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COSMO-RS 计算聚合物的理论介绍参考:COSMO-RS/SAC 对聚合物的处理
COSMO-RS 程序也可用于计算聚合物和含聚合物混合物的热力学性质。COSMO-RS 说明书中描述了相关的理论和方程。本教程重点介绍 AMS图形窗口中使用 COSMO-RS 进行聚合物计算的细节。
本教程旨在熟悉 COSMO-RS 参数设置,以及纯化合物数据、进行 COSMO-RS 计算,并已安装了 COSMO-RS 化合物数据库 ADFCRS-2018(初次打开 COSMO-RS 时,软件会提示下载安装该数据库)。
COSMO-RS 聚合物数据库包含超过 200 种常见聚合物的结构,如 COSMO-RS 手册中所述,所有结构都表示为三聚体的中心单元。由于生成单体结构的最简单程序也需要用 ADF 去计算三聚体(几分钟或几天,取决于聚合物的大小),生成分子表面诱导电荷。在本教程中,直接使用聚合物数据库中的聚合物,跳过了使用 ADF 计算分子表面诱导电荷的那一步。
要快速开始使用 COSMO-RS 中的聚合物,请先下载 COSMO-RS 聚合物数据库,并解压备用。
SCM → COSMO-RS → Compounds → Add Compounds → 进入聚合物数据库所在目录,点击 窗口右下角的monomers.compoundlist选项并选择Open。
注意:聚合物化合物也可以通过 SMILES 串加入,输入格式请确保为 CurlySMILES 格式(可以阅读 CurlySMILES 相关的论文以获得更全面的了解,不过 CurlySmies 格式本身是不言自明的)。例如在 CurlySMILES 中,聚乙烯表达为 C{-}C{n+} 和聚异丁烯是 C{-}C{n+}(c1ccccc1)。这些例子表明,聚合反应的那部分的原子是用 {-} 和 {n+} 标识符标记。
用户也可以将新的聚合物加入到数据库中,并像使用数据库中的其他聚合物一样去使用。加入新的聚合物,有两种方法。
这是使用数据库中尚未存在的化合物的标准方法。这种方法需要 ADF 结合 COSMO 进行计算,但聚合物计算可能需要大量原子,这样计算量就比较大。因此需要先进行几何优化,然后进行单点 COSMO 计算。计算步骤如下:
下面以聚乙烯为例,说明上述过程:
1) 创建乙烷分子,Task 设定为 COSMO-RS Compound 后,所有参数自动设定好了: 2) 按住 Shift 键,选择单体间的连接位原子,然后菜单栏 Atoms→ Change Atom Type,然后选择元素周期表中的Xx,从而将其替换为虚原子 Xx: 3) Model → Solvation,点击“COSKF trimer”旁边的“Generate”: 右键单击齿轮并选择 GFN1-xTB,使用 DFTB 的 GFN1-xTB 方法进行预优化,为后续的 ADF 计算提供良好的初始几何结构。 4) 保存并运行作业(注意路径、文件名不要包含中文、空格): File → Run运行作业。 5) 作业运行结束后,将生成*.coskf文件。在 SCM → COSMO-RS 打开 COSMO-RS 窗口,菜单栏 Compounds → Add Compounds 添加创建的.coskf文件(如果是从前面作业窗口打开COSMO-RS窗口,则可能这个化合物已经自动被添加进去了)。Compounds → List of added compounds回到化合物列表窗口,选中刚刚添加的化合物,点击窗口右上角“Show 3D”按钮,将打开 AMSview 窗口,显示该化合物的三维结构。菜单栏 Add → COSMO: Surface Charge Density → On COSMO surface points,将产生类似如下图像: