Redistributed charge and dipole schemes for combined quantum mechanical and molecular mechanical calculations

Journal of Physical Chemistry A

Volumn 109, Issue 17, 2005, Pages 3991-4004

  Lin, Hai ^a   Truhlar, Donald G ^a  

^a University of Minnesota ^*  (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

GENERALIZED HYBRID ORBITAL (GHO); MOLECULAR MECHANISMS; REDISTRIBUTED CHARGE (RC); REDISTRIBUTED CHARGE AND DIPOLE (RCD);

ELECTRIC CHARGE; ELECTRONIC STRUCTURE; ENZYMES; HAMILTONIANS; HYDROGEN BONDS; POLARIZATION;

QUANTUM THEORY;

PROTON;

ARTICLE; CHEMICAL MODEL; CHEMICAL STRUCTURE; CONFORMATION; MATHEMATICAL COMPUTING; METHODOLOGY; PHYSICAL CHEMISTRY; QUANTUM THEORY;

CHEMISTRY, PHYSICAL; MATHEMATICAL COMPUTING; MODELS, CHEMICAL; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR CONFORMATION; MOLECULAR STRUCTURE; PROTONS; QUANTUM THEORY;

EID: 18844410543     PISSN: 10895639     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp0446332     Document Type: Article

References (125)

