adf:chargeinaminoacid2020
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计算QTAIM电荷、键径、临界点、NBO分析、NPA电荷、NLMO/NPA键级
说明：氨基酸在水中通常会形成氢键。因此不能使用通常的溶剂化模型如COSMO、SCRF等等来描述，而应该将溶剂分子直接地与溶质分子同等地考虑在内。但溶剂分子的热运动导致溶剂分子相对于溶质的位置比较难以确定。
精确的处理这类问题，需要进行第一性原理分子动力学或者第一性原理的蒙特卡洛模拟，得到溶剂分子相对于溶质分子的位置。这样工作量比较大。
一个比较节省的，可靠性也较高的方式，是将溶剂分子按可能形成氢键的位置预先摆放在溶质分子附近，通过几何结构优化，找到溶剂分子相对于溶质分子的位置。然后基于这样的几何结构计算原子的电荷分配。
我们以甘氨酸举例。使用软件为AMS2020.101。
第一步，优化分子结构
第二步，基于优化之后的结构，计算电荷分布（AIM或NBO）
导入优化之后的分子结构，并设置参数如下：
如果要进行NBO分析，则增加如下图所示设置（注意Frozen Core必须为None）：
Full fock matrix必须勾选:
如果要进行QTAIM分析，则增加如下所示设置：
其中设置Normal、Extended、Full计算的内容依次增多、更全面。一般的键径、临界点，Normal即已经包含了。
保存，并运行。
第三步查看结果
QTAIM电荷
在任意窗口，点击SCM - View - Properties - Atom info - QTAIM charge - Show
即可显示原子的QTAIM电荷，也可以显示如图所示的QTAIM的其他性质。
临界点、键径等
Properties - QTAIM (Topology)即可显示临界点、键径等，此时原子不再显示，View - Molecule - Ball and Stick恢复显示：
鼠标放置在临界点，会显示该点的数据信息，坐标值单位为Bohr，1 Bohr=0.52917721 Å，而Out文件中显示的坐标单位是Å。
在Out文件中搜索“N A T U R A L B O N D O R B I T A L A N A L Y S I S”可以找到NAO、NBO分析的结果，包括NBO键级、NBO轨道与电子占据数、NPA电荷等信息：
NAO原子轨道占据分析与NPA（Natural Population Analysis）电荷
NATURAL POPULATIONS: Natural atomic orbital occupancies
NAO Atom No lang Type(AO) Occupancy
------------------------------------------
1 O 1 s Cor( 1s) 2.00000
2 O 1 s Val( 2s) 1.76482
3 O 1 s Ryd( 3s) 0.00006
4 O 1 s Ryd( 4s) 0.00001
5 O 1 s Ryd( 5s) 0.00000
6 O 1 px Val( 2p) 1.60197
7 O 1 px Ryd( 3p) 0.00181
8 O 1 px Ryd( 4p) 0.00004
9 O 1 py Val( 2p) 1.74486
10 O 1 py Ryd( 3p) 0.00198
11 O 1 py Ryd( 4p) 0.00002
12 O 1 pz Val( 2p) 1.85494
13 O 1 pz Ryd( 3p) 0.00175
14 O 1 pz Ryd( 4p) 0.00002
....
