Materials Studio官方教程：Forcite——编辑力场【1】

Materials Studio官方教程：Forcite——编辑力场【2】

4、分析非键项影响

从前面的计算中，观察到纯二面角的能量贡献与观察到的扭矩旋转时的能量变化显著不同。可以使用力场编辑器关闭体系中不同类型相互作用的贡献，以查看它们的效果。因为只改变了一个末端扭转角，除了扭矩本身的能量，改变的贡献是非键能。因此，将关闭非键能，以查看它们对扭矩-能量图的影响。

由于硝基的氧原子很可能与相邻的胺形成强氢键，因此首先禁用氢键项是有意义的。

打开Dreiding_new.off文档。在Interactions选项卡中，单击More...按钮。

打开Forcefield Preferences对话框，在其中可以设置力场的的一般首选项。

在相互作用列表中取消勾选Hydrogen Bond复选框。

提示：在将力场文档与Conformers或Forcite等模块一起使用之前，无需保存该文档。如果进行了大量更改，建议将其保存。

现在你需要用新的力场运行另一个Conformers计算，以观察关闭氢键相互作用的效果。

在工程根目录中打开TATNBZ_molecule.xsd文件。打开Conformers Calculation对话框，选择Energy选项卡。从Forcefield下拉列表中选择Browse...，打开Choose Forcefield对话框。选择Dreiding_new.off，并确保Charges设置为Charge using Gasteiger。

在Forcefield文本框中将显示\Dreiding_new。反斜杠表示已从工程中选择了力场，它不是标准的力场。

注意：此力场将在运行计算时传输到服务器，并将返回到新创建的计算结果文件夹中。

在Conformers Calculation对话框中，单击Run按钮。

当计算任务结束后，打开TATNBZ_molecule.std文档，对B和C列绘制曲线图。将其与Dreiding_Original.xcd进行比较。

应注意到禁用氢键相互作用对扭矩-能量图的影响微乎其微。接下来，试着金庸静电相互作用。

将Dreiding_new.off文档改为当前文档。在Forcefield Preferences对话框的相互作用列表中取消勾选Electrostatic复选框。将工程根目录中的TATNBZ_molecule.xsd更改为当前文档。打开Conformers Calculation对话框，选择Energy选项卡。

修改过的Dreiding版本仍然为所选力场，因此可以仅运行计算任务。

运行Run Conformers计算。当计算任务结束后，绘制扭矩和能量关系的曲线图，将其与Dreiding_Original.xcd进行比较。

可见，与打开静电相互作用相比，能量较低的极大值在高度上有所降低。另外，总能量增加了几kcal mol-1。

最后，关闭范德华相互作用以查看效果。

将Dreiding_new.off文档改为当前文档。在Forcefield Preferences对话框的相互作用列表中取消勾选van der Waals复选框。对TATNBZ_molecule.xsd文档运行Conformers计算。在输出数据表中，绘制扭矩和能量关系的曲线图，将其与Dreiding_Original.xcd进行比较。

当关闭范德华相互作用项时，应在扭矩-能量图上看到重大的变化。能量分布应该与通过二面角相互作用生成的曲线图非常相似。

这表明范德华项在这个扭转角的能量分布中起着主要作用。修改范德华项将是下一节的重点。

将Dreiding_new.off文档改为当前文档。在相互作用列表中勾选van der Waals、Hydrogen Bond和Electrostatic复选框，关闭Forcefield Preferences对话框。

去除范德华势后产生的变化与硝基上的氧原子和胺基上的氢原子之间的近距离有关。通过修改范德华项，使其具有较短的平衡距离，从而在较短的距离内减少排斥力，应该看到，Conformers得到的图开始与DMol³预测的更接近。

在工程根目录中将TATNBZ_molecular.xsd设置为当前文档。使用Measure/Change工具在氧原子和相邻氢原子之间添加Distance测量。

距离应约为1.8 Å。在下一节中修改范德华项时，将使用此信息。

5、修改范德华项

Dreiding中的范德华项是根据每种力场类型的参数组合自动生成的。由于参数存储在每个力场类型中，因此它们将显示在Types选项卡上的力场文档中。还可以为原子对添加自定义范德华项，这些项将被用来代替自动计算的项。

在Dreiding_new.off文件中，选择Types选项卡。单击van der Waals Form的黄色过滤器框，然后选择LJ_12_6。

注意：将注意到，可以选择显示函数形式，也可以忽略Ignore相互作用。如果选择Ignore，则不会在能量表达式中计算相互作用。为van der Waals力场类型选择Ignore，将忽略包含该类型的所有范德华相互作用。尽管这在本例中看起来过于激进，但如果想关闭单独的相互作用，ignore可能很有用。

