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[综合交流] 构建被显式溶剂层包裹的分子的简单方法

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发表于 2018-1-21 22:58:43 | 显示全部楼层 |阅读模式
构建被显式溶剂层包裹的分子的简单方法

文/Sobereva@北京科音  2018-Jan-20

0 前言

溶剂模型分两大类,显式溶剂模型、隐式溶剂模型。在量子化学研究中,一般为了省事、方便以及为了考虑溶剂平均效应而用隐式溶剂模型,但是有时候溶剂效应没法靠连续介质的考虑方式描述,非得用显式溶剂模型不可。有些情况只需要很少的显式溶剂即可,比如水催化的反应,只需要把参与反应的水分子纳入体系即可。但研究许多问题的时候,显式溶剂放在哪、怎么放,哪些位置的显式溶剂会起到关键作用并不明确(比如考虑显式溶剂对UV-Vis光谱影响的问题),那么为了保险就得给整个分子加上一个溶剂层。通常显式溶剂和隐式溶剂是一起使用的,后者描述显式溶剂层外部的体相溶剂效应,这称为杂化溶剂模型。

加溶剂层比较严谨、可靠的做法是对体系跑分子动力学,然后从中提取一些帧(可以均匀间隔采样,也可以做周期性退火,取对应0K的帧),然后把靠近溶质的溶剂分子连同溶质提取出来,再用量化方法优化。但这样做对于不懂MD的人门槛略高,有时候处理的体系还不好生成拓扑文件、弄到适合的力场参数。

本文目的是介绍比较简单的给分子加上溶剂层的做法,不需要跑动力学。虽然没有MD严格,但对于搞量化的人来说多数情况也够用了,本文的方法也比较普适。本文使用的程序为Gaussian16 A.03、Packmol 16.344、VMD 1.9.3、MOPAC2016。本文以构建靛青(indigo)分子被显式水包围的体系作为例子。

本文涉及的所有文件可在此处下载: 406.7z (2.87 MB, 下载次数: 25)

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发表于 2018-1-22 00:56:39 来自手机 | 显示全部楼层
好 :鼓掌:鼓掌  只是不知道加上显式水分子之后,计算量如何? 比如50个原子的体系,加水之后共有300个原子;那这个体系的计算量是不是跟平常算300原子体系的计算量一样大?  还是说加上去的显式溶剂有简化的计算方法?

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 楼主| 发表于 2018-1-22 10:55:28 | 显示全部楼层
霜晨月 发表于 2018-1-22 00:56
好 :鼓掌:鼓掌  只是不知道加上显式水分子之后,计算量如何? 比如50个原子的体系,加水之后共有300个原子 ...


是。

得到本文的最终包裹结构后,应当根据要用的计算级别(DFT还是半经验)、计算程序(诸如同等计算量ORCA能算得动的体系远比Gaussian大得多)、具体情况(那些水可能比较重要、有多少水是必须保留的),来手动修改,去掉没太大意义的水分子,进一步减小体系来降低后续计算耗时
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发表于 2020-1-13 12:40:46 | 显示全部楼层
本帖最后由 wanlichuan 于 2020-1-13 12:41 编辑

我做了一个练习。到了“4 用MOPAC2016优化溶质+溶剂层体系”这一步发现一个问题,不固定溶质分子的坐标,可以正常优化,但是一旦给溶质分子的坐标后面都加上0,就不优化了,报错信息如下:
           Faulty atom:  307
            Faulty line: " C        -0.948000        2.360000        0.116000 0"
          Unless MINI is used, optimization flags must be 1, 0, or -1
后来把需要优化溶剂分子的坐标后面加上1,不需要优化的溶质分子的坐标后面加上0,还是不能优化,报错信息如下:
          Faulty atom:    5
          Faulty line: " H        -6.112000        1.627000        4.565000 1"
          Unless MINI is used, optimization flags must be 1, 0, or -1
如果坐标后面什么都不加,所有分子都优化,则一切正常。
这是为什么呢?
我把第二种情况的输入输出文件上传了(整个体系带一个正电荷,所以加上了“CHARGE=1”),请卢老师帮忙看看。
谢谢。

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B-UFF-select.mop

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 楼主| 发表于 2020-1-13 20:54:24 | 显示全部楼层
wanlichuan 发表于 2020-1-13 12:40
我做了一个练习。到了“4 用MOPAC2016优化溶质+溶剂层体系”这一步发现一个问题,不固定溶质分子的坐标,可 ...

把含有结构信息的文件(如xyz、pdb等)载入Multiwfn,进入主功能100的子功能2,选择产生MOPAC输入文件,在界面里提供了选项来设定对哪些原子进行冻结,设好之后选择计算级别,就可以得到你需要的mop文件。这样产生mop文件又方便又不会弄错。
(必须是目前官网上最新版本Multiwfn才有此功能)
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发表于 2020-1-14 08:49:36 | 显示全部楼层
好的,谢谢卢老师。

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发表于 2020-2-22 21:56:49 | 显示全部楼层
本帖最后由 captain 于 2020-2-22 21:59 编辑

请问大神,关于这句话,“然后把靠近溶质的溶剂分子连同溶质提取出来,再用量化方法优化”,
用量化方法优化时,应该最好带着隐式溶剂模型优化吧?(即采用的是杂化溶剂模型)
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 楼主| 发表于 2020-2-22 22:36:14 | 显示全部楼层
captain 发表于 2020-2-22 21:56
请问大神,关于这句话,“然后把靠近溶质的溶剂分子连同溶质提取出来,再用量化方法优化”,
用量化方法优 ...


通常没有任何理由只用显式而不用杂化溶剂模型
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发表于 2020-2-22 23:13:45 | 显示全部楼层
sobereva 发表于 2020-2-22 22:36

通常没有任何理由只用显式而不用杂化溶剂模型

明白了,谢大神指点!
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