Корреляция между квантовохимическими энергиями и эксперимент

вопросы строения молекул и квантовой химии
Аватара пользователя
Vit Nhoc
Сообщения: 1401
Зарегистрирован: Сб июн 06, 2015 12:28 pm

Корреляция между квантовохимическими энергиями и эксперимент

Сообщение Vit Nhoc » Сб ноя 21, 2015 10:48 pm

Есть ряд молекул, для которых известны из эксперимента константы кислотности Pka:

CH3COOH
CF3COOH
PhCH2COOH
PhCH2CH2COOH
CH3CHClCOOH
CH2ClCH2COOH
CH3CH2CHClCOOH
CH3CHClCH2COOH
CH2ClCH2CH2COOH

Я пробовал рассчитать для этих молекул энергию депротонирования, и посмотрел как она коррелирует с константой кислотности. Расчёт методом wB97XD/6-311++G(D,P). Энергия по оси Y – это разница в энергиях исходной молекулы и её депротонированной формы (например молекулы CH3COOH и аниона CH3COO-):


Изображение

Константы взяты отсюда:

Igor G. Zenkevich. New applications of recurrent relations:
precalculation of pKa values of substituted
alkanecarboxylic acids. DOI: 10.1002/cem.2590


Я не понимаю, почему получилась такая плохая корреляция?
Я рассчитывал эти же энергии на AM1, и корреляция с экспериментом получилась примерно такая же (энергии, рассчитанные на AM1, более-менее коррелируют с энергиями на DFT). Я пробовал брать не только обычные энергии, но и энергии с ZPE и энергии Гиббса, рассчитав их на AM1 – результат снова получился такой же. Согласно расчётам на AM1, обычная энергия молекулы в данном ряде гомологов хорошо коррелирует с энергией Гиббса, и соответственно она должна коррелировать с константой равновесия. Т.е. можно полагать, что изменение энтропийного вклада в константу равновесия в ряду гомологов намного меньше, чем изменение энергетического вклада.
Насколько это вообще оправданный подход – строить корреляцию между квантовохимическими энергиями и экспериментальными константами?
Раньше у меня в прошлых работах для пары рядов гомологов действительно получалась неплохая корреляция между энергиями и константами скорости.
У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.
"Ты должен сделать добро из зла, потому что больше его сделать не из чего". АБ Стругацкие.

Аватара пользователя
uchebnik fiziki
Сообщения: 4265
Зарегистрирован: Пн авг 20, 2012 9:04 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение uchebnik fiziki » Сб ноя 21, 2015 11:32 pm

Точка слева внизу вам корреляцию увеличивает в разы, делая её неприлично хорошей. Её надо выкинуть или найти точек в промежуток.
Свобода, равенство, братство.

Или смерть.

alxyppv
Сообщения: 560
Зарегистрирован: Сб апр 07, 2007 11:23 am

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение alxyppv » Вс ноя 22, 2015 1:15 am

А Вы в расчете сольватацию учитывали? Для начала я бы посмотрел на электростатическую коспоненту энергии сольватации - через один из доступных PCM подходов. Но на самом деле этого может и не хватить. Тогда еще и про специфичекую сольватацию надо думать...
А.П.

Аватара пользователя
Гесс
Сообщения: 13067
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2012 11:19 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение Гесс » Вс ноя 22, 2015 2:13 am

alxyppv писал(а):А Вы в расчете сольватацию учитывали? Для начала я бы посмотрел на электростатическую коспоненту энергии сольватации - через один из доступных PCM подходов. Но на самом деле этого может и не хватить. Тогда еще и про специфичекую сольватацию надо думать...
дадада, баба яга того же мнения.
Причем даже сильнее - я думаю что подмена вакуума на чуть менее прозрачный вакуум (PCM) не спасет вождя мировой полярности, и надо кидаться сразу в специфичную сольватацию.
Я бы поискал на форуме темы нескольколетней давности где советы по специфичной сольватации давали АлександруI. Там еще была sanya1024 и много интересных советов по GAMESSу и моделям растворителя... эммм EPR если память не изменяет, но это на случай очень большого кластера, я бы предложил начать с менее чем десятка молекул воды, которую учитывать явно в том же методе и базисе, а начальную геометрию для этой сольватной шубы генерировать например молдинамикой.
Кстати при сольватации энергия протона уже не будет равной нулю и ее надо будет учитывать в энергии равновесия.

