Alchemical Hydration Free Energy Calculations Using Molecular Dynamics with Explicit Polarization and Induced Polarity Decoupling: An OTFP Approach
Notice bibliographique
Résumé
We present an algorithm to calculate hydration free energies in explicit solvent that incorporates polarization of the solute molecule in conjunction with the use of a classical fixed--charge force field. The goal is to improve the accuracy over the alternative approach of developing a polarizable force field with adjustable parameters. We incorporate polarization by implementing on--the--fly periodic updating of the solute's partial charges during a standard molecular dynamics (MD) alchemical change simulation by the use of mixed QM/MM calculations. We decouple the polarizing solvent's electric field along with the normal MD solute Coulomb decoupling to calculate the free energy difference between an unpolarized solute in vacuum and a fully polarized solute in solution. This approach is in contrast to the common approach of GAFF, which calculates the difference between a solute in vacuum that is over--polarized by the use of fixed charges calculated using HF/6-31G*, and correspondingly under--polarized by the same partial charge set in the solution phase. We apply our methodology to a test set of 31 molecules, ranging from small polar to large drug--like molecules. We find that results using our method with Minimum Basis Iterative Stockholder (MBIS) charges and using RESP charges with B3LYP/cc-pVTZ are superior to results calculated using the current ``gold standard" AM1--BCC method. We show results using MBIS partial charges using B3LYP/cc-pVTZ and MP2/cc-pVTZ, RESP partial charges using B3LYP/cc-pVTZ and HF/6-31G*, and AM1-BCC partial charges. Our method using MBIS in conjunction with MP2/cc-pVTZ yields an AAD that is 2.91 kJ$\cdot$mol$^{-1}$ (0.70 kcal$\cdot$mol$^{-1}$) lower than that of AM1--BCC for our test set. AM1-BCC was within experimental uncertainty on 13 \% of the data, while our method using MP2 was within experimental uncertainty on 43 \% of the data. We conjecture that results can be further improved by using Lennard--Jones and torsional parameters that are fitted to the MBIS charge method and that using RESP with our method can be improved by using a higher level of theory than B3LYP, for instance MP2 or $\omega$B97X-D.
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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 | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
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 ».