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adf:batchofpka

批量计算pKa值

建模、参数设置

pKa值与分子的三维结构有直接关系,如果用户能够提供系列的三维结构,这将提高计算结果的质量。如果用户提供的是平面结构(本文中以平面结构为例),需要先转化为三维结构,再进行后续的计算。ADF得到的三维结构,是相当精确的,pKa值也是基于第一性原理计算得到,分子的键长键角都会影响结果。

*.sdf文件是一种包含N种分子结构的一个文件,我们从该文件出发进行操作演示,计算这些分子在水溶液中的pKa值。

准备溶剂

需要计算溶剂的两种状态:

  1. 没有捕获质子的状态(对水溶液来说,就是<chem>H2O</chem>)
  2. 捕获质子的状态(对水溶液来说,就是<chem>H3O+</chem>)

溶剂的第一种状态:

在ADFinput中创建<chem>H2O</chem>分子。建模的操作,参考:AMS软件建模教程

设置参数:ADFinput > File > Preset > COSMO-RS Compound,软件即自动将参数设置完成。ADFinput > File > Run,即提交任务。计算结束后(参考在AMSJobs窗口中,如何查看作业的运行状态),会得到一个后缀为coskf的文件,这就是我们准备好的溶剂<chem>H2O</chem>。

溶剂的第二种状态:

在ADFinput中创建<chem>H3O+</chem>。

设置参数:ADFinput > File > Preset > COSMO-RS Compound,软件即自动将参数设置完成。这里我们需要注意分子是带一个正电的,所以需要在ADFinput窗口右边的charge框中填入数字1。然后同样地ADFinput > File > Run,即提交任务。计算结束后(参考在AMSJobs窗口中,如何查看作业的运行状态),会得到一个后缀为coskf的文件,这就是我们准备好的溶剂<chem>H3O+</chem>。

准备溶质

和溶剂类似,我们也需要为溶质准备两种状态:

  1. 没有失去质子的状态
  2. 失去质子的状态

准备溶质是整个计算过程中主要消耗计算量、时间的一步,如果计算机性能越好(主要是CPU核数越多),效率会成倍数提高。

溶质的第一种状态:

ADFinput > File > Import coordinates导入*.sdf文件。本例中*.sdf文件包含3个分子,导入之后ADFinput窗口下方有3个切换栏:

点击这些切换栏,可以切换到各个分子的窗口。本例中,这些分子都没有加氢,我们需要添加氢原子(Windows、Linux的快捷键为CTRL H,Mac OS快捷键为COMMAND E):

有时候导入的平面结构比较复杂,例如六元环对角上有桥连,所以我们还需要和ADFinput窗口右下角的⚙️(快速优化分子结构)配合,有时候需要手动调整一下某些原子的位置。直到所有分子的结构都合理,然后设置参数:ADFinput > File > Preset > COSMO-RS Compound,软件即自动将参数设置完成。

ADFinput > File > Run,即提交任务。计算结束后,会得到一系列后缀为coskf的文件,这就是我们准备好的溶质:

注意上图:我们的工作目录在窗口顶部,例如本例是/User/Landau/DAT/ADF;准备溶质的这个任务名为Preparecoskf_0(命名规则:不能含中文字符和空格,保存任务的路径里面,也不能包含中文字符和空格),得到的三种溶质的位于/User/Landau/DAT/ADF/Preparecoskf_0.results/;三种溶质名字分别为mol_1,mol_2,mol_3,以此类推。

溶质的第二种状态:失去质子(本例中的情况,失去质子后,就带上了1个负电荷)

就在上一步的ADFinput窗口直接修改,每种溶质去掉一个质子,并在窗口右方的charge框内输入电荷-1。然后ADFinput > File > Run,即提交任务。计算结束后,会得到一系列后缀为coskf的文件,这就是我们准备好的溶质第二种状态:

得到pKa值

同样的,我们分两次,分别计算两种状态的溶质。

第一种状态的计算

点击软件任意窗口左上角的ADF LOGO > COSMO-RS > Compounds > Add Compound(s),按一定顺序(顺序无所谓,但计算第二种状态的时候,也需要按同样的顺序)添加溶剂(<chem>H2O</chem>、<chem>H3O+</chem>)的.coskf文件和溶质(本例中是/User/Landau/DAT/ADF/Preparecoskf_0.results/)的mol_1.coskf、mol_2.coskf、mol_3.coskf。

确保和下面第二种状态的计算中,排序是一样的。这里每选中一种化合物,在右边窗口Input Data区域可以为它设置一些详细参数,来提高结果的可靠性,其中Nring对pKa值比较重要,也就是芳香环原子的个数。所有分子设置完毕之后,ctrl s保存一下任务。计算第二种状态也是类似。

在该窗口菜单栏 > Properties > Activity Coefficients,首先选择溶剂,之后点击下方溶质窗口的➕添加我们前面准备的所有5种分子:

点击Add添加进来:

之后点击窗口里面的Run按钮,保存一下任务,就得到了计算的结果:

第二种状态的计算

过程与第一种完全一致,但选中的coskf文件分别是<chem>H2O</chem>、<chem>H3O+</chem>的.coskf,以及溶质第二种状态的coskf文件,本例中,也就是/User/Landau/DAT/ADF/Preparecoskf_.results/里面的mol_1.coskf、mol_2.coskf、mol_3.coskf

选中的顺序与第一次计算一致即可。类似的到计算结果。

处理数据

把两次计算结果的文字全部选中,直接粘贴在Excel里面。最新版的Excel能够自动识别空格,将数据正确的填充在合适的行列里面(如果是较早版本,也可以类似导入数据,参考:如何从图谱中导出数据到Excel表格教程中相关内容)。注意两种溶质计算的结果对齐,并且失去质子带负电的体系的结果放右边:

我们这里有3种溶质,所以只关心最后三行数据。所以在倒数第三行设置公式:

公式里面,实际上就是该行右边(带电溶质)结果的最后一个数据 减去左边(中性溶质)结果的最后一个数据,然后加上带电溶剂减去中性溶剂的数据(也就是图中绿色框中的数据)设置好公式之后,回车即得到数据。

鼠标移动到这个格子的右下角,光标变为十字的时候,左键往下拖动两个,则下方也自动沿用该公式得到数据:

adf/batchofpka.txt · 最后更改: 2019/12/18 20:10 由 liu.jun

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