Аватара пользователя
Shorku
Сообщения: 1075
Зарегистрирован: Вт дек 13, 2011 2:17 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение Shorku » Вс ноя 22, 2015 11:18 am

Гесс писал(а): EPR.
EFP. Effective fragment potential, крутая штука. EPR это ЭПР таки

[ Post made via Android ] Изображение
Make quantum chemistry, not war

Аватара пользователя
Vit Nhoc
Сообщения: 1401
Зарегистрирован: Сб июн 06, 2015 12:28 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение Vit Nhoc » Вс ноя 22, 2015 11:20 am

Всё-таки хотелось бы узнать, насколько оправдан мой подход хотя бы в неполярных растворителях - строить корреляцию между рассчитанными энергиями и экспериментальными константами.
Извиняюсь за дилетантство, а в неполярных растворителях вообще есть PKa?
Я хочу взять какой-нибудь ряд небольших молекул и для них построить подобную корреляцию, чтобы получилась.
"Ты должен сделать добро из зла, потому что больше его сделать не из чего". АБ Стругацкие.

Аватара пользователя
Vit Nhoc
Сообщения: 1401
Зарегистрирован: Сб июн 06, 2015 12:28 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение Vit Nhoc » Вс ноя 22, 2015 11:20 am

EFP. Effective fragment potential, крутая штука. EPR это ЭПР таки
А в Гауссиане EFP есть?
"Ты должен сделать добро из зла, потому что больше его сделать не из чего". АБ Стругацкие.

Аватара пользователя
Shorku
Сообщения: 1075
Зарегистрирован: Вт дек 13, 2011 2:17 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение Shorku » Вс ноя 22, 2015 11:26 am

Vit Nhoc писал(а):
EFP. Effective fragment potential, крутая штука. EPR это ЭПР таки
А в Гауссиане EFP есть?
Не уверен, кажется, это фишка гамесса. В гауссиане вполне можно попользоваться ONIOM, например, но сам гауссиан никогда не юзал.
А что у Вас с протоном получается, или Вы его просто убираете?

[ Post made via Android ] Изображение
Make quantum chemistry, not war

Аватара пользователя
Vit Nhoc
Сообщения: 1401
Зарегистрирован: Сб июн 06, 2015 12:28 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение Vit Nhoc » Вс ноя 22, 2015 11:33 am

А что у Вас с протоном получается, или Вы его просто убираете?
Да.

Ещё вопрос: в Gaussian модель сольватации можно задать для полуэмпирических методов?
"Ты должен сделать добро из зла, потому что больше его сделать не из чего". АБ Стругацкие.

Аватара пользователя
Shorku
Сообщения: 1075
Зарегистрирован: Вт дек 13, 2011 2:17 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение Shorku » Вс ноя 22, 2015 11:39 am

Vit Nhoc писал(а):
А что у Вас с протоном получается, или Вы его просто убираете?
Да.

Ещё вопрос: в Gaussian модель сольватации можно задать для полуэмпирических методов?
Опять-таки, знатоки гауссиана ответят точнее, но если пихать растворитель в квантовую часть, или использовать ониом, должно быть без разницы, какие методы использовать. Про совместимость псм с полуэмпирикой лучше проконсультироваться в мануале.

[ Post made via Android ] Изображение
Make quantum chemistry, not war

Аватара пользователя
Гесс
Сообщения: 13067
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2012 11:19 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение Гесс » Вс ноя 22, 2015 12:19 pm

