高斯计算，溶液中蒙脱石与黄曲霉毒素的相互作用
想用高斯计算，在水中，蒙脱石对黄曲霉毒素的吸附作用，即二者间的相互作用。
一、研究物质：
1、蒙脱石晶体，是由两层硅氧四面体，包夹一层铝氧八面体，形成的层状结构铝硅酸盐矿物。八面体中Al常被Mg取代，因而整个蒙脱石带负电。阳离子置换所引起的电荷不平衡主要由层间阳离子（Ca离子）来补偿，层间的阳离子常以水化状态出现。
图为单层蒙脱石的结构，中间铝氧八面体有一个Al被Mg取代，由MS绘制，作为高斯输入文件
图为蒙脱石晶体结构示意图；
2、黄曲霉素结构如图，在数据库http://webbook.nist.gov/cgi/cboo ... O6&Units=SI查找得到：
二、经验假设二者之间的作用:
1、黄曲霉毒素通过Ca离子，和蒙脱石之间形成“阳离子键桥”；
2、黄曲霉毒素和蒙脱石矿物，通过静电作用、氢键等弱作用力发生；
3、黄曲霉毒素，通过以上作用，尤其是通过作用1，甚至进入了蒙脱石阳离子层间。
以上假设有实验现象支持：阳离子溶出量随吸附量增加而增加，吸附量较大时蒙脱石XRD图发生变化。
小弟即想通过高斯计算，对这三个假设进行分析；
三、小弟目前情况：
1、初步计算计划：
方法、机组和溶剂模型 ： b3lyp/6-311g scrf=（cpcm, solvent=water）；
（下述A为黄曲霉素，B为单层蒙脱石晶体）
（1）在A上，分别连接Ca离子，为A-Ca，用上述方法和模型优化并计算能量；
（2） 优化并计算B的能量；
（3）将A-Ca和B放到一起计算；
作用能=E（A-CaB）-E(A)-E(B),并作BSSE矫正。
（4）然后，分析A和B之间的相互作用，键能键长等。
2、其他
小弟想做初步的计算，所以没有加极化和弥散。不过现在看起来算的挺慢的，第（3）部花了两天还没有算完（g09 A for linux，64GB内存，AMD32核，计算时加了scf=qc），也不知道出来会是什么结果。
四、存在的疑问：
小弟这学期断断续续接触计算，我们学校也没有人做量化计算的，基础很差，一路摸索，不会只能在论坛上求助，承蒙虫友照顾，但还想让大家帮我把这个工作给提提批判批判，帮小弟解答一下其中疑问：
1、蒙脱石结构（在第（3）步计算前），是应当在的MS中优化后在高斯中计算好，还是直接在gaussian中优化好呢？
2、合适的初始构型：
（1）小弟在A（黄曲霉素）的两个羰基上，用gview直接和Ca连接（A-Ca），这样做是否合适？下图为A-Ca优化前后（优化后O-Ca之间的较长的键是静电作用吗？）
（2） 此外，将优化后的A-Ca，放入B（蒙脱石）中，是否有什么讲究（如角度和距离等，该如何设置才具有代表性，还是应该多试试看）？
（3） 我这样的做法，是不是根本就不合适呢？
3、体系电荷和自旋多重度如何考虑呢？
之前看了一些关于体系带电和自旋多重度的设置（单电子数+1=自旋多重度），但是还是不太理解，如A-Ca，应该怎么设置呢？
B（单层蒙脱石，一个Al被Mg取代，体系带1个负电荷），在计算时应该设置多少呢（我设置的是“-1 1”）？把A-Ca和B放到一起，应该怎么设置呢？（单电子数目我不太会看啊）
4、溶剂模型的选择
这样的设置是否就足够了呢？ scrf=（cpcm, solvent=water）。
专家ChemAndy曾在一篇计算有机物之间相互作用能的帖子中建议，“如果溶剂分子与溶质分子之间有H键，你就摆些溶剂分子在H键位点上，然后依然做CPM。”但是我感觉着不太适合这个情况，因为体系中有离子。
5、最关键的问题：预期的结果是否存在可能性？
预计的情况是：
用双层蒙脱石结构(而不是现在的单层)，层间含有水合Ca离子。A（黄曲霉素）和蒙脱石在水中，进入层间的极性水化阳离子层，通过某些作用被吸附（静电作用，阳离子键桥等），而这些作用可以通过gaussian的计算得到直观的表征。
不知道这样的预计，能否实现（因为蒙脱石包括其层间是极性区域，而黄曲霉素是非极性的），如何实现（就是上述的几个问题）。
6、各位老师和前辈，请多给一点批评和建议，衷心感谢。
QQ截图20140328145844.png
返回小木虫查看更多
京公网安备 11010802022153号
