子体系的弱相互作用(C-H...O氢键)分析。
我的有机笼单体、有机笼和阴离子的复合物都是柔性体系,存在多个稳定构象。我参考您用molclus搜索瑞德西韦构象的例子,找到了有机笼和BF4-、PF6-、NO3-、ClO4-结合后复合物的多个稳定构象。
然后我按照您《使用Shermo结合量子化学程序方便地计算分子的各种热力学数据》这个帖子里面的例子来计算溶液中有机笼单体、有机笼和每个酸根复合物的溶液中1 M标准态的构象平均自由能。
我准备在计算出有机笼单体、有机笼和酸根复合物的溶液中1 M标准态的构象平均自由能后,参考您的博文《谈谈分子间结合能的构成以及分解分析思想》按照公式
ΔG_bind(sol) = G_(有机笼和酸根复合物的溶液中1 M标准态的构象平均自由能) - G_(有机笼单体的溶液中1 M标准态的构象平均自由能) - G_(阴离子在溶液中1 M标准态的自由能)
来计算有机笼和阴离子在溶液中结合的自由能。
目前有几个关于shermo使用的问题想请教您一下
1. 您shermo帖子里面《4.2.3 计算构象分布比例和构象权重的热力学数据》这一部分,没有提到用shermo计算多个构象的平均自由能的时候,settings.ini里E=后面的值应该怎么设置。我就写了一个之前的复合物的能量(-4800au),应该不会影响自由能的计算吧?
2. 请问我是不是只要把settings.ini里T=后面的值设为298.15,得到的构象平均的自由能就是298.15K下的?因为我一直不是很懂高斯那些算出来的量是什么温度下的。
3. 您shermo帖子里面《4.2.3 计算构象分布比例和构象权重的热力学数据》这一部分,提到“要得到溶液中1 M标准态的各个构象的以及构象平均的自由能,应当给输出的各个构象的自由能以及构象权重平均的自由能都手动加上1.89 kcal/mol”,我以为当计算构象权重平均的自由能的时候shermo不会自动给出液相标准态的构象权重平均的自由能,需要自己手动去算。但是如图显示,我发现倒数第二行有个weighted Gibbs free energy at specified concentration,其后面的值跟前面给出的构象权重平均的自由能刚好差了1.89kcal/mol。请问这个值是不是就是shermo自动给出的液相标准态的构象权重平均的自由能呢?

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-6-6 01:38:00 | 只看该作者 Only view this author
peter123 发表于 2025-6-5 16:34
非常感谢老师的指导,我还想请教您一下我目前在进行溶液中150个原子的有机分子笼(不带电)和酸根阴离子体 ...

1 不用设。各个构象的能量直接从txt列表文件中读取
2 是
3 是,因为你设了conc=1M,所以才会给出特定浓度下的值
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发表于 Post on 2025-6-9 19:01:23 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 peter123 于 2025-7-7 16:34 编辑

非常感谢老师的指导,我还想请教一下您
我目前在进行氯仿溶液中150个原子的有机分子笼(不带电)和酸根阴离子体系的弱相互作用(C-H...O氢键)分析。
我的有机笼单体、有机笼和阴离子的复合物都是柔性体系,存在多个稳定构象。我参考您用molclus搜索瑞德西韦构象的例子,找到了有机笼和BF4-、PF6-、NO3-、ClO4-结合后复合物的多个稳定构象。
然后我按照您《使用Shermo结合量子化学程序方便地计算分子的各种热力学数据》这个帖子里面的例子来计算氯仿溶液中有机笼单体、有机笼和每个酸根复合物的溶液中1 M标准态的构象平均自由能。
我准备在计算出有机笼单体、有机笼和酸根复合物的氯仿溶液中1 M标准态的构象平均自由能后,参考您的博文《谈谈分子间结合能的构成以及分解分析思想》按照公式
ΔG_bind(sol) = G_(有机笼和酸根复合物的溶液中1 M标准态的构象平均自由能) - G_(有机笼单体的溶液中1 M标准态的构象平均自由能) - G_(阴离子在溶液中1 M标准态的自由能)
来计算有机笼和阴离子在氯仿溶液中结合的自由能。


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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-6-9 19:34:01 | 只看该作者 Only view this author
peter123 发表于 2025-6-9 19:01
非常感谢老师的指导,我还想请教一下您我目前在进行氯仿溶液中150个原子的有机分子笼(不带电)和酸根阴离 ...

