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adf:acereactionnetwork [2024/02/05 16:16] – [ACE Reaction Network化学反应网络分析] liu.junadf:acereactionnetwork [2024/05/14 20:33] (当前版本) – [AMS软件：根据反应物、产物的分子结构，自动预测化学反应网络] liu.jun
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-======人工智能：ACE Reaction Network化学反应网络分析=====+======AMS软件：根据反应物、产物的分子结构，自动预测化学反应通道=====
 =====前言===== =====前言=====
 AMS中有三种用于反应网络方面分析的工具： AMS中有三种用于反应网络方面分析的工具：
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   * ACE Reaction Network（本文将介绍）   * ACE Reaction Network（本文将介绍）
  
-ACE ReactionNetwork是其中最快的工具，可用于网络的快速初始猜测，由用户指定的反应物和产物后，生成反应网络。工作原理：基于分子图创建中间体的初始猜测，然后使用几何优化来确认中间体的有效性。在本教程中，将展示使用ACE Reaction生成网络，以及如何理解这些结果。以如下加成反应为例：+ACE Reaction Network是其中最快的工具，可用于网络的快速初始猜测，由用户指定的反应物和产物后，生成反应网络。工作原理：基于分子图创建中间体的初始猜测，然后使用几何优化来确认中间体的有效性。在本教程中，将展示使用ACE Reaction生成网络，以及如何理解这些结果。 
 + 
 +**ACE Reaction Network目前只适用于非周期性体系，反应物、产物原子数一致。** 
 + 
 +以如下加成反应为例：
  
 {{ :adf:reaction.png?650 }} {{ :adf:reaction.png?650 }}
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 =====参数设置===== =====参数设置=====
-这里我们基于Mopac作为计算电子结构的引擎。AMSinput模块从默认的ADF切换到ACE Reaction Network，Engine选择Mopac。现在可以导入或绘制反应物和产物结构，这里涉及3个物种，包括2个反应物、1个产物，所以我们可以在AMSinput左边建模窗口创建这三种物质。+这里我们基于Mopac作为计算电子结构的引擎。AMSinput模块从默认的ADF切换到ACE Reaction Network，Engine选择Mopac，或者ReaxFF、ADF、DFTB。 
 + 
 +<color blue>如果选择Mopac，则使用Mopac默认参数即可，如果选择ReaxFF作为引擎，则需要在窗口右边部分**底部的ReaxFF选项卡**中，进入ReaxFF，设置相关力场即可，其他方面的流程与本教程并无二致，不过结果有可能略有不同。ADF、DFTB则也需要进入底部的对应选项卡，设置ADF、DFTB相关参数，例如泛函、基组、DFTB方法与参数集。</color> 
 + 
 +现在可以导入或绘制反应物和产物结构，这里涉及3个物种，包括2个反应物、1个产物，所以我们可以在AMSinput左边建模窗口创建这三种物质。
 底部已经显示Reactant、Product切换按钮，用户可以选择Reactant栏，然后Edit → New molecule再打开一个栏，命名为Reactant2 底部已经显示Reactant、Product切换按钮，用户可以选择Reactant栏，然后Edit → New molecule再打开一个栏，命名为Reactant2
  
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 {{ :adf:acereactionnetwork4.png?650 }} {{ :adf:acereactionnetwork4.png?650 }}
  
-根据活性原子的选择，这些片段是尽可能小的片段。用户应检查这些碎片的电荷是否合理，主要是看它作为中间体的正确电荷。例如所有活性H原子都有+1的电荷（这个电荷会被它们配位的片段补偿掉）。我们提出的反应的第一步确实涉及质子转移，这就需要转移的H原子具有正电荷。因此对于H，中间体的预期电荷与猜测的碎片电荷是相匹配的，我们可以接受它们作为合理的猜测。<color blue>一般所有片段都是不稳定的，这意味着含有这些纯片段的中间体将不会被接受。</color>+根据活性原子的选择，这些片段是尽可能小的片段。用户应检查这些碎片的电荷是否合理，主要是看它作为中间体的正确电荷。 
 + 
 +**如何检查每个frag有哪些原子：**这些frag分别来自各个反应物，Model → Region，然后点击左边窗口某个反应物区域，将列出这个反应物分子所对应的frag，去除Region里面的勾选，逐个勾选，就可以看到勾选的这个Region包含哪些原子。一般而言，包括活性原子构成的一个Region，活性原子里面各个H分别构成一个frag，活性原子之外的区域构成一个frag。 
 + 
 +所有活性H原子都有+1的电荷（这个电荷会被它们配位的片段补偿掉）。我们提出的反应的第一步确实涉及质子转移，这就需要转移的H原子具有正电荷。因此对于H，中间体的预期电荷与猜测的碎片电荷是相匹配的，我们可以接受它们作为合理的猜测。<color blue>一般所有片段都是不稳定的，这意味着含有这些纯片段的中间体将不会被接受（这部分内容如果不十分理解，阅读后面的内容后，再回过来应该就理解了）。</color>
  
 现在已经准备好运行ACE反应作业。 现在已经准备好运行ACE反应作业。
行 51: 行 63:
   - 反应网络最小化：删除涉及过多断键、成键过程的路径。   - 反应网络最小化：删除涉及过多断键、成键过程的路径。
  
