Tests of an adaptive QM/MM calculation on free energy profiles of chemical reactions in solution.
Tests of an adaptive QM/MM calculation on free energy profiles of chemical reactions in solution.
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对溶液中化学反应自由能曲线的自适应 QM/MM 计算进行测试。
DOI：
10.1021/jp405974b
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发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Várnai C
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Várnai C
我们使用自适应缓冲力混合量子力学/分子力学（bf-QM/MM）方法计算反应自由能。1 bf-QM/MM方法将非自适应静电嵌入QM/MM计算与扩展和缩减QM区域相结合，以计算所有原子上的精确力，可用于只需要力而不需要能量的自由能计算方法。我们计算了水溶液中两个反应的自由能分布：氯甲烷与氯阴离子的亲核取代反应和酪氨酸侧链的去质子化反应。我们验证的bf-QM/MM方法对一个完整的QM模拟，并表明，它正确地再现了几何性质和自由能分布的QM模型，而静电嵌入QM/MM方法使用静态QM区域，仅包括溶质是无法做到这一点。bf-QM/MM方法并不明显依赖于QM和MM方法的细节，只要它可以像传统的QM/MM计算那样，计算系统中一个小区域的QM力和其余区域的MM力。它很简单，只需要几个参数来控制QM计算的大小，并允许（但不要求）一个变化和适应的QM区域，这是必要的模拟解决方案。
We present reaction free energy calculations using the adaptive buffered force mixing quantum mechanics/molecular mechanics (bf-QM/MM) method.1 The bf-QM/MM method combines nonadaptive electrostatic embedding QM/MM calculations with extended and reduced QM regions to calculate accurate forces on all atoms, which can be used in free energy calculation methods that require only the forces and not the energy. We calculate the free energy profiles of two reactions in aqueous solution: the nucleophilic substitution reaction of methyl chloride with a chloride anion and the deprotonation reaction of the tyrosine side chain. We validate the bf-QM/MM method against a full QM simulation, and show that it correctly reproduces both geometrical properties and free energy profiles of the QM model, while the electrostatic embedding QM/MM method using a static QM region comprising only the solute is unable to do so. The bf-QM/MM method is not explicitly dependent on the details of the QM and MM methods, so long as it is possible to compute QM forces in a small region and MM forces in the rest of the system, as in a conventional QM/MM calculation. It is simple, with only a few parameters needed to control the QM calculation sizes, and allows (but does not require) a varying and adapting QM region which is necessary for simulating solutions.
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