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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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bay__gulf

金虫 (著名写手)

刘苏州
★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
qiangwxr(金币+6,VIP+0):回答的很到位，很专业，谢谢。 10-14 18:04
lei0736(金币+2,VIP+0):谢谢 10-16 22:18
qiangwxr(金币+3): 2010-03-07 18:04
这个已经不是结构优化而能够完成的了,
假若构象全部由二面角变化产生, 每个二面角隔30°取一个值
那么5个二面角(five-bond problem)有248832个构象,每1秒钟处理一个就要花掉69小时,
对于seven-bond problem 有超过36 million,每1秒钟处理一个就要花掉415天.

处理这类问题的方法是conformational analysis
参考这本书第九章
http://www.mdbbs.org/viewthread.php?tid=1019
小木虫应该也有这本书,自己再找找看

[ Last edited by bay__gulf on 2009-10-14 at 17:49 ]
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6楼2009-10-14 17:47:59
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bay__gulf

金虫 (著名写手)

刘苏州
★ ★
yjcmwgk(金币+2): 2010-03-06 21:18
qiangwxr(金币+4):谢谢回帖。 2010-03-07 17:56
引用回帖:
Originally posted by yjcmwgk at 2009-10-17 10:22:24:
其实这种柔性链的优化没什么大的意义
在现实世界中
或在晶体中、或在人体内、或在溶液中……
这种柔性链极易转动
它们的旋转势垒太低，优化时候的势能面很平缓，优化比较困难，就算真的找到了势能面的某个谷底 ...

对于烷烃连来说,势能面上有很多接近global minimum的local minimum, 分子由于热运动会在不同的构象上占有一定的分别几率.但对于蛋白质一类的分子,由于稳定性需要,几十亿年的进化只选择了那些有一个明显global minimum的序列,使得蛋白结构经得起热运动的撞击.这时候,通过序列预测结构就变得十分有意义了.可惜上面遇到的所有问题全部存在.
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16楼2010-03-06 13:54:45
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