“弱相互作用结合能”指代不明,完全不知道怎么定义的,和“结合自由能”是什么关系

溶剂模型对结果影响很大。之前如果用的SMD,可以尝试溶解自由能部分改成uESE计算
比SMD算溶解自由能更好的溶剂模型uESE的使用
http://sobereva.com/593http://bbs.keinsci.com/thread-22879-1-1.html

并且很关键一点是,氯仿是极性极低的溶剂,你研究的那些物质很可能不是以酸根形式存在,很可能是以未解离形式和有机笼结合的。
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发表于 Post on 2025-6-10 17:14:06 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 peter123 于 2025-7-8 09:35 编辑

(刚才第一个回复貌似要等待系统审核,我这边修改了一下发了第二个回复,还请老师把我的第一个回复删除)
非常感谢老师的指导,我昨天在本帖521楼请教了您,您在本帖522楼进行了指导。我根据您的指导重新看了实验原文并去搜索了您指出的溶剂中不完全解离的问题。目前还想请教您一下
我发现实验原文用的是四丁基铵盐,阳离子部分是四丁基铵阳离子,阴离子部分则是ClO4-、PF6-、BF4-、NO3-。这种盐在高极性溶剂中可以全部解离,在氯仿这种低极性溶剂中只能部分解离,大部分都是以离子对形式存在的。实验原文中测定的有机笼和酸根在固态下的晶体结构表明笼子的空腔里面只有一个高氯酸根离子,并没有阳离子(可能是因为阳离子太大,有四条丁基链,无法进入有机笼的空腔)。
实验中包含的少量计算部分,计算时的模型也是只考虑了高氯酸根进入有机笼空腔,没有考虑阳离子的影响。(不过您之前提过,JACS这种以实验为主的文章计算部分也可能存在问题,因此原文的计算部分只能作为参考)
另外,非常抱歉昨天我没有表述清楚。我说的是根据计算高精度单点,得出的有机笼和阴离子的结合能,也无法和实验原文有机笼对阴离子的选择顺序完全符合。如图1、2显示。

(补充一下,实验原文是先设计并合成了有机笼,然后通过NMR滴定实验发现有机笼对不同离子的捕获选择性不同,其中普通有机笼在氯仿中对高氯酸根的选择性最强,加了亲水侧链的有机笼在水中对六氟磷酸根的选择性最强。最后做了少量计算,原文中只分析了有机笼和高氯酸根之间的弱相互作用,没有分析有机笼和其他离子的弱相互作用。原文中有机笼的离子选择性如图3显示,其中C1allyl是可以在氯仿在溶解的有机笼,C1NH3Cl是加了亲水基团可以在水中溶解的有机笼。原文中还给出了溶解过程的热力学量变化值,但是补充材料中也没有说明这些热力学量变化值是怎么计算的)

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-6-10 23:13:28 | 只看该作者 Only view this author
peter123 发表于 2025-6-10 17:14
(刚才第一个回复貌似要等待系统审核,我这边修改了一下发了第二个回复,还请老师把我的第一个回复删除)非 ...

