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示例 12-esp-resp-paracetamol:小分子配体的 MK 静电势与 RESP 电荷

配套教程:第12章 布居分析、NBO 与静电势/RESP 电荷(第 7 节)。

目的

按 AMBER/GAFF 的经典协议,为对乙酰氨基酚(paracetamol,C8H9NO2)生成 RESP 电荷:

  1. HF/6-31G(d) 几何优化;
  2. HF/6-31G(d) 单点,Pop=MK 加 IOp(6/33=2,6/41=10,6/42=17,6/50=1) 输出 ESP 格点并写出 Antechamber 的 .gesp 文件;
  3. 用 AmberTools antechamber -c resp 做两步 RESP 拟合(或改用 Multiwfn 的 RESP 模块)。

文件说明

文件 内容
ligand_mk_esp_for_resp.gjf 两步 Link1:HF/6-31G(d) Opt → HF/6-31G(d) MK ESP(写出 paracetamol.gesp)
run_antechamber_resp.sh 调用 antechamber 拟合 RESP,并列出各原子电荷及总和
run.slurm Gaussian 部分的 Slurm 作业脚本

运行步骤

# 1) Gaussian
sbatch run.slurm
# 或
g16 < ligand_mk_esp_for_resp.gjf > ligand_mk_esp_for_resp.log

# 2) RESP 拟合(需要 AmberTools)
bash run_antechamber_resp.sh paracetamol.gesp 0 LIG
# 如果没有生成 .gesp,也可以直接读 log(需要 IOp(6/33=2) 打印的格点)
bash run_antechamber_resp.sh ligand_mk_esp_for_resp.log 0 LIG

paracetamol.gesp 通常写在作业的工作目录中;如果找不到,请在 scratch 目录($GAUSS_SCRDIR)中查找。

Multiwfn 替代方案:

formchk lig_esp.chk lig_esp.fchk
Multiwfn lig_esp.fchk      # 依次输入 7 -> 18 -> 1,进行标准两步 RESP 拟合

预期结果 / 如何检查

grep -c "Normal termination" ligand_mk_esp_for_resp.log      # 应为 2
grep "Charges from ESP fit" ligand_mk_esp_for_resp.log       # 拟合 RMS
grep -A22 "ESP charges:" ligand_mk_esp_for_resp.log | head -24   # Gaussian 自带的 MK 电荷(未加约束)
  • run_antechamber_resp.sh 最后打印的电荷总和应等于净电荷 0(四舍五入误差在 10⁻⁴ 量级);
  • 与 MK 电荷相比,RESP 会把埋藏的碳原子(如苯环碳、甲基碳)电荷拉向更小的绝对值,而甲基上的三个 H 被约束为相同电荷;
  • 羰基 O、酚羟基 O 和酰胺 N 应带明显的负电荷,羟基 H 和酰胺 H 带正电荷。

注意事项

  • HF/6-31G(d) 是 AMBER/GAFF 的配套协议,不要为“提高精度”而改用 DFT 大基组;为其他力场拟合电荷时请遵循该力场自己的协议。
  • 电荷依赖构象:酰胺基团与羟基的取向会影响结果,柔性配体建议多构象联合拟合(Multiwfn RESP 模块的选项 −1)。
  • antechamber -nc 必须与 Gaussian 输入中的总电荷一致。
  • IOp(6/33=2) 是 AMBER 社区长期使用的写法,当前官方 IOp 列表中没有列出;IOp(6/50=1) 生成 .gesp 文件则是官方 Population 页说明的方法。

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