Shorku писал(а):EFP. Effective fragment potential, крутая штука. EPR это ЭПР таки
Да, разумеется память мне изменила
Shorku писал(а):
Vit Nhoc писал(а):А в Гауссиане EFP есть?
Не уверен, кажется, это фишка гамесса.
Да, в Гауссиане нет, кроме Гамесса есть в QChem. QChem платный.
Shorku писал(а):
Vit Nhoc писал(а):Ещё вопрос: в Gaussian модель сольватации можно задать для полуэмпирических методов?
Опять-таки, знатоки гауссиана ответят точнее, но если пихать растворитель в квантовую часть, или использовать ониом, должно быть без разницы, какие методы использовать. Про совместимость псм с полуэмпирикой лучше проконсультироваться в мануале.
И опять же ППКС. ИМХО системы достаточно малы, и если целью стоит найти корреляцию а не доказать что и полуэмпирика работает тоже, то надо сразу браться за DFT.
Vit Nhoc писал(а):Всё-таки хотелось бы узнать, насколько оправдан мой подход хотя бы в неполярных растворителях - строить корреляцию между рассчитанными энергиями и экспериментальными константами.
Извиняюсь за дилетантство, а в неполярных растворителях вообще есть PKa?
Я хочу взять какой-нибудь ряд небольших молекул и для них построить подобную корреляцию, чтобы получилась.
Понятие pKa в неводных растворах разумеется есть. Есть в том числе таблицы скажем кислотности в ДМСО. Кислотность в неводных растворах может очень сильно отличаться от кислотности в воде, причем не только в абсолютных цифрах, но и "кто кислее".
В идее построить корреляцию экспериментального и расчетного параметра я проблем не вижу. Проблема может быть в методике расчета. Я завтра поищу на работе статью с методикой расчета pH. Там точно фигурирует сольватация и схема точно сложнее чем энергия депротонирования в газовой фазе.

Если вопрос "какую нибудь корреляцию" - можно например попробовать сравнивать расчетное и реальное оптическое вращение (альфа). Это синглпоинт расчет в гауссиане в вакууме или PCM, экспериментальных данных много. Настоятельно нерекомендую брать системы с очень большими углами вращения, там оочень сильная погрешность.

VTur
Сообщения: 7357
Зарегистрирован: Пт авг 31, 2007 1:36 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение VTur » Вс ноя 22, 2015 5:55 pm

Vit Nhoc писал(а):Всё-таки хотелось бы узнать, насколько оправдан мой подход хотя бы в неполярных растворителях - строить корреляцию между рассчитанными энергиями и экспериментальными константами.
Извиняюсь за дилетантство, а в неполярных растворителях вообще есть PKa?
Я хочу взять какой-нибудь ряд небольших молекул и для них построить подобную корреляцию, чтобы получилась.
Можете получить случайную корреляцию. Все эмпирическая химия ею набита
После отстоя требуйте долива

Аватара пользователя
EvgeniX
Сообщения: 2780
Зарегистрирован: Пт апр 27, 2007 5:32 am

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение EvgeniX » Пн ноя 23, 2015 7:40 am

Посмотрите эту работу:
Khursan S. L., Ovchinnikov M. Y. The pKa theoretical estimation of C―H, N―H, O―H and S―H acids in dimethylsulfoxide solution // Journal of Physical Organic Chemistry. 2014. V.27. №12. P.926-934.
У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.

YuraM
Сообщения: 462
Зарегистрирован: Пн ноя 26, 2007 11:07 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение YuraM » Пн ноя 23, 2015 10:02 am

May I am totally wrong, but it would be just curious to see the results obtained with few other methods, sometimes I have a feeling that all these methods parametrized for dispersion (wB97XD, DFT-D3 ) behave very poor for qualitative trends. Did you try e.g. PBE0 or B3LYP or CCSD(T)?
Кто смел тот и съел

Аватара пользователя
surius
Сообщения: 1489
Зарегистрирован: Пт сен 21, 2007 11:20 am

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение surius » Пн ноя 23, 2015 10:09 am

Можно я тоже свои 5 или даже меньше копеек внесу?
EFP. Effective fragment potential
Нацело соглашусь с Shorku, в его утверждении что штука крутая, но... Вроде как в Гамесе она реализована только для воды. Если вам понадобится посмотреть другие растворители то вроде как тупик. Хотя тут я не до конца уверен, может кто из знающих просветит?!
Ах да, и еще он достаточно требователен. Ну то есть, мне на робочем компе за разумное время не удалось закончить работу с центальной молекулой в 25 тяжелых (800 базисных функции, примерно) и 10 молекулами воды, а на кластере Гамесе не стоял... :dontknow:
В гауссиане вполне можно попользоваться ONIOM
Пользовать то можно, только в таком случае встает вопрос стартового приближения. Если вы просто так накидаете молекулы, исходя из хим. интуиции или из чувства прекрасного, то высока вероятность получить проблемы со сходимостью или просто прийти в чудну'ю геометрию.
Думаю что традионным в таких случаях будет подход когда вы сперва суете вашу молекулу в куб с водой (МД) а потом уже ближайшее окружение можно подсунуть и в ONIOM.
"Bite my shiny metal ass"
Bender