我建议你跑跑分子动力学,这样最能真实描述溶剂效应,而且也能描述阳离子部分的影响。跑动力学,直接就可以考察不同阴离子在笼中出现的几率(不指望和实验能对应得多好,关键是看趋势),而且顺带也能知道阳离子怎么运动/分布。这样了解实际溶剂中阴阳离子的分布和存在形态,对于量子化学计算所用模型的选择也很有指导意义,而且文章内容也更充实、丰富。动力学研究笼状体系吸附小分子或离子的文章非常多(JPCB、J Mol Liq这种期刊就有很多),建议多看看。
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发表于 Post on 2025-6-11 16:00:20 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 peter123 于 2025-7-2 11:39 编辑

非常感谢老师的指导,我这周先按照您的指导去学习一下您分子动力学的讲义,然后再用于我这个体系。我目前还想请教您一个小问题
我个人能力不够,这一年来一直都是您和我师兄在帮助和指导我(这里真的很感谢您),我也不打算读博了,想着发一篇文章就按时毕业去找工作。因此我想请教一下,如果我时间不够做不完分子动力学的部分,我只做普通有机笼和高氯酸根在氯仿体系、加了亲水基团有机笼和高氯酸根在水体系的工作。把这两个体系分别运用您波函数分析文章模板中的量子化学计算、多种波函数分析手段、能量分解等方法。对每个体系中运用xtb+molclus进行构象搜索得出的6-8个构象逐一进行分析,您觉得如果这样写一篇文章能发到OA期刊,比如MDPI旗下的molecules上面吗?我看到molecules上面的一些弱相互作用分析文章,似乎也就只分析了两个体系,因此我想请教一下您的看法。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-6-12 21:36:10 | 只看该作者 Only view this author
peter123 发表于 2025-6-11 16:00
非常感谢老师的指导,我这周先按照您的指导去学习一下您分子动力学的讲义,然后再用于我这个体系。我目前还 ...

可以试试。很大程度取决于运气
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发表于 Post on 2025-6-16 18:29:24 | 只看该作者 Only view this author
非常感谢老师的指导,我还想请教一下您
我目前在进行氯仿溶液中150个原子的有机分子笼(不带电)和阴离子体系的弱相互作用(C-H...X氢键)分析。
我的有机笼单体、有机笼和阴离子的复合物都是柔性体系,存在多个稳定构象。我参考您那个用molclus搜索瑞德西韦构象的例子,找到了有机笼单体、有机笼和BF4-、PF6-、NO3-、ClO4-结合后复合物的多个稳定构象。
目前我在搜索有机笼和碘离子结合后复合物的稳定构象,我搜索这些构象的时候跑从头算动力学的条件都是相同的,即xtb使用GFN0-xTB在350K下跑了300ps,得到了6000帧结构。然后再在GFN0-xTB下进行第一轮初步的优化,然后将去重的两个阈值都设置成0.5,对优化完的结构进行去重。
我之前无论是有机笼单体,还是有机笼和BF4-、PF6-、NO3-、ClO4-结合后的复合物,使用GFN0-xTB进行第一轮初步的优化并去重以后都能得到100多个结构。但是我把碘离子和有机笼的复合物使用GFN0-xTB进行第一轮初步的优化并去重以后却只剩下了39个结构,如下图显示。按理说我有机笼单体在同样的条件下去重都有100多个结构,笼子里面多了一个碘离子得到的结构数量肯定不会小于有机笼单体的结构数量的,但是我这里复合物的结构数量却比单体少了很多。
另外我发现,之前我用xtb使用GFN0-xTB在350K下跑有机笼和Cl-、BF4-离子的复合物时,不加限制势到了后期Cl-、BF4-离子就跑出笼子了。但是我用xtb使用GFN0-xTB在350K下跑有机笼和碘离子的复合物时,不加限制势碘离子也不会跑出去。我师兄说可能是因为碘离子比较重,所以就没有跑出去。
我想请教您以下问题
1.请问我这种情况正常吗?为什么有机笼和阴离子复合物的构象反而比有机笼单体的构象少呢?是因为碘离子太重的原因吗?
2.我只是为了进行构象搜索才跑的动力学,请问您觉得我这种情况得到的结构比较少,但是这些结构仍然可以用于后续的分析吧?(量化计算、弱相互作用波函数分析等等)
3.我想到碘离子这种第五周期的元素,用DFT的时候都要使用赝势来计算了,如果我使用GFN0-xTB来跑从头算动力学并进行结构优化,会不会太粗糙导致结构的误差很大呢?但是毕竟这只是一个构象搜索,得到的构象后续还要用DFT进行进一步的优化,您觉得应该没啥问题吧?

