Relative Free Energies for Hydration of Monovalent Ions from QM and QM/MM Simulations
Notice bibliographique
Résumé
Methods directly evaluating the hydration structure and thermodynamics of physiologically relevant cations (Na(+), K(+), Cl(-), etc.) have wide ranging applications in the fields of inorganic, physical, and biological chemistry. All-atom simulations based on accurate potential energy surfaces appear to offer a viable option for assessing the chemistry of ion solvation. Although MD and free energy simulations of ion solvation with classical force fields have proven their usefulness, a number of challenges still remain. One of them is the difficulty of force field benchmarking and validation against structural and thermodynamic data obtained for a condensed phase. Hybrid quantum mechanical/molecular mechanical (QM/MM) models combined with sampling algorithms have the potential to provide an accurate solvation model and to incorporate the effects from the surrounding, which is often missing in gas-phase ab initio computations. Herein, we report the results from QM/MM free energy simulations of Na(+)/K(+) and Cl(-)/Br(-) hydration where we simultaneously characterized the relative thermodynamics of ion solvation and changes in the solvation structure. The Flexible Inner Region Ensemble Separator (FIRES) method was used to impose a spatial separation between QM region and the outer sphere of solvent molecules treated with the CHARMM27 force field. FEP calculations based on QM/MM simulations utilizing the CHARMM/deMon2k interface were performed with different basis set combinations for K(+)/Na(+) and Cl(-)/Br(-) perturbations to establish the dependence of the computed free energies on the basis set level. The dependence of the computed relative free energies on the size of the QM and MM regions is discussed. The current methodology offers an accurate description of structural and thermodynamic aspects of the hydration of alkali and halide ions in neat solvents and can be used to obtain thermodynamic data on ion solvation in condensed phase along with underlying structural properties of the ion-solvent system.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,005 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,005 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».