目的：介绍使用DMol³和反应预览Reaction Preview工具执行过渡状态搜索计算的方法。计算并验证了简单反应的过渡态。

所用模块：Materials Visualizer、DMol³

前提条件：利用DMol3中的离域内坐标对固体进行几何优化（Geometry optimization for solids using delocalized internal coordinates in DMol3）教程

背景

研究对任何反应的势能面都需要了解反应进程中每一步的结构和能量，或动力学和热力学，了解反应过程的每个步骤的简要情况。特别重要的是反应中的决速步，该步骤通常涉及搜索难以捕获的过渡态结构。有一些方法对过渡态结构搜索很有效果，其中比较知名的就是线性同步转变(linear synchronous transit, LST)和二次同步转变(quadratic synchronous transit, QST)，它们适用于简单反应。对于复杂的反应路径，可使用DMol³中的最小能量路径Minimum Energy Path任务，该任务将在单独的教程中介绍。

介绍

本教程旨在介绍DMol³中的LST/QST工具。在本教程中，将学习如何使用LST/QST工具搜索从乙烯醇到乙醛的氢转移反应的过渡态结构。

CH₂CHOH→CH₃COH

本教程包括如下部分：

• 开始

• 准备计算结构模型

• 定义原子配对

• 利用LST/QST/CG方法计算过渡态

• 过渡态优化

注意：完成本教程需要运行DMol³过渡态搜索。根据计算服务器的配置，此计算可能需要相当长的时间。

注意：为了和本教程中的参数保持一致，可以使用Settings Organizer对话框将项目中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。

1、开始

首先启动Materials Studio并创建一个新项目。

打开New Project对话框，输入vinylOH作为项目名，单击OK按钮。

新项目将以vinylOH为项目名显示于Project Explorer中。

2、准备计算结构模型

在该教程本部分中，将在两个不同的3D原子文档中建立反应物和产物模型。首先需要打开一个新的3D原子文档，绘制反应物乙烯醇的结构。

单击Standard工具栏中的New按钮，从下拉列表中选择3D Atomistic Document。

使用Sketch工具绘制一个乙烯醇分子。单击Adjust Hydrogen按钮，然后单击Clean按钮。

移动结构模型直到其与下图相似（以球棍模型显示）。

将新文档重命名为reactant.xsd。

在3D Viewer工具条中选择Selection工具。双击乙烯醇结构中的任何一个原子选中所有原子。

现在乙烯醇的所有都被选中，以黄色显示。

按下CTRL + C键。

将文件内容复制到剪贴板。

使用New按钮，创建一个新的3D原子文件。按下CTRL + V键。

结构模型被粘贴到新的3D原子文档中。现在需要改变化学键和对原子重新排布，以得到产物结构。

在这个新的3D原子文档中，选择O-H键，按下DELETE键。单击Sketch Atom按钮，然后单击孤立的H原子，以及末端的C原子。

单击一次C-O键，将化学键类型由单键改为双键。连续单击两次C-C键，化学键类型将由双键变为三键，然后再变成单键。单击Clean按钮。

结构应与下图相似。

在继续之前，应更改文件名。

将文档重命名为product.xsd。

3、定义原子配对

如果利用DMol3执行过渡态搜索，反应物和产物的所有原子都必须配对。这可以通过使用Tools菜单中的反应预览(Reaction Preview)功能实现。

首先，应将反应物和产物的结构并列显示。

从菜单栏中选择Window | Tile Vertically。

现在准备开始对反应物和产物结构中的原子进行配对。

从菜单栏中选择Tools | Reaction Preview。

打开Reaction Preview对话框。

Reaction Preview对话框

分别从Reactant和Product下拉树形图中选择reactant.xsd和product.xsd文件。单击Match…按钮，打开Find Equivalent Atoms对话框。

可见有一个原子已经匹配，仍有六个原子没有匹配。

双击反应物列中的2xC。

产物列里的对应的文件夹同时打开。反应物列应包含1:C和2:C。它们应该直接和产物窗口里的对应原子相匹配，可通过以下步骤将进行确认。

点击反应物框中的1:C和产物框中的1:C。

两个框中的碳原子被选中，并且两个3D原子文档中的碳原子是相同的。

如果它们表示等价原子，单击Auto Find按钮。

搜索等价原子(Find Equivalent Atoms)算法将匹配所有剩下的重原子。

提示：如仍存在未匹配的原子，对下一个未匹配的原子对重复上面的手动匹配步骤，但此处可单击Set Match。对于剩余未匹配的原子对重复此过程，或单击Auto Find。

预览反应物和产物之间匹配的原子列表。

单击列表中反应物或产物列任意一个原子，预览配对是否合适，直到对匹配满意为止。

在每个3D原子文档任意位置单击，取消选中原子，关闭Find Equivalent Atoms对话框。

利用DMol³模块的LST/QST功能执行过渡态搜索，由于为DMol³计算时所要求的输入条件，需要在反应物和产物之间创建一条路径。

单击Project Explorer中的工程根目录。在Reaction Preview对话框中，将帧数Number of frames增加到100。勾选Superimpose structures复选框。单击Preview按钮，关闭对话框。

在几秒钟内，将显示一个名为reactant-product.xtd的新的3D原子轨迹文件。将对该文件进行DMol³计算。可以使用Animation工具条中的工具播放轨迹文件。动画在Bounce模式下播放效果最佳。可以打开化学键监测，从而在每个步骤后重新计算化学键。

从菜单栏中选择Build | Bonds，打开Bond Calculation对话框。勾选Monitor bonding复选框，并关闭对话框。

按下Play按钮。

当观看完轨迹之后，单击Stop按钮。

【系列教程】

Materials Studio官方教程：DMol3——对固体进行几何优化【1】

Materials Studio官方教程：DMol3——能带结构和态密度的计算【1】

Materials Studio官方教程：DFTB+——模拟电子输运【1】

Materials Studio是久负盛名计算模拟软件，问世20余年来，经过不断地迭代优化，使其功能异常强大，极易上手，初学者只需通过简单的参数设置和点击鼠标就能完成DFT计算。其计算可靠性久经考验，备受Nature、Science等顶级期刊认可。

华算科技和Materials Studio官方代理深圳浦华系统联合推出Materials Studio建模、计算、分析课程。课程专为零基础学员设计，沿着理论讲解、模型搭建、性质计算、结果分析层层递进讲解，带你快速入门DFT计算。课程极度注重实操，全程线上直播，提供无限回放，课程群在线答疑。（详情点击下方图片跳转）

识别下方二维码报名，或者联系手机13005427160。