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Materials Studio搜索过渡态(一)

许丹570
过渡态搜索密度泛函理论DMol3LST/QST结构优化反应路径计算化学活化能反应机理氢转移反应乙烯醇乙醛

过渡态是指反应物体系转变成产物体系过程中,经过能量最高状态所对应的分子构型,也称活化络合物。这与爬山类似,山的最高点便是过渡态。过渡态是不稳定的,任何扰动都会导致它的改变,故无法分离出来。过渡态和反应物的能量差称为活化能,活化能越大反应越困难。


我们将和大家分享如何使用Materials Studio中DMol3模块下的LST/QST工具搜索过渡态,以乙烯醇到乙醛的氢转移反应为例


计算步骤


(1) 准备反应物和产物结构;

新建两个不同的3D原子文档,分别在文档中绘制反应物和产物结构。在此教程中绘制反应物乙烯醇的结构,命名为reactant.xsd;绘制产物乙醛的结构,命名为product.xsd。

分别对反应物和产物两个模型进行结构优化。

(2) 原子配对;

使用DMol3模块进行过渡态搜索,反应物和产物的所有原子都必须配对。这是通过Tools菜单中的Reaction Preview实现的。

首先打开已优化好的反应物和产物的.xsd文件。为方便观察,双击.xsd文件后,点击Window选中Tile Vertically,反应物和产物的模型将并列显示在窗口中。

然后开始对反应物和产物的结构进行原子配对。点击Tools,选择Reaction Preview。在Reaction Preview对话框中,分别从Reactant和product下拉框中选择reactant.xsd和product.xsd,点击Match。


在Find Equivalent Atoms对话框中,可以看到已经有一个原子配对,还有6个原子没有配对。

接下来,我们对剩余的原子进行配对。双击2×C文件夹,点击Reactant和product中的1:C,可以看到.xsd文件中对应的C原子呈现黄色,点击Find Equivalent Atoms对话框下方的Set Match按钮,1:C原子配对完成。剩下的2:C原子会自动完成配对。同样的操作,对H原子进行配对。配对完成后关闭Find Equivalent Atoms对话框即可。

也可以通过Auto Find自动进行原子配对,但配对完成后需要进行确认是否配对准确。若原子配对错误,则过渡态搜索结果会不准确甚至失败。

将Reaction Preview对话框中的帧数Number of frames增加到100,勾选Superimpose structures复选框。单击Preview按钮,关闭对话框。将显示一个名为reactant-product.xtd的新的3D原子轨迹文件。

下次内容我们将分享如何使用DMol3模块对该文件进行过渡态搜索。

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