Surveying implicit solvent models for estimating small molecule absolute hydration free energies.
Surveying implicit solvent models for estimating small molecule absolute hydration free energies.
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DOI：
10.1002/jcc.21876
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发表时间：
2011-10
影响因子：
3
通讯作者：
Brooks, Charles L., III
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Knight, Jennifer L.;Brooks, Charles L., III
隐式溶剂模型是解释水环境的强大工具，其计算费用仅为显式溶剂表示的一小部分。在这里，我们比较了常见隐式溶剂模型（TC、OBC、OBC2、GBMV、GBMV2、GBSW、GBSW/MS、GBSW/MS2 和 FACTS）重现使用 AMBER/GAFF 参数和 AM1-BCC 电荷建模的一系列 499 个小中性分子的实验绝对水合自由能的能力。给定用于缩放非极性贡献中的表面积项的优化表面张力系数，大多数隐式溶剂模型与广泛的显式溶剂模拟（平均差异 1.0-1.7 kcal/mol 和 R2=0.81-0.91）以及实验水合自由能（平均无符号误差=1.1-1.4 kcal/mol 和 R2=0.66-0.81）表现出合理的一致性。确定了需要进一步优化其配体力场参数的化合物的化学类别，以及需要改进隐式溶剂模型本身的物理参数的其他化合物。还可能需要更复杂的非极性模型，以更有效地表示溶剂化的基本物理原理，并将从隐式溶剂模型估计的水合自由能的质量提升到一个新的水平。
Implicit solvent models are powerful tools in accounting for the aqueous environment at a fraction of the computational expense of explicit solvent representations. Here, we compare the ability of common implicit solvent models (TC, OBC, OBC2, GBMV, GBMV2, GBSW, GBSW/MS, GBSW/MS2 and FACTS) to reproduce experimental absolute hydration free energies for a series of 499 small neutral molecules that are modeled using AMBER/GAFF parameters and AM1-BCC charges. Given optimized surface tension coefficients for scaling the surface area term in the nonpolar contribution, most implicit solvent models demonstrate reasonable agreement with extensive explicit solvent simulations (average difference 1.0-1.7 kcal/mol and R2=0.81-0.91) and with experimental hydration free energies (average unsigned errors=1.1-1.4 kcal/mol and R2=0.66-0.81). Chemical classes of compounds are identified that need further optimization of their ligand force field parameters and others that require improvement in the physical parameters of the implicit solvent models themselves. More sophisticated nonpolar models are also likely necessary to more effectively represent the underlying physics of solvation and take the quality of hydration free energies estimated from implicit solvent models to the next level.
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