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-6-17 07:25:16 | 只看该作者 Only view this author
peter123 发表于 2025-6-16 18:29
非常感谢老师的指导,我还想请教一下您
我目前在进行氯仿溶液中150个原子的有机分子笼(不带电)和阴离子 ...

1 正常。半径很大的碘离子可能起到了支撑有机笼结构的作用,使得其变化相对没那么随意

2 可以

3 描述精度和元素是第几周期没必然联系。而且对于粗糙的GFN0-xTB来说,本来描述I-与有机笼的非共价相互作用比起描述共价作用还相对更容易

没问题
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发表于 Post on 2025-6-20 18:33:07 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 peter123 于 2025-7-8 09:38 编辑

非常感谢老师的指导,我还想请教一下您
我目前在进行氯仿溶液中150个原子的有机分子笼(不带电)和阴离子体系的弱相互作用(C-H...X氢键)分析。体系的示意图如图1显示。
(我计算所基于的实验原文是2023年JACS上的一篇以实验为主的文章,实验原文是先设计并合成了有机笼,然后通过NMR滴定实验发现有机笼对不同离子的捕获选择性不同,其中普通有机笼在氯仿中对高氯酸根的选择性最强,加了亲水侧链的有机笼在水中对六氟磷酸根的选择性最强。最后做了少量计算,原文中只分析了有机笼和高氯酸根之间的弱相互作用,没有分析有机笼和其他离子的弱相互作用。原文中有机笼的离子选择性如图2显示,其中C1allyl是可以在氯仿在溶解的有机笼,C1NH3Cl是加了亲水基团可以在水中溶解的有机笼。如图2显示原文中还给出了溶解过程的热力学量变化值,但是补充材料中也没有说明这些热力学量变化值是怎么计算的)
您当时建议我可以从计算的角度去分析有机笼对不同离子的选择性,然后再去用您multiwfn里面的那些弱相互作用分析方法去分析有机笼和阴离子之间的弱相互作用。(这里真的非常感谢您这一年来给我的帮助)

我想请教一下您以下问题
1. 您觉得我这篇文章目前还可以做什么分析呢?我本来还想按照您的文章模板从原子电荷的角度来讨论一下有机笼和阴离子的弱相互作用,但是如图1显示,有机笼的多个C-H和酸根阴离子的多个O同时有弱相互作用,情况比较复杂,这样来看似乎不太容易从原子电荷的角度来讨论弱相互作用。

2. 我今天在论坛发现您的帖子《使用Multiwfn计算分子和晶体中孔洞的直径》,之前我还看到您《使用Multiwfn计算分子的动力学直径》。我能否参考这两篇文章,计算有机笼的空腔和阴离子的大小,从大小匹配的角度来讨论一下有机笼对不同阴离子的选择性吸附?但是我不确定您这两个帖子算的半径能否对照?


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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-6-22 06:06:26 | 只看该作者 Only view this author
peter123 发表于 2025-6-20 18:33
非常感谢老师的指导,我还想请教一下您我目前在进行氯仿溶液中150个原子的有机分子笼(不带电)和阴离子体 ...

你的有机笼是柔性的,阴离子进去之后笼的构象如果会发生改变的话,光靠单一有机笼构象讨论孔洞尺寸,并不合适。

讨论选择性,有三个角度
1 从静电作用角度来说,着重分析被吸附的不同阴离子和有机笼的静电势互补性,参考下文
使用Multiwfn+VMD快速地绘制静电势着色的分子范德华表面图和分子间穿透图(含视频演示)
http://sobereva.com/443http://bbs.keinsci.com/thread-11080-1-1.html