可以设置函数形式，也可以选择忽略范德华参数。Dreiding使用简单的Lennard Jones 12-6形式计算范德华参数，其中D0为阱深，R0为平衡距离。

记下H___A和O_2的D0和R0值。

可见与O_2相比，H___A的阱深非常浅。参数组合通常使用算术平均值计算。然而，由于氢的阱深非常小，在这种情况下，阱深参数的几何组合可以更好地表示范德华相互作用。

几何平均值计算为阱深乘积的平方根，对于H___A和O_2等于0.0031。

打开Interactions选项卡。将Show interaction更改为van der Waals。将Functional Form更改为LJ_12_6。

注意到，没有为Dreiding定义特定的范德华项。要引入特定的范德华项，必须首先指定力场类型序列。

在Fi选框中单击第一个空行，然后从下拉列表中选择H___A。单击Fj选框并从下拉列表中选择O_2。在Functional Form选框中单击并选择LJ_12_6。将D0的值设置为0.0031。

对于该测试，应该使用算术平均值计算R0。该值为3.29。

将R0的值设置为3.29。在工程根目录中的TATNBZ_molecule.xsd文件中运行Conformers计算。生成扭矩-能量图。

可见极小值的高度已经改变了约0.5 kcal mol^-1，但对曲线图没有太大的总体影响。改变函数形式的另一种方法是减小平衡距离的值。之前，计算了分子中氧原子到氢原子的距离。这约为1.8 Å，而R0为3.29 Å。这表明范德华势的排斥项对扭矩势有重要贡献。要纠正此问题，应减小R0的值。虽然很容易将平衡值设置为测量距离的平衡值，但这可能会过度拟合相互作用，从而导致整体结构的变化。事实上，选择正确的数字可能需要一些猜测，但最好先较高值开始逐渐降低，运行多次Conformers计算。在本教程中，使用了2.7 Å的R0值。

在Dreiding_new.off中，将R0的值更改为2.7。在TATNBZ_molecule.xsd中运行Conformers计算。生成扭矩-能量图。

力场编辑器中调整X C_R N_R X扭矩的范德华参数后的二面角-能量图

曲线图显示，改变平衡位置对扭转角的能量分布有显著影响，在0度和180度时能量最大值显著降低。然而，总体能量势垒现在明显低于先前DMol³计算中预测的能量势垒。为了补偿这一点，应该增加扭转能量势垒。

在Dreiding_new.off中，将Show Interaction更改为Torsion，Functional Form过滤器更改为Dihedral。将B的X N_R C_R X值更改为50。在TATNBZ_molecule.xsd中，运行Conformers计算。产生扭矩-能量图。

可见，新的扭矩-能量图现在与从头算计算预测的结果相似，扭转势垒的大小和位置也相似。在0度和180度的两侧仍有两个低能极小值，这将导致结构变形。然而，改变H___A O_2范德华相互作用的值将不再有太大的影响。

这表明小的排斥项一定是由另一个原子与硝基上的氧相互作用引起的。

将工程根目录中的TATNBZ_molecule.xsd文件打开为当前文档。在氧原子和最近邻胺基氮原子上添加一个Distance测量。

距离应约为2.5 Å。与氢-氧相互作用一样，这小于力场中的平衡距离。该距离意味着范德瓦尔斯斥力将很大，这可能导致势能面上的绝对值较小的最大值。

将Dreiding_new.off打开为当前文档。选择Types选项卡，记下N_R和O_2的D0和R0的值。

与氢和氧范德华项一样，将使用几何平均值计算新的D0项，并将R0设置为2.7 Å。

打开Interactions选项卡。仅显示van der Waals相互作用。单击黄色过滤器选框Functional Form，选择LJ_12_6。单击空白的Fi选框，选择N_R。单击空白的Fj选框，选择O_2。在Functional Form选框中单击并选择LJ_12_6。将D0的值设置为0.086，R0的值设置为2.7。在TATNBZ_molecule.xsd中，运行Conformers计算。产生扭矩-能量图。

不应存在额外的最小值，图表的形状应与之前生成的DMol³图相似，最小值略为平坦。然而，当改变氧和氮的范德华参数的函数形式时，二面角的能量势垒现在太高了。根据DMol3计算，希望其约为14 kcal mol^-1。

将Dreiding_new.off文档改为当前文档。在Interactions选项卡中，选择Torsion相互作用。在Functional Form中，选择Dihedral。将B的X N_R C_R X值更改为35。在TATNBZ_molecule.xsd中，运行Conformers计算。产生扭矩-能量图。

这将得到约为14 kcal mol^-1的势垒。可以继续调整参数以进一步改善力场，但现在的力场应该足以测试晶体结构。

打开原始的TATNBZ_crystal.xsd文件。打开Forcite Calculation对话框。选择Energy选项卡，选择\Dreiding_new.off作为力场。单击Run按钮。

当计算完成后，可见硝基几乎在苯环平面上排列，就像它们在晶体结构中一样。

从这里，可以使用新的力场运行多晶型预测Polymorph Prediction计算。

本教程到此结束。

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