计算得到的玻尔兹曼分布与实验NMR不符

小强 · 发表于 Post on 2017-8-11 20:15:33

如题，我在m062x-d3/def2tzvp//b3lyp-d3/6-31g**计算水平下计算构象的玻尔兹曼分布，得到构象比例约为3:1，实验NMR得到的比例约为5:1，计算结果与实验有出入；想着可能是体系有弱相互作用，上述自由能的计算不是太准确；随后在b3lyp-d3/ma-def2tzvp//b3lyp-d3/6-311g**水平重新算了遍，得到的比例为1:1，与实验值出入更大了。(ps：优化与频率计算均带有溶剂模型)请问大家，这种情况是自由能计算不准确导致的吗？往下不知道该怎么搞了，还请指点下。先谢谢了！

liyuanhe211 · 发表于 Post on 2017-8-12 00:38:42

3:1和5:1的能量差别才0.3 kcal/mol，已经到了高精度方法对应的量级，想算准是不容易的。即使不说热力学组合方法，也至少用双杂化/QZ//DFT/TZ之类的级别才能算的靠谱（例如DSD-PBEP86/def2-QZVPP//M06-2X-D3/def-TZVP）。另外校正因子、溶剂化计算的级别都要正确使用。

再者考虑一下实验上的问题。既然你能从实验上观察到两个构象的比例，所以两个构象之间的转变能垒看来是远超过核磁的时间尺度的。计算上是考虑的热力学平衡下的两种构象分布，所以需要考虑你的核磁样品是不是真的达到了热力学平衡。例如实验上观察到一些受阻的构象转变、酰胺的构象、烯醇式/酮式的互变等（当然后者就不是构象了），样品根本就不是热力学平衡态（可以首先测量样品、然后将样品加热再降温，发现两次测量的比例有显著差别）。再者实验上有没有杂质影响，比如氘代氯仿里有游离酸、会显著影响烯醇式/酮式的比例。

小强 · 发表于 Post on 2017-8-12 10:27:34

liyuanhe211 发表于 2017-8-12 00:38
3:1和5:1的能量差别才0.3 kcal/mol，已经到了高精度方法对应的量级，想算准是不容易的。即使不说热力学组合 ...

谢谢李博士的解答，明白怎么回事了。说的很详细、很全面。大赞

abdoman · 发表于 Post on 2017-8-15 09:31:01

liyuanhe211 发表于 2017-8-12 00:38
3:1和5:1的能量差别才0.3 kcal/mol，已经到了高精度方法对应的量级，想算准是不容易的。即使不说热力学组合 ...

您好，想请教一下：
1. 3：1 和5:1的能量差为什么是0.3 kcal/mol？
2. 量化计算，"用双杂化/QZ//DFT/TZ之类的级别才能算的靠谱（例如DSD-PBEP86/def2-QZVPP//M06-2X-D3/def-TZVP）。另外校正因子、溶剂化计算的级别都要正确使用"
这个理论计算的极限是多少kcal/mol ? 我的意思是有没有误差？ 0.3 kcal/mol 能否区分出来？

liyuanhe211 · 发表于 Post on 2017-8-15 09:45:05

本帖最后由 liyuanhe211 于 2017-8-15 12:31 编辑

abdoman 发表于 2017-8-15 09:31
您好，想请教一下：
1. 3：1 和5:1的能量差为什么是0.3 kcal/mol？
2. 量化计算，"用双杂化/QZ//DFT/TZ ...

(1) RTlnK
(2)
"有没有误差"：显然有，哪儿有没误差的方法。FCI/CBS还有Hamiltonian和模型（比如溶剂化、动力学、统计）的问题

能否区分看你的体系，对不同类型、不同大小、不同组成的体系、计算不同量的误差有区别，可以自己去看Benchmark。

注意我说的是“至少”用，你还偏偏把这词截掉了。从结构相似的简单有机物的热力学计算的简单经验上来看，这个级别刚能定性的区分出3:1和5:1两种情况谁高谁低，统计的结果自己去看Benchmark。真想算到例如0.1kcal/mol的能量分辨率就上高精度吧

abdoman · 发表于 Post on 2017-8-15 20:37:51

liyuanhe211 发表于 2017-8-15 09:45
(1) RTlnK
(2)
"有没有误差"：显然有，哪儿有没误差的方法。FCI/CBS还有Hamiltonian和模型（比如溶剂 ...

非常感谢您的耐心回复。

对于问题2的话，benchmark的文章，不知有没有合适的推荐
高精度能区分0.1kcal/mol ？
从您的回复来看，'DSD-PBEP86/def2-QZVPP//M06-2X-D3/def-TZVP' 的误差估计在0.3 kcal/mol左右，对吗？
我只是想了解一下，一般情况下，计算的极限在什么样的一个数量级（？kcal/mol）。

卡开发发 · 发表于 Post on 2017-8-15 21:01:40

abdoman 发表于 2017-8-15 20:37
非常感谢您的耐心回复。

对于问题2的话，benchmark的文章，不知有没有合适的推荐

问题不只是这些，除了电子结构方法的问题，这个精度下，原子核运动的近似处理随时也可能引进误差，因此不见得高精度的电子结构方法一定能给出接近实验的结果，甚至有些已经发出来的文章数据看起来很好有可能刚好也只是误差抵消罢了。

Boltzmann分布、速率常数、溶解度、Ka等，这些物理量很难算，都是dG的exp指数，一般方法能把lg（物理量）算的看起来还可以就不错了。

abdoman · 发表于 Post on 2017-8-15 21:05:13

卡开发发发表于 2017-8-15 21:01
问题不只是这些，除了电子结构方法的问题，这个精度下，原子核运动的近似处理随时也可能引进误差，因此不 ...

您好，非常感谢您的回复。
我并不是说一定要接近实验值（没有意义，实验也有误差）。
我只是想知道，理论计算一般来说能够达到一个什么样的精度（~0.6 kcal/mol ?或者更小？)

sobereva · 发表于 Post on 2017-8-16 00:48:15

abdoman 发表于 2017-8-15 21:05
您好，非常感谢您的回复。
我并不是说一定要接近实验值（没有意义，实验也有误差）。
我只是想知道，理 ...

如果你用G4等高精度热力学组合方法，构象间差异精度能到零点几kcal/mol甚至更小

你要真想到0.1kcal/mol的程度，非得W1等超高精度热力学组合方法才行。然而，纵使气相下能到这样的精度，现有的溶剂模型给出的溶解自由能的误差也不止这个程度

abdoman · 发表于 Post on 2017-8-17 19:49:09

sobereva 发表于 2017-8-16 00:48
如果你用G4等高精度热力学组合方法，构象间差异精度能到零点几kcal/mol甚至更小

你要真想到0.1kcal/ ...

非常感谢管理员的回复，
明白了。

sofia · 发表于 Post on 2017-11-25 20:16:09

liyuanhe211 发表于 2017-8-12 00:38
3:1和5:1的能量差别才0.3 kcal/mol，已经到了高精度方法对应的量级，想算准是不容易的。即使不说热力学组合 ...

老师，那如此说来是不是如果能量计算不准确，再讨论玻尔兹曼分布下的构象比例意义就不大了呢，因为能量相差很小都会导致比例相差很大

sobereva · 发表于 Post on 2017-11-26 11:43:47

sofia 发表于 2017-11-25 20:16
老师，那如此说来是不是如果能量计算不准确，再讨论玻尔兹曼分布下的构象比例意义就不大了呢，因为能量相 ...

是

sofia · 发表于 Post on 2017-11-26 15:42:13

sobereva 发表于 2017-11-26 11:43
是

谢谢老师！

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