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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 计算模拟区 » 量子化学 » Gaussian » 【求助】一个简单有机分子的结构优化
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qiangwxr

木虫 (小有名气)

[交流] 【求助】一个简单有机分子的结构优化

我做模拟有一段时间了，大部分工作就是优化结构，计算吸附能。一直有个困惑：对于含有大量可旋转的C-C键的有机分子，如何确定初始分子结构，以便得到全局最低能量构象。
    大多数模拟软件和模拟方法，应该都只能搜索到局部的能量最低值结构。因此，初始的分子结构的选择非常重要。输入不同的结构，优化后得到的结构可能不同。
     如果键不多，可以手动输入一些可能的结构，如顺式、反式、旁式等；如果有6个以上的可旋转键，可能的结构就太多了，这种情况下如何在尽可能短的时间里得到可靠的全局最低能量构象？
    这里以1,3-二甲氧基丙烷为例，分子结构式为：CH3-O-CH2-CH2-CH2-O-CH3。每个可旋转的C-C键都可能是顺式、反式或旁式，扭转角也有多种可能。如何选择恰当的构象作为输入文件？有一篇文献中比较了四种可能的构象：TT,TG-,GG,GG-。下面的坐标是我自己画的，不是很可靠，不知道作为输入文件是否恰当。

dietherA
C -4.159046 -0.537718 -0.054324
O -3.156149 0.376189 0.608119
C -1.797975 -0.283290 0.603280
C -0.775034 0.642012 1.288037
C 0.608127 -0.034897 1.286977
O 1.611507 0.868385 1.963266
C 2.964295 0.197698 1.970454
H -4.211346 -1.522561 0.517399
H -3.837814 -0.739129 -1.129467
H -5.185117 -0.040970 -0.050353
H -1.474165 -0.479021 -0.472093
H -1.854462 -1.271396 1.169015
H -1.100372 0.838433 2.362784
H -0.716324 1.629777 0.721900
H 0.935450 -0.230925 0.212652
H 0.546695 -1.023105 1.851913
H 3.294261 -0.002681 0.897775
H 2.895803 -0.788912 2.537426
H 3.723301 0.877940 2.481078

dietherB
C -4.411357 -0.587378 0.094184
O -3.358522 0.465265 0.348539
C -2.047468 -0.202665 0.692075
C -0.968269 0.873855 0.917992
C 0.385496 0.227913 1.265020
O 0.213388 -0.569920 2.533235
C 1.278662 -0.148471 3.515593
H -4.536046 -1.231929 1.025768
H -4.088742 -1.241927 -0.780166
H -5.401852 -0.082289 -0.153340
H -1.731917 -0.880447 -0.168583
H -2.172380 -0.825093 1.639342
H -1.287357 1.545601 1.780614
H -0.853235 1.499122 -0.026061
H 1.157156 1.050033 1.438056
H 0.735044 -0.452346 0.418298
H 2.307467 -0.315592 3.056728
H 1.180764 -0.763872 4.469448
H 1.148005 0.956149 3.760710

dietherC
C -3.133373 -1.131130 -0.704138
O -1.972036 -0.209334 -0.418841
C -2.003021 0.204831 1.032814
C -0.823834 1.153463 1.314416
C 0.494979 0.419736 1.011933
O 0.587822 -0.793248 1.904995
C 0.513583 -0.337680 3.342397
H -3.055678 -2.056541 -0.042915
H -3.110236 -1.443685 -1.800264
H -4.111253 -0.587909 -0.484269
H -1.911586 -0.719244 1.694230
H -2.985083 0.738808 1.256618
H -0.839882 1.465211 2.410983
H -0.909453 2.077605 0.652381
H 1.373597 1.115243 1.221079
H 0.514020 0.096356 -0.081066
H 1.382461 0.366728 3.562660
H 0.571595 -1.242490 4.033478
H -0.471666 0.210606 3.511917

dietherD
C -3.010139 -1.191438 -0.806069
O -1.988112 -0.149390 -0.419767
C -1.977723 0.009124 1.081724
C -0.942148 1.070291 1.501326
C 0.475321 0.640379 1.076508
O 0.554859 0.504500 -0.425182
C 1.951279 0.084488 -0.816558
H -2.740697 -2.186465 -0.319295
H -3.019747 -1.312879 -1.939563
H -4.041611 -0.861313 -0.450081
H -1.715332 -0.988559 1.566860
H -3.012921 0.337289 1.428511
H -0.969198 1.185787 2.635151
H -1.200134 2.067972 1.013760
H 0.728552 -0.359428 1.562098
H 1.225182 1.427619 1.419426
H 2.013760 -0.018663 -1.950156
H 2.196973 -0.916445 -0.329408
H 2.696974 0.871644 -0.464581

[ Last edited by qiangwxr on 2009-10-14 at 18:15 ]
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1楼2009-10-14 12:49:12
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qiangwxr

木虫 (小有名气)
yjcmwgk(金币+0,VIP+0):呵呵，不好意思。提醒一下：你发文的时候选择下载附件需要的金币是0，指的是“别人花钱下载附件的时候你没有收益”，而不是“别人下载附件不用花钱” 10-14 19:52
我发文的时候选择下载附件需要的金币是0.

