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用 MP2/CBS 拟合的分子间相互作用势能对流体环丙烷的分子动力学模拟。

Molecular dynamics simulations of fluid cyclopropane with MP2/CBS-fitted intermolecular interaction potentials.

机构信息

Institute of Applied Mechanics, National Taiwan University, Taipei 106, Taiwan.

出版信息

J Chem Phys. 2017 Aug 14;147(6):064507. doi: 10.1063/1.4998149.

DOI:10.1063/1.4998149
PMID:28810796
Abstract

Modeling fluid cycloalkanes with molecular dynamics simulations has proven to be a very challenging task partly because of lacking a reliable force field based on quantum chemistry calculations. In this paper, we construct an ab initio force field for fluid cyclopropane using the second-order Møller-Plesset perturbation theory. We consider 15 conformers of the cyclopropane dimer for the orientation sampling. Single-point energies at important geometries are calibrated by the coupled cluster with single, double, and perturbative triple excitation method. Dunning's correlation consistent basis sets (up to aug-cc-pVTZ) are used in extrapolating the interaction energies at the complete basis set limit. The force field parameters in a 9-site Lennard-Jones model are regressed by the calculated interaction energies without using empirical data. With this ab initio force field, we perform molecular dynamics simulations of fluid cyclopropane and calculate both the structural and dynamical properties. We compare the simulation results with those using an empirical force field and obtain a quantitative agreement for the detailed atom-wise radial distribution functions. The experimentally observed gross radial distribution function (extracted from the neutron scattering measurements) is well reproduced in our simulation. Moreover, the calculated self-diffusion coefficients and shear viscosities are in good agreement with the experimental data over a wide range of thermodynamic conditions. To the best of our knowledge, this is the first ab initio force field which is capable of competing with empirical force fields for simulating fluid cyclopropane.

摘要

使用分子动力学模拟对流体环烷烃进行建模已被证明是一项极具挑战性的任务,部分原因是缺乏基于量子化学计算的可靠力场。在本文中,我们使用二阶 Møller-Plesset 微扰理论为流体环丙烷构建了一个从头算力场。我们考虑了环丙烷二聚体的 15 种构象,以进行取向采样。单点能量在重要的几何结构上通过单、双和微扰三重激发方法的耦合簇进行校准。在完全基组极限处,使用 Dunning 的相关一致基组(最高至 aug-cc-pVTZ)外推相互作用能。在 9 位 Lennard-Jones 模型中,力场参数通过计算相互作用能回归,而不使用经验数据。使用这个从头算力场,我们对流体环丙烷进行了分子动力学模拟,并计算了结构和动力学性质。我们将模拟结果与使用经验力场的结果进行了比较,对详细的原子径向分布函数得到了定量一致的结果。实验观察到的总径向分布函数(从中子散射测量中提取)在我们的模拟中得到了很好的再现。此外,计算得到的自扩散系数和剪切黏度在很宽的热力学条件范围内与实验数据吻合良好。据我们所知,这是第一个能够与经验力场竞争模拟流体环丙烷的从头算力场。

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引用本文的文献

1
Coarse-Grained Simulations Using a Multipolar Force Field Model.使用多极力场模型的粗粒度模拟
Materials (Basel). 2018 Jul 31;11(8):1328. doi: 10.3390/ma11081328.