想用高斯计算，在水中，蒙脱石对黄曲霉毒素的吸附作用。
因为觉得仅根据自己浅薄的认知，无法考虑到真实的实验条件，再次向各位求教；
小弟最近在量化版发问颇多，多谢各位虫友的帮助，待知识再略成体系，定然尝试为论坛贡献一些力量。真的感谢。。。。
小弟目前收到三条建议：
1 若A-Ca+B一起计算，应当保持整个体系电荷平衡，即一个同晶置换的Mg，产生一个负电荷，那么体系的Ca离子应当和其对应，保持体系电荷平衡；
2 初始结构有问题，应当用分子动力学的方法查找适合的初始结构（这个我真的不太会，是否还得从头学。。）
3 晶体结构应当在MS里优化；
不敢称专家，受邀请说点自己的想法。
首先你的问题的本质是通过实验现象得出了一些A-Ca(2+)-B离子键桥(Ion bridge)作用的假说(hypothesis)，然后想用计算进行验证。其实这里面包含多个问题，第一，该假说是否正确？即三者是否有这样的ion bridge作用。一般计算验证者很少质疑实验的推论，而只是根据实验推论进行搭构型进行计算，因为实验是我们研究的基础。因此在给出结论时要记住这一点。第二，如果假说是正确的，那么实际的作用构形是怎样的的？有几种可能？三者在何位点相互作用？三者比例多大？
这些都不知道。因此本质上这个问题属于构形搜索，而且不涉及化学变化。构形搜索一般有两种方法，一是根据化学直觉和已知的实验证据自己搭构型，当然，这要求尽可能穷举出所有最可能的构形进行计算。楼主显然属于这种情况，而且陷在穷举构型的泥沼里不知道如何突围。而且这种穷举法还有个弊端，即只能比较已经举出的构型进行比较研究，并不能确认不存在其它可能，或者肯定就是这些构型。因此，这种方法只适用于简单体系，而不适用于复杂体系。复杂体系的构型搜索一般要用分子动力学或者蒙特卡洛模拟方法，按照真实体系的比例搭好盒子，然后进行采样，多数情况下还需要加速采样技术，然后从结果中看看哪种构型的概率最大，意味着最可能的构型，通常还能找到一些意想不到的可能构型，它们的势能稍高一些，实际存在的时间稍短一些，但也是可能的。
我不知道楼主的项目是什么性质的。如果是你的博士论文，那么毫无疑问你得去搞分子动力学的作用机理搜索。如果你只是一个硕士论文，或者短期项目，我不建议另起炉炤，中途换炮。因为这个问题的复杂性，使得它不适合作为一个硕士论文的题目。你可以继续量子化学计算，把目标定义在构型预研究(Preliminary study)。尽最大努力例举出A-Ca(2+), Ca(2+)-B的可能作用构形，分别计算作用能，得出最大可能性。然后在此基础上给出A-Ca(2+)-B的最可能作用构型，并给出作用能大小的数量级估算。这样的话，纯粹是验证ion-bridge作用机理，但是为进一步的作用机理搜索提供一个基础。
所以，我的建议是：
(1) 研究A-Ca(2+)作用，提出1~2个Ca2+与A作用的可能构型，并比较作用能大小。
(2) 研究Ca(2+)-B蒙脱石作用。建议搭建一个更小的蒙脱石cluster即可，重点是表现出Ca2+与蒙脱石作用位点的化学环境，以及化学作用本质。比如，Al-Mg替代效应，离子-氢键作用，还是离子-离子作用等。我想在蒙脱石表面寻找几个可能的离子作用位点还是不难的。
(3) 最后把最可能的集中A-Ca(2+)和Ca(2+)-B连起来，优化一下构型，算一下结合能。
当然，所有的计算最好使用隐式溶剂模型PCM。在剩余的可能氢键位点上加显式的水分子。加水分子可能对稳定分子团簇有贡献。当然，你也可以比较加水与不加水分子到底有什么差别。
关于多重度，既然你的体系中没有自由基，中间体之类的含未成对电子的化学种类，因此，全部为1。电荷呢，看有没有离子。该多大就设为多大。
关于你所说的预期的结果是否存在的问题，正如我上面说的，你的题目应该是对“黄曲霉素、钙离子、蒙脱石之间离子键桥作用假说的预研究计算验证”。你的结果将提出最可能的离子键桥作用构型，和估算的作用能。但该假说是否正确，超出简单量子化学计算所能回答的问题范围。
PS:你的黄曲霉素的构型有误。注意右下角的氧-甲基。这里有正确构型：http://en.wikipedia.org/wiki/Aflatoxin_B1，
这个吸附有选择性吗？
只知道蒙脱石治拉肚子效果很好