    我发附件是为了想帮的人减少画结构的时间，难道是为了赚金币？要不我就把结构文件的内容作为文本文件放在帖子里？
引用回帖:
Originally posted by yjcmwgk at 2009-10-14 12:59:
你想让别人帮你。别人就算想帮你，也要先花钱下载你的附件。怎么想的？

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3楼2009-10-14 13:02:36
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qiangwxr

木虫 (小有名气)
如果键不多，可以手动输入一些可能的结构，如顺式、反式、旁式等；如果有6个以上的可旋转键，可能的结构就太多了，这种情况下也只能一个一个输入计算，比较计算结果？
引用回帖:
Originally posted by erylingjet at 2009-10-14 15:09:
没看懂想说什么?

只能试吧

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5楼2009-10-14 17:29:13
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qiangwxr

木虫 (小有名气)
yjcmwgk(金币+0,VIP+0):其实这种柔性链的优化没什么大的意义 10-17 10:22
我很好奇的是，结构优化应该是模拟计算中经常要碰到的问题，很多情况下是第一步需要处理的问题（如过渡态搜索、吸附能计算等），大家都是怎么处理的？你们的体系不含有一些可以旋转的键吗？你们怎么画初始的分子结构，怎么选择特定的构象作为输入文件开始计算？
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7楼2009-10-14 18:08:58
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qiangwxr

木虫 (小有名气)
yjcmwgk(金币+0,VIP+0):scan这个关键字比较鸡肋。他是硬点扫描，并不准确，所以少有人用 10-19 09:22
以前也从一些帖子中了解到，Gaussian可以进行势能面扫描，应该是加关键词SCAN，可以搜索到全局最低能量构想。我看了Guassian03w的帮助文件，没看明白，从网上也没有搜索到用SCAN搜索势能面的例子，能否提供一点相关信息？比如说我这个例子，应该如何使用SCAN。谢谢！
引用回帖:
Originally posted by yytsnake at 2009-10-18 15:08:
如果是20个C原子左右的分子，假如是直链状的，可利用有机化学基团相互作用规律，以判断能量最低的能量结构，然后再优化。若是多支链状的，最好先用含MD的软件（如最简单的HYPERCHEM）跑一下MD，从中获取能量相对较 ...

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15楼2009-10-18 21:41:06
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qiangwxr

木虫 (小有名气)
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
yjcmwgk(金币+10): 2010-03-07 21:29
谢谢大家对这个帖子的关注。时间也很长了，今天把剩下的悬赏金币都发放给前面回答问题的网友。

     我现在对这类的问题的处理方法是这样，大家看看是否有参考价值：

1. 先利用计算速度快的方法进行结构优化，因为要进行很多次的这样优化，以便比较找到全局能量最低构象。一般只能用分子力学或分子动力学。

2. 为了能够跳出局部能量最低构象，必须从不同初始结构出发开始优化。在MS里，能够系统生成不同构象作为初始结构的模块是Conformer Analysis（基于二面角变化）。Gaussian不太清楚。

3. 通过比较不同初始结构分别结构优化后的能量，可以得到一个“全局能量最低构象”。MS的Conformer Analysis模块可以很好的完成这一任务，通过工作表能方便的比较和使用所有结果。

4. 通过阅读一些帖子，似乎很多人都认为，采用不同的计算方法进行结构优化得到的最低构象通常会相同，但由于近似程度和计算精度不同，计算时间会差很多。当需要考察系统能量等参数时，可以先用精度较低的方法进行结构优化，再用高精度的方法重新优化一次，甚至有时候还需要再用精度非常好的方法和基组进行单点能量计算，这样得到的能量等参数会更可靠。按照这样的思路，我先用分子力学或动力学得到相对能量最低的构象，再用DMol3或Gaussian进行优化得到体系能量。

5. 我关注的分子大多是柔性链，分子链很容易转动，计算结果上表现为存在大量构象能相近的构象。由于分子力学、DMol3计算存在一定误差，能量相差3kcal/mol应该认为是无差别，就算有差别，在室温下由于分子动能也会在不同构象下自由转变。不过通过这种搜索思路，有时候能找到能量相差较大的构象（10kcal/mol以上），特别是考虑吸附后的体系，不同的吸附方式会造成较大差别。

6. 这个方法是否有效，关键在于通过比较一系列分子力学结构优化后的得到的“全局最低能量构象”的确是最低的，否则后面的计算就会建立在错误的基础之上。但好像也没有更好的方式了。只能希望分子力学的立场能变得越来越精确。
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17楼2010-03-07 18:33:42
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qiangwxr

木虫 (小有名气)
★ ★ ★
yjcmwgk(金币+3): 2010-03-09 12:49
MS是Materials Studio的缩写，刚刚推出了5.0版本。最好到相应版块下讨论（第一性原理下有一个子版块是Materials Studio），这里是Gaussian版块。
conform analysis是其中的一个模块，给出一个分子结构，通过设置，可以让所有或部分二面角按一定规律变化（有三种模式：系统网格式，每个二面角0-360取几个点；随机变化；玻尔兹曼变化），软件自带帮助很详细。
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19楼2010-03-09 09:00:31
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