-默认情况下，这三个步骤都将执行，但用户也可以选择只执行其中一个步骤。如果只选择了步骤2或3，则需要提供一个重新启动目录，因此这里我们保留“All”的默认选择。+默认情况下，这三个步骤都将执行，但用户也可以选择只执行其中一个步骤。如果只选择了步骤2或3，则需要提供一个重启目录，这里我们保留“All”的默认选择。
  
 {{ :adf:acereactionnetwork5.png?650 }} {{ :adf:acereactionnetwork5.png?650 }}
  
-还有最后一个选项“分析网络”，它还需要指定一个重新启动目录。此选项从重新启动目录中读取网络，并允许调整“写入的最短路径的最小数量”（默认值为5）。然后，最短路径的选择将写入一个单独的RKF文件。设置“写入的最短路径的最小数量”可以在主面板中找到。+还有最后一个选项“Analyze Network”，它也需要指定一个重启目录，软件将从重启目录中读取一个反应网络，并可以调整“min number of shortest paths written”的值（默认值为5，对于反应通道可能性较多的情况，可以适当调大，例如10，阅读后面的内容后，对该值应会有更明确的认知），此时这个值将生效，最短路径的选择将写入一个单独的*.rkf文件。 
 + 
 +File → Run运行作业，或在AMSJobs窗口按照AMS标准方式提交作业。一般几分钟后作业完成。 
 + 
 +=====结果查看===== 
 +====1，最短反应路径==== 
 +SCM → Movie，将显示从反应物到产物的五条最短路径。 
 + 
 +{{ :adf:acereactionnetwork6.png?650 }} 
 + 
 +也可以在AMSMovie中查看完整的反应网络，但不太容易理解。File → Open…打开生成的*.results/ams.rkf文件： 
 + 
 +{{ :adf:acereactionnetwork7.png?650 }} 
 + 
 +可以看出，整个网络包含的信息太多，在AMSMovie中无法有意义地显示。我们将使用shortest_path窗口做进一步的解释。 
 + 
 +====2，理解ACE Reaction作业==== 
 +在AMSjobs窗口，点开作业名前面的小三角，列出所有文件： 
 + 
 +{{ :adf:acereactionnetwork8.png?650 }} 
 + 
 +双击logfile行，将打开logfile文件窗口（或者选中这个作业，SCM → logfile也一样），翻到文件最后The shortest paths from reactant to product的部分： 
 + 
 +{{ :adf:acereactionnetwork9.png?650 }} 
 + 
 +  * 对于五条路径中的每一条，都列出了中间体的名称，中间包含箭头 -N-> 符号，其中N是该基元反应的化学距离（断键、成键总数被称为“化学距离”）。在每行末尾，标注了该通道的总化学距离。 
 +  * 五条路径中，最短化学距离的路径是第一条，总化学距离为3，涉及的中间体为1_1_2。快速浏览AMSMovie可以发现，虽然这条路径是最短的，但它并不是能量最低的路径。 
 +  * 最低能垒的路径，是第二条路径，通过两个中间体1_1_1和1_1_5连接反应物（R1）和产物（P1），总化学距离为5。 
 +  * AMSMovie中的反应图显示，中间体1_1_1对应于State 5，中间体1_1_5对应于State 6。在AMSMovie窗口的左侧面板中，我们可以使用底部的滚动条滚动到State 5和State 6。 
 + 
 +{{ :adf:acereactionnetwork10.png?650 }} 
 + 
 +{{ :adf:acereactionnetwork11.png?650 }} 
 + 
 +与我们预期的反应机理比较表明，这两种中间体确实与我们的预期中间体相对应，我们可以得出结论，ACE Reaction能够有效预测的反应机制。 
 + 
 +====3，分析网络Analyze network==== 
 +打印到logfile并导出到AMSMovie的最短路径数，会在设置中先验地传递到作业。太大的网络，很难在视觉上去看清楚、理解，因此用户可能希望从整个网络中提取路径，本节介绍如何执行此操作。 
 + 
 +在AMSinput中，将当前作业另存一个名字： 
 + 
 +{{ :adf:acereactionnetwork12.png?650 }} 
 + 
 +  * 更改Steps：从All改为Analyze Network 
 +  * Restart directory，填入或选取上一个作业的生成的*.results文件夹 
 +  * Min number of shortest paths written设置为10（默认值为5），以便查看更多路径。 
 +  * 保存作业 
 + 
 +{{ :adf:acereactionnetwork13.png?650 }} 
 + 
 +提交作业，运行完毕后SCM → Movie，AMSMovie所示的最终网络包含十条路径，因此看起来很复杂： 
 + 
 +{{ :adf:acereactionnetwork14.png?650 }} 
 + 
 +在logfile中详细列出的10条路径： 
 + 
 +{{ :adf:acereactionnetwork15.png?650 }} 
 + 
 +各个路径现在已存储在结果文件夹中，并且可以在AMSMovie中打开。AMSMovie窗口File → Open…选择作业所在的*.results文件夹，例如选择第六条路径analyzie.results/path6.rkf， 
 + 
 +AMSMovie中将打开一条路径。 
 +{{ :adf:acereactionnetwork16.png?650 }} 
 + 
 +这条路径可能不是一条标准路径，因为涉及不必要的中间路径，可供参考或丢弃。
  
  
adf/acereactionnetwork.1707120987.txt.gz · 最后更改: 2024/02/05 16:16 由 liu.jun

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