Summary of Natural Population Analysis:
Natural Population
Natural ---------------------------------------------
Atom No Charge Core Valence Rydberg Total
--------------------------------------------------------------------
O 1 -0.99243 2.00000 6.96659 0.02584 8.99243
O 2 -0.97012 2.00000 6.94510 0.02502 8.97012
O 3 -0.57261 2.00000 6.54326 0.02934 8.57261
O 4 -0.68103 2.00000 6.65514 0.02589 8.68103
H 5 0.49091 0.00000 0.50509 0.00400 0.50909
H 6 0.47484 0.00000 0.52187 0.00330 0.52516
H 7 0.50910 0.00000 0.48817 0.00273 0.49090
H 8 0.51006 0.00000 0.48735 0.00259 0.48994
H 9 0.50176 0.00000 0.49423 0.00402 0.49824
H 10 0.37559 0.00000 0.62130 0.00311 0.62441
H 11 0.37698 0.00000 0.61996 0.00306 0.62302
H 12 0.22122 0.00000 0.77389 0.00489 0.77878
H 13 0.22726 0.00000 0.76781 0.00493 0.77274
C 14 0.72906 2.00000 3.23908 0.03187 5.27094
C 15 -0.37304 2.00000 4.35654 0.01650 6.37304
N 16 -0.82755 2.00000 5.80351 0.02405 7.82755
====================================================================
* Total * 0.00000 13.99999 45.78889 0.21112 60.00000
Natural Population
---------------------------------------------------------
Core 13.99999 ( 99.9999% of 14)
Valence 45.78889 ( 99.5411% of 46)
Natural Minimal Basis 59.78888 ( 99.6481% of 60)
Natural Rydberg Basis 0.21112 ( 0.3519% of 60)
---------------------------------------------------------
其中第二个表格（Natural Population Analysis）中Charge这一列，就是NPA电荷。Total为该原子上总电子数，因此对于第一个原子来说，电子个数为8.99243，而该原子为O原子，核电荷为8，因此带了-0.99243电荷。
NBO的结果
NATURAL BOND ORBITAL ANALYSIS:
Occupancies Lewis Structure Low High
Max Occ ------------------- ----------------- occ occ
Cycle Ctr Thresh Lewis non-Lewis CR BD nC LP (L) (NL)
============================================================================
1 2 1.90 58.95488 1.04512 7 14 0 9 2 3
2 2 1.83 58.95803 1.04197 7 14 0 9 1 3
3 2 1.79 59.30011 0.69989 7 14 0 9 0 2
4 2 1.56 59.30011 0.69989 7 14 0 9 0 2
5 2 1.54 58.85922 1.14078 7 13 0 10 0 4
6 2 1.52 58.38159 1.61841 7 12 0 11 0 5
7 2 1.51 57.70699 2.29301 7 11 0 12 0 7
8 2 1.50 57.40718 2.59282 7 10 0 13 0 7
9 2 1.79 59.30011 0.69989 7 14 0 9 0 2
----------------------------------------------------------------------------
Structure accepted: No low occupancy Lewis orbitals
-------------------------------------------------------
Core 13.99999 (100.000% of 14)
Valence Lewis 45.30012 ( 98.479% of 46)
================== =============================
Total Lewis 59.30011 ( 98.834% of 60)
-----------------------------------------------------
Valence non-Lewis 0.61806 ( 1.030% of 60)
Rydberg non-Lewis 0.08183 ( 0.136% of 60)
================== =============================
Total non-Lewis 0.69989 ( 1.166% of 60)
-------------------------------------------------------
(Occupancy) Bond orbital / Coefficients / Hybrids
------------------ Lewis ------------------------------------------------------
1. (2.00000) CR ( 1) O 1 s(100.00%)
1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
2. (2.00000) CR ( 1) O 2 s(100.00%)
1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
3. (2.00000) CR ( 1) O 3 s(100.00%)
1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
4. (2.00000) CR ( 1) O 4 s(100.00%)
1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
0.0000 0.0000 0.0000 0.0000
5. (2.00000) CR ( 1) C 14 s(100.00%)
......
以及：
NATURAL BOND ORBITALS (Summary):
NBO Occupancy
========================================
Molecular unit 1 (H2O)
------ Lewis ---------------------------
1. CR ( 1) O 1 2.00000