2 从范德华作用角度来说,着重分析不同阴离子与有机笼的范德华势最负区域的重叠程度,参考下文的讨论例子,以及Multiwfn 2024年原文J. Chem. Phys., 161, 082503 (2024) DOI: 10.1063/5.0216272里的范德华势的例子
8字形双环分子对18碳环的独特吸附行为的量子化学、波函数分析与分子动力学研究
http://sobereva.com/674http://bbs.keinsci.com/thread-38312-1-1.html

3 从尺寸互补性角度来说,我还是建议跑跑分子动力学。看看有机笼的柔性程度、吸附造成的有机笼的变形情况,再进而考察是否阴离子尺寸的不同会影响结合。

如果觉得文章内容实在素材不够,我还是建议跑跑动力学,能讨论的东西多多了,也更有说服力,明显更容易发到更好的期刊上。
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发表于 Post on 2025-6-25 17:36:20 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 peter123 于 2025-6-25 17:45 编辑

非常感谢老师耐心的指导,我还想请教一下您
我目前在进行氯仿溶液中150个原子的有机分子笼(不带电)和阴离子体系的弱相互作用(C-H...X氢键)分析。体系的示意图如图1显示。
我目前做了AIM拓扑分析、CVB指数分析、弱相互作用可视化分析(IGMH、IRI)来分析了有机笼和阴离子之间的弱相互作用,这些分析结果都表明有机笼和阴离子之间的弱相互作用是非常弱的C-H...X(X=O、F等)氢键。其中IGMH分析得出的结果如图2显示,等值面都为绿色,和范德华作用类似。
因为目前我这个体系的弱相互作用可视化分析结果和范德华作用类似,同时我看到您博文中提到“当分析一类新的弱相互作用体系的时候,要和已知的其他弱相互作用体系相互对照讨论”。我目前打算分别算一些经典的小分子的常规氢键体系,还有范德华作用体系,也进行AIM拓扑分析、CVB指数分析、弱相互作用可视化分析(IGMH、IRI),然后和我的这个有机笼-阴离子体系的弱相互作用分析结果进行对比讨论。
目前我常规氢键体系准备选两个水分子的氢键作用体系,范德华作用体系准备选两个甲烷分子的作用体系。
我想请教您如下问题
1. 我看到您讲义上提到了水分子和一氧化碳分子之间可以形成极弱的氢键,请问您觉得这个例子我也需要拿来对比吗?
2. 因为我目前不确定常规氢键、范德华作用体系到底要选择几个例子来计算,我上面只是分别给两个体系各选择了一个经典的小分子例子用来和我的有机笼-阴离子弱相互作用体系进行对比讨论,您觉得我这样可以吗?例子的数目是否充足?我想听听您的指导。
3. 如图2显示,因为我的有机笼-阴离子弱相互作用体系弱相互作用可视化分析结果和范德华作用非常相似,那请问我如何区别我这种非常规C-H...X(X=O、F等)氢键和范德华作用呢?能否说因为我这里有C-H键,所以就是氢键而不是范德华作用呢?
4. 请问我把范德华作用的例子和我的有机笼-阴离子作用体系进行对比分析的时候,因为范德华作用的例子无法做AIM分析和CVB指数分析,是不是只做弱相互作用可视化分析,然后进行对比讨论即可?
5. 因为我在您的博文和讲义上似乎没有找到如何对比讨论不同弱相互作用体系的例子,因此我这些对比讨论分析的方法可能也存在不少问题,我想请问您是否有关于不同弱相互作用体系的对比讨论方法的指导和建议?比如氢键的键角是否需要分析讨论呢?


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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-6-25 22:08:56 | 只看该作者 Only view this author
peter123 发表于 2025-6-25 17:36
非常感谢老师耐心的指导,我还想请教一下您我目前在进行氯仿溶液中150个原子的有机分子笼(不带电)和阴离 ...