Аватара пользователя
Shorku
Сообщения: 1075
Зарегистрирован: Вт дек 13, 2011 2:17 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение Shorku » Пн ноя 23, 2015 4:45 pm

surius писал(а): Нацело соглашусь с Shorku, в его утверждении что штука крутая, но... Вроде как в Гамесе она реализована только для воды. Если вам понадобится посмотреть другие растворители то вроде как тупик. Хотя тут я не до конца уверен, может кто из знающих просветит?!
Ах да, и еще он достаточно требователен. Ну то есть, мне на робочем компе за разумное время не удалось закончить работу с центальной молекулой в 25 тяжелых (800 базисных функции, примерно) и 10 молекулами воды, а на кластере Гамесе не стоял... :dontknow:

Пользовать то можно, только в таком случае встает вопрос стартового приближения. Если вы просто так накидаете молекулы, исходя из хим. интуиции или из чувства прекрасного, то высока вероятность получить проблемы со сходимостью или просто прийти в чудну'ю геометрию.
Думаю что традионным в таких случаях будет подход когда вы сперва суете вашу молекулу в куб с водой (МД) а потом уже ближайшее окружение можно подсунуть и в ONIOM.
EFP1 только для воды, остальное там вроде бы (не пробовал пока, но хочу на праздниках поиграть) можно автоматически параметризовать под EFP2. Другое дело, что всякие градиенты для tddft есть только для EFP1, но не всем такая экзотика нужна.
Gaussian'ом не пользовался, но мне казалось, что в ониом как раз можно пихнуть и молмеханику, или я совсем ошибаюсь?
Make quantum chemistry, not war

Аватара пользователя
Гесс
Сообщения: 13067
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2012 11:19 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение Гесс » Пн ноя 23, 2015 5:05 pm

Безусловно ONIOM, EFP и пр могут еще больше улучшить результат, но почему не попробовать сначала с специфической сольватации живым растворителем? Думаю можно обойтись весьма скромным количеством.

P.S я обещал статью.
У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.

Аватара пользователя
surius
Сообщения: 1489
Зарегистрирован: Пт сен 21, 2007 11:20 am

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение surius » Пн ноя 23, 2015 7:37 pm

Shorku писал(а):Gaussian'ом не пользовался, но мне казалось, что в ониом как раз можно пихнуть и молмеханику, или я совсем ошибаюсь?
так это... конечно можно, только обычно в ONIOM идея такая: все что интересно считается дорого (например молекула и первая сольватная оболочка), а все что влияет опосредованно (вся оставшаяся шуба) уже чем придется, тут как бы кроме ваших средств, только упоротость отчаяность есть критерий.
А если во внутреннее ядро (то что хорошо и дорого) сунуть только молекулу, то получится мало оправданный уродец. Хотя конечно попробовать можно, но как мне кадется профита будет не очень много. Так как в данном случае, как я понял водородные связи, свякие там спец сольватации и т.п. - и на эти киритические взаимодействия придется стык в уровнях расчетов (если весь растворитель пихнуть во внешную сферу)
"Bite my shiny metal ass"
Bender

Аватара пользователя
surius
Сообщения: 1489
Зарегистрирован: Пт сен 21, 2007 11:20 am

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение surius » Пн ноя 23, 2015 7:40 pm

Гесс писал(а):Безусловно ONIOM, EFP и пр могут еще больше улучшить результат, но почему не попробовать сначала с специфической сольватации живым растворителем? Думаю можно обойтись весьма скромным количеством.
Это так то да, я бы тоже сначала посчитал классический термодинамический цикл с сольватацией.
"Bite my shiny metal ass"
Bender

Аватара пользователя
Гесс
Сообщения: 13067
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2012 11:19 pm

Re: Корреляция между квантовохимическими энергиями и экспери

Сообщение Гесс » Пн ноя 23, 2015 11:30 pm

Если речь идет о воде - то протон в воде - это минимум катион гидроксония, а то и хлеще.
А если мы говорим о том "насколько кислая ледяная уксусная кислота" - эмм, я затрудняюсь...

Ответить

Вернуться в «квантовая химия и моделирование»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 48 гостей