8. LP ( 1) O 1 1.99780
9. LP ( 2) O 1 1.99512
17. BD ( 1) O 1- H 5 1.99899
18. BD ( 1) O 1- H 6 1.99941
------ non-Lewis -----------------------
31. BD*( 1) O 1- H 5 0.02763
32. BD*( 1) O 1- H 6 0.00028
45. RY ( 1) O 1 0.00021
46. RY ( 2) O 1 0.00008
47. RY ( 3) O 1 0.00001
48. RY ( 4) O 1 0.00001
49. RY ( 5) O 1 0.00001
50. RY ( 6) O 1 0.00000
51. RY ( 7) O 1 0.00000
52. RY ( 8) O 1 0.00000
53. RY ( 9) O 1 0.00000
54. RY (10) O 1 0.00000
55. RY (11) O 1 0.00000
56. RY (12) O 1 0.00000
57. RY (13) O 1 0.00000
58. RY (14) O 1 0.00000
101. RY ( 1) H 5 0.00159
102. RY ( 2) H 5 0.00147
103. RY ( 3) H 5 0.00057
104. RY ( 4) H 5 0.00017
105. RY ( 5) H 5 0.00006
106. RY ( 1) H 6 0.00220
107. RY ( 2) H 6 0.00084
108. RY ( 3) H 6 0.00015
109. RY ( 4) H 6 0.00009
110. RY ( 5) H 6 0.00001
-------------------------------
NLMO/NPA键级
Atom-Atom Net Linear NLMO/NPA Bond Orders:
Atom 1 2 3 4 5 6 7 8 9
---- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------
1. O 0.0000 0.0003 -0.0069 0.0035 0.4792 0.5248 0.0000 0.0000 0.0030
2. O 0.0003 0.0000 -0.0016 -0.0109 0.0001 -0.0002 0.4899 0.4891 0.0357
3. O -0.0069 -0.0016 0.0000 -0.0981 0.0226 0.0009 0.0000 0.0000 0.0083
4. O 0.0035 -0.0109 -0.0981 0.0000 -0.0107 0.0005 -0.0001 -0.0007 0.4399
5. H 0.4792 0.0001 0.0226 -0.0107 0.0000 0.0022 0.0001 0.0001 -0.0019
6. H 0.5248 -0.0002 0.0009 0.0005 0.0022 0.0000 0.0002 0.0002 0.0004
7. H 0.0000 0.4899 0.0000 -0.0001 0.0001 0.0002 0.0000 0.0027 0.0011
8. H 0.0000 0.4891 0.0000 -0.0007 0.0001 0.0002 0.0027 0.0000 0.0013
9. H 0.0030 0.0357 0.0083 0.4399 -0.0019 0.0004 0.0011 0.0013 0.0000
10. H 0.0004 0.0003 0.0061 -0.0001 0.0006 -0.0001 0.0003 0.0001 0.0002
11. H 0.0006 0.0002 0.0064 0.0001 0.0010 -0.0001 0.0002 0.0002 0.0004
12. H 0.0003 0.0003 -0.0075 0.0000 0.0011 -0.0001 0.0000 0.0004 -0.0001
13. H 0.0005 0.0003 -0.0073 0.0008 0.0012 0.0000 0.0006 0.0002 -0.0001
14. C -0.0028 -0.0017 1.3259 0.7885 0.0201 -0.0004 -0.0008 -0.0009 0.0140
15. C -0.0069 -0.0019 -0.0427 -0.0436 0.0123 -0.0002 0.0004 0.0009 0.0031
16. N -0.0007 -0.0011 0.0099 0.0073 0.0001 0.0002 -0.0003 -0.0003 0.0015
Atom 10 11 12 13 14 15 16
---- ------ ------ ------ ------ ------ ------ ------
1. O 0.0004 0.0006 0.0003 0.0005 -0.0028 -0.0069 -0.0007
2. O 0.0003 0.0002 0.0003 0.0003 -0.0017 -0.0019 -0.0011
3. O 0.0061 0.0064 -0.0075 -0.0073 1.3259 -0.0427 0.0099
4. O -0.0001 0.0001 0.0000 0.0008 0.7885 -0.0436 0.0073
5. H 0.0006 0.0010 0.0011 0.0012 0.0201 0.0123 0.0001
6. H -0.0001 -0.0001 -0.0001 0.0000 -0.0004 -0.0002 0.0002
7. H 0.0003 0.0002 0.0000 0.0006 -0.0008 0.0004 -0.0003
8. H 0.0001 0.0002 0.0004 0.0002 -0.0009 0.0009 -0.0003
9. H 0.0002 0.0004 -0.0001 -0.0001 0.0140 0.0031 0.0015
10. H 0.0000 0.0016 0.0129 0.0012 -0.0074 0.0015 0.6137
11. H 0.0016 0.0000 0.0017 0.0129 -0.0073 0.0011 0.6128
12. H 0.0129 0.0017 0.0000 0.0031 0.0102 0.7476 -0.0170
13. H 0.0012 0.0129 0.0031 0.0000 0.0103 0.7435 -0.0156
14. C -0.0074 -0.0073 0.0102 0.0103 0.0000 0.9493 -0.0371
15. C 0.0015 0.0011 0.7476 0.7435 0.9493 0.0000 0.8921
16. N 0.6137 0.6128 -0.0170 -0.0156 -0.0371 0.8921 0.0000
Linear NLMO/NPA Bond Orders, Totals by Atom:
Atom 1
---- ------
1. O 0.9955
2. O 0.9990
3. O 1.2160
4. O 1.0766
5. H 0.5282
6. H 0.5282
7. H 0.4943
8. H 0.4933
9. H 0.5068
10. H 0.6313
11. H 0.6316
12. H 0.7530
13. H 0.7516
14. C 3.0599
15. C 3.2567
16. N 2.0656
NLMO/NBO轨道图的绘制
AMS软件提供免费试用，试用申请方式参考：AMS免费试用**
adf/chargeinaminoacid2020.txt · 最后更改: 2024/09/24 15:00 由 liu.jun