1、2 没必要做这些对比。只专注当前感兴趣的体系就够了。

3 IGMH图没法展现跨空间的静电作用。有机笼即便和阴离子的静电吸引很显著,由于作用区域电子密度很低,所以仍然等值面是绿色的。要想直观展现静电作用,应该用EDA-FF,作图展现各个原子对分子间静电作用的贡献
使用Multiwfn做基于分子力场的能量分解分析
http://sobereva.com/442http://bbs.keinsci.com/thread-10907-1-1.html

4 是。但是对于范德华作用主导的分析,还可以做下文的分析
使用Multiwfn图形化展现原子对色散能的贡献以及色散密度
http://sobereva.com/705http://bbs.keinsci.com/thread-44723-1-1.html
虽然对于阴阳离子作用来说,范德华作用相对次要,但仍有讨论意义

5 那种文章太多了。量子化学波函数分析与Multiwfn程序培训班(http://www.keinsci.com/WFN)中的“弱相互作用的分析”一节里引了很多文献,其中很多都比较了类似的复合物的相互作用特征,都可以参考
如果氢键作用显著,氢键的几何特征自然可以分析
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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发表于 Post on 2025-7-2 15:45:41 | 只看该作者 Only view this author
非常感谢老师耐心的指导,我还想请教一下您
我目前在进行氯仿溶液中150个原子的有机分子笼(不带电)和阴离子体系的弱相互作用(C-H...X氢键)分析。体系的示意图如图1显示。
我之前在本帖的523楼请教过您,当时我说我那个氢键的IGMH分析等值面也是绿色的,和范德华作用类似,如图2显示。并且我之前也在523楼贴了我那个体系的IGMH分析得到的图片。您当时是建议我做EDA-FF能量分解,来直观的展示静电作用,并作图展现各个原子对分子间静电作用的贡献。
我现在使用您开发的sobEDAw能量分解方法对酸根和有机笼之间的非常规氢键进行分析,并参考您2019年的那篇氢键文章,对典型的中等强度氢键体系(HF-H2O二聚体)和典型的范德华作用体系(两个甲烷分子形成的二聚体)也进行了sobEDAw能量分解分析。得到了如下的结果
(1) HF-H2O之间为典型的中等强度氢键,它是静电相互作用所主导的,ΔE_els占总吸引作用的53.87%,ΔE_orb占33.29%,ΔE_disp占12.84%
(2) CH4二聚体之间为典型的范德华作用,它是色散相互作用所主导的,ΔE_disp占总吸引作用的82.32%,ΔE_els占16.3%,ΔE_orb占5.19%
(3) 对于有机笼和高氯酸根之间的弱相互作用,ΔE_els占总吸引作用的45.76%, ΔE_disp占总吸引作用的31.5%,ΔE_orb占总吸引作用的22.74%。可以看到静电作用和色散作用占的比例刚好处于中等强度氢键和范德华作用之间。
我看到您2019年那篇氢键文章中提到“强度很低的氢键主要是通过静电吸引和色散吸引效果一起维持的。而中等强度氢键,比如水二聚体,静电吸引作用占绝对主导,而色散吸引和诱导作用一起起到辅助效果。”
我想请教您以下问题
1. 请问我做了更精确的sobEDAw能量分解,是不是可以不做EDA-FF能量分解了?
2. 我在文章中给我这个非常规氢键下定义的时候,能否引用您2019年的那篇氢键文章?根据您这篇文章的观点,我这个体系中的非常规氢键似乎比一般中等强度氢键要弱,因为静电作用占的比例小于中等强度氢键,而色散作用占比明显高于中等强度氢键。我能否根据以上观点说我这种非常规氢键是一种弱氢键呢?
3. 如上所述,上次我在本帖的523楼请教您,说我通过IGMH分析无法区别我这种弱氢键和范德华作用。您本来说让我用EDA-FF能量分解来展示静电作用,请问您的意思是不是让我通过静电作用的占比来区分我这种弱氢键和范德华作用呢?
我现在通过sobEDAw能量分解,发现我这种弱氢键中色散作用不可忽略,但是静电作用(45.76%)占比仍高于色散作用(31.5%)。而典型的范德华作用中是色散作用(82.32%)占绝对主导。请问我能否根据这个理由来区分我这种弱氢键和范德华作用呢?

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