QM/MM伞形采样

对称二苯代乙烯异构化

Objective: 做异构化自由能

QM subsystem : Stilbene (26 atoms)

MM subsystem : No

QM charge: 0

QM multiplicity: 1

Functional: PBE

做“练习2”中的步骤(1)-(7)

什么是伞形采样

For further information please follow Umbrella sampling tutorial:  http://www.mdtutorials.com/gmx/umbrella/index.html

体系在稳定状态A

体系在稳定状态B

两者之间存在的可能性状态

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我们想知道势垒∆E和状态的相对自由能∆G是多少

从每个窗口的坐标分布中集成能源剖面

需要在窗口之间有足够的重叠

Gromacs有gmx wham工具来执行集成

伞形采样MDP参数

>> less qmmm_md_umbrella.mdp

pull                    = yes

pull_ncoords       = 1         ; 只有一个反应坐标

pull_ngroups       = 4         ; 4组定义一个反应坐标

pull_group1_name        = group1 ; 组在索引文件中定义

pull_group2_name        = group2

pull_group3_name        = group3

pull_group4_name        = group4

pull_coord1_type        = umbrella  

pull_coord1_geometry    = dihedral

pull_coord1_dim         = Y Y Y

pull_coord1_groups      = 1 2 2 3 3 4

pull-coord1-init = -180           ; 这是角度值

pull_coord1_rate        = 0.00       ; 参考位置或参考角的变化率

pull_coord1_k           = 418.4      ; 力常数kJ mol^-1 nm^-2

pull-nstxout             = 1               ;写入所有牵引组 COM 的频率

pull-nstfout             = 1               ; 写入所有牵引组力的频率

qmmm-cp2k-active                = true 

qmmm-cp2k-qmgroup            = QMatoms

qmmm-cp2k-qmmethod          = PBE

qmmm-cp2k-qmcharge          = 0

qmmm-cp2k-qmmultiplicity     = 1

具有MM力场的异构化自由能

Amber14力场，Gromacs模拟，每个窗口1ns

>160 KJ/mol异构化势垒。如果我们改变QM算法会得到什么样的结果

使用GROMACS WHAM工具

具有MM力场的异构化自由能

>> less nma-em.inp

PBE, gromacs - cp2k模拟，每帧约100fs(100步)

通过 QM 实现异构化自由能

PBE, gromacs - cp2k模拟扩展到10 ps(10000步)

MM力场方法会出现人为的高能垒