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[综合交流] 金属与水和有机物配位以及力场描述的疑问

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各位老师好根据我的理解,GROMACS 使用的力场中,是无法描述金属离子与水分子之间显式的配位键,例如无法描述Li+-4H2O,Co2+-6H2O。它们之间的相互作用是由非键项描述,并且通过配位数的计算能够得到金属离子周围第一水合层内水分子的平均数目,但Li/Co和H2O之间的主要相互作用也就是静电吸引作用,所以是否现有的力场是可以描述金属离子在水溶剂下的表现,出来配位键的成键情况,那么主要描述的是什么表现呢?如果想表现水合离子,例如Li+-4H2O,Co2+-6H2O,是否在初始建模的时候就应该以该结构体现。例如,我如果要模拟金属水合物在有机溶剂中的表现,例如与有机溶剂阴离子的作用情况,是否就应该将Li+-4H2O,Co2+-6H2O与有机相放在一起?

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发表于 Post on 2026-6-15 18:50:04 | 只看该作者 Only view this author
不是gromacs不能描述配位键,你用sobtop创建配合物的拓扑文件自然就能描述,例如下文
使用Sobtop超级方便地创建二茂铁的GROMACS的拓扑文件
http://sobereva.com/635http://bbs.keinsci.com/thread-27803-1-1.html
只不过GROMACS不支持反应力场,无法准确地描述共价特征显著的配位键的自发形成和断裂过程。
Li+与水的作用、微结构就用普通Li+离子参数就可以描述(如KBFF、Merz等力场)
Co2+与水的作用,用Merz的离子参数能凑合描述(包括配位数)
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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 楼主 Author| 发表于 Post on 2026-6-25 17:08:37 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2026-6-15 18:50
不是gromacs不能描述配位键,你用sobtop创建配合物的拓扑文件自然就能描述,例如下文
使用Sobtop超级方便 ...

老师,那如果我分别描述金属离子在水相中的溶剂状态以及金属-有机溶剂阴离子在有机溶剂环境中的行为,同时利用pull将金属离子拉入有机相,通过计算三者的PMF,能否作为萃取过程的一种描述?

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发表于 Post on 2026-6-26 09:38:28 | 只看该作者 Only view this author
downpuor 发表于 2026-6-25 17:08
老师,那如果我分别描述金属离子在水相中的溶剂状态以及金属-有机溶剂阴离子在有机溶剂环境中的行为,同 ...

“三者的PMF”指代不明
如果有两种溶剂、分成两相,把金属离子从一相拉入另一相,PMF的变化可以用来体现金属离子对两相亲合性的差别,前提是力场能合理描述金属离子和两种溶剂的相互作用
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2026-7-30 15:21:07 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2026-6-26 09:38
“三者的PMF”指代不明
如果有两种溶剂、分成两相,把金属离子从一相拉入另一相,PMF的变化可以用来体现 ...

老师想再问一下目前gromacs是无法描述裸金属离子从水相进入有机相的过程,结果往往是金属更倾向保持水合状态。是不是因为1.一方面现有的力场参数是否无法同时描述Li+/Co2+与H2O的作用同时描述Li+/Co2+与离子液体或者其他有机溶剂的作用。2.另一方面是如果一开始金属就位于水相,处于被水包裹无法接触有机相的环境是很难受到另一相的静电吸引作用,同时金属实际进入有机相的形态不一定裸离子。3.如果我只是想比较几种离子液体对Li+/Co2+水合作用的削弱作用是不是直接建立混合溶剂包裹的金属离子体系比较合适。4.界面是萃取反应最容易发生的位置,两相形成界面后我直接将进入金属结合有机相的结构加在界面区域内,在描述中心金属和水分子的相互作用等等。3和4的目的都是想说明实验过程不同离子液体有不同萃取能力的原因。

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发表于 Post on 2026-7-30 20:43:04 | 只看该作者 Only view this author
downpuor 发表于 2026-7-30 15:21
老师想再问一下目前gromacs是无法描述裸金属离子从水相进入有机相的过程,结果往往是金属更倾向保持水合 ...

力场没法描述好这个,要得到靠谱结果至少得用DFT
可以计算金属离子在不同溶剂环境下溶解自由能的差别说事,这属于静态计算。还有一种是跑水相+其它溶剂相的从头算动力学,计算金属离子在两相转移路径上的PMF(自由能曲线)来对比差异,这比较麻烦且昂贵,但考虑得更充分(特别是金属离子和溶剂结合方式没有单一主导构型时)。
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2026-8-5 22:40:50 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 downpuor 于 2026-8-6 00:45 编辑
sobereva 发表于 2026-7-30 20:43
力场没法描述好这个,要得到靠谱结果至少得用DFT
可以计算金属离子在不同溶剂环境下溶解自由能的差别说 ...

老师金属离子在水相和有机相的存在形态不同,比如锂盐(氯化锂)溶于水通常是四水合物形式存在的四水合锂以及和离子液体阴离子结合的Li-Anion络合物,计算溶解自由能的时候就需要在不同溶剂环境下采取不同的溶质形态,针对于前者需要在结构优化四水合锂的时候考虑游离在水中的氯离子吗?还有就是溶质自由能是不是能够表达溶质在溶液里的稳定性?

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发表于 Post on 2026-8-6 01:36:51 | 只看该作者 Only view this author
downpuor 发表于 2026-8-5 22:40
老师金属离子在水相和有机相的存在形态不同,比如锂盐(氯化锂)溶于水通常是四水合物形式存在的四水合锂 ...

氯离子是否考虑无所谓,不显著影响四水合Li+的结构
“稳定性”指代不明,没法回答
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2026-8-7 00:17:59 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2026-8-6 01:36
氯离子是否考虑无所谓,不显著影响四水合Li+的结构
“稳定性”指代不明,没法回答

老师也就是说氯离子不需要描述在水环境中吗?另外就是锂离子不同水合/配位形态的溶质自由能,能够比较阴离子对第一水合层的替换能力吗?

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