1. Warshel, A.; Levitt, M. J. Mol. Biol. 1976, 103, 227.
2. Singh, U. C.; Kollmann, P. A. J. Comput. Chem. 1986, 7, 718.
3. Field, M. J.; Bash, P. A.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1990, 11, 700.
4. Gao, J.; Xia, X. Science 1992, 258, 631.
5. Gao, J. Rev. Comput. Chem. 1996, 7, 119.
6. Ferenczy, G. G.; Rivail, J.-L.; Surjan, P. R.; Naray-Szabo, G. J. Comput. Chem. 1992, 13, 830.
7. Thery, V.; Rinaldi, D.; Rivail, J.-L.; Maigret, B.; Ferenczy, G. G. J. Comput. Chem. 1994, 15, 269.
8. Assfeld, X.; Rivail, J.-L. Chem. Phys. Lett. 1996, 263, 100.
9. Monard, G.; Loos, M.; Thery, V.; Baka, K.; Rivail, J.-L. Int. J. Quantum Chem. 1996, 58, 153.
10. Ferre, N.; Assfeld, X.; Rivail, J.-L. J. Comput. Chem. 2002, 23, 610.
11. Maseras, F.; Morokuma, K. J. Comput. Chem. 1995, 16, 1170.
12. Svensson, M.; Humbel, S.; Froese, R. D. J.; Matsubara, T.; Sieber, S.; Morokuma, K. J. Phys. Chem. 1996, 100, 19357.
13. Froese, R. D. J.; Musaev, D. G.; Morokuma, K. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 1581.
14. Dapprich, S.; Komiromi, I.; Byun, K. S.; Morokuma, K.; Frisch, M. J. THEOCHEM 1999, 461-462, 1.
15. Vreven, T.; Morokuma, K. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1419.
16. Vreven, T.; Mennucci, B.; da Silva, C. O.; Morokuma, K.; Tomasi, J. J. Chem. Phys. 2001, 115, 62.
17. Morokuma, K. Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A 2002, 360, 1149.
18. Kerdcharoen, T.; Morokuma, K. Chem. Phys. Lett. 2002, 355, 257.
19. Stanton, R. V.; Hartsough, D. S.; Merz, K. M., Jr. J. Comput. Chem. 1995, 16, 113.
20. Monard, G.; Merz, K. M., Jr. Acc. Chem. Res. 1999, 32, 904.
21. Gogonea, V.; Westerhoff, L. M.; Merz, K. M., Jr. J. Chem. Phys. 2000, 113, 5604.
22. Gogonea, V. Internet Electron. J. Mol. Design 2002, 1, 173.
23. Thompson, M. A.; Schenter, G. K. J. Phys. Chem. 1995, 99, 6374.
24. Thompson, M. A. J. Phys. Chem. 1995, 99, 4794.
25. Bakowies, D.; Thiel, W. J. Phys. Chem. 1996, 100, 10580.
26. Bakowies, D.; Thiel, W. J. Comput. Chem. 1996, 17, 87.
27. Antes, I.; Thiel, W. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 9290.
28. Lennartz, C.; Schaefer, A.; Terstegen, F.; Thiel, W. J. Phys. Chem. B 2002, 106, 1758.
29. Eurenius, K. P.; Chatfield, D. C.; Brooks, B. R.; Hodoscek, M. Int. J. Quantum Chem. 1996, 60, 1189.
30. Das, D.; Eurenius, K. P.; Billings, E. M.; Sherwood, P.; Chatfield, D. C.; Hodoscek, M.; Brooks, B. R. J. Chem. Phys. 2002, 117, 10534.
31. Cummins, P. L.; Gready, J. E. J. Comput. Chem. 1997, 18, 1496.
32. Titmuss, S. J.; Cummins, P. L.; Rendell, A. P.; Bliznyuk, A. A.; Gready, J. E. J. Comput. Chem. 2002, 23, 1314.
33. Bersuker, I. B.; Leong, M. K.; Boggs, J. E.; Pearlman, R. S. Int. J. Quantum. Chem. 1997, 63, 1051.
34. Tongraar, A.; Liedl, K. R.; Rode, B. M. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 6299.
35. Woo, T. K.; Cavallo, L.; Ziegler, T. Theor. Chem. Acc. 1998, 100, 307.
36. Woo, T. K.; Blöchl, P. E.; Ziegler, T. THEOCHEM 2000, 506, 313.
37. Gao, J.; Thompson, M. A.; Ed. Combined Quantum Mechanical and Molecular Mechanical Methods: ACS Symp. Ser. 712; American Chemical Society: Washington, DC, 1998.
38. Gao, J.; Amara, P.; Alhambra, C.; Field, M. J. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 4714.
39. Byun, K.; Gao, J. J. Mol. Graphics Model. 2000, 18, 50.
40. Amara, P.; Field, M. J.; Alhambra, C.; Gao, J. Theor. Chem. Acc. 2000, 104, 336.
41. Gao, J.; Truhlar, D. G. Annu. Rev. Phys. Chem. 2002, 53, 467.
42. Truhlar, D. G.; Gao, J.; Alhambra, C.; Garcia-Viloca, M.; Corchado, J.; Sanchez, M. L.; Villa, J. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 341.
43. Pu, J.; Gao, J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 632.
44. Pu, J.; Gao, J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. A 2004, 108, 5454.
45. Devi-Kesavan, L. S.; Garcia-Viloca, M.; Gao, J. Theor. Chem. Acc. 2003, 109, 133.
46. Aaqvist, J.; Warshel, A. Chem. Rev. 1993, 93, 2523.
47. Lyne, P. D.; Hodoscek, M.; Karplus, M. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 3462.
48. Reuter, N.; Dejaegere, A.; Maigret, B.; Karplus, M. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 1720.
49. Cui, Q.; Elstner, M.; Kaxiras, E.; Frauenheim, T.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 569.
50. Riccardi, D.; Li, G. H.; Cui, Q. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 6467.
51. Hillier, I. H. THEOCHEM 1999, 463, 45.
52. Hall, R. J.; Hindle, S. A.; Burton, N. A.; Millier, I. H. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1433.
53. Nicoll, R. M.; Hindle, S. A.; MacKenzie, G.; Hillier, I. H.; Burton, N. A. Theor. Chem. Acc. 2001, 106, 105.
54. Kairys, V.; Jensen, J. H. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 6656.
55. Eichinger, M.; Tavan, P.; Hutter, J.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 1999, 110, 10452.
56. Röthlisberger, U.; Carloni, P.; Doclo, K.; Parrinello, M. J. Biol. Inorg. Chem. 2000, 5, 236.
57. Laio, A.; VandeVondele, J.; Röthlisberger, U. J. Chem. Phys. 2002, 116, 6941.
58. Colombo, M. C.; Guidoni, L.; Laio, A.; Magistrato, A.; Maurer, P.; Piana, S.; Rohrig, U.; Spiegel, K.; Sulpizi, M.; VandeVondele, J.; Zumstein, M.; Röthlisberger, U. Chimia 2002, 56, 13.
59. Sulpizi, M.; Laio, A.; VandeVondele, J.; Cattaneo, A.; Röthlisberger, U.; Carloni, P. Proteins 2003, 52, 212.
60. Laio, A.; Gervasio, F. L.; VandeVondele, J.; Sulpizi, M.; Röthlisberger, U. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 7963.
61. Zhang, Y.; Lee, T.-S.; Yang, W. J. Chem. Phys. 1999, 110, 46.
62. DiLabio, G. A.; Hurley, M. M.; Christiansen, P. A. J. Chem. Phys. 2002, 116, 9578.
63. Yang, W.; Drueckhammer, D. G. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5986.
64. Field, M. J.; Albe, M.; Bret, C.; Martin, F. P.-D.; Thomas, A. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1088.
65. Amara, P.; Field, M. J. Theor. Chem. Acc. 2003, 109, 43.
66. Philipp, D. M.; Friesner, R. A. J. Comput. Chem. 1999, 20, 1468.
67. Murphy, R. B.; Philipp, D. M.; Friesner, R. A. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1442.
68. Murphy, R. B.; Philipp, D. M.; Friesner, R. A. Chem. Phys. Lett. 2000, 321, 113.
69. de Vries, A. H.; Sherwood, P.; Collins, S. J.; Rigby, A. M.; Rigutto, M.; Kramer, G. J. J. Phys. Chem. B 1999, 103, 6133.
70. Sherwood, P. In Modern Methods and Algorithms of Quantum Chemistry; Grotendorst, J., Ed.; NIC-Directors: Princeton, 2000; Vol. 3, p 285.
71. Turner, A. J.; Moliner, V.; Williams, I. H. Phys. Chem. Chem. Phys. 1999, 1, 1323.
72. Moliner, V.; Williams, I. H. Chem. Commun. 2000, 1843.
73. Hu, H.; Elstner, M.; Hermans, J. Proteins 2003, 50, 451.
74. Pitarch, J.; Pascual-Ahuir, J. L.; Silla, E.; Tunon, L; Ruiz-Lopez, M. F. J. Comput. Chem. 1999, 20, 1401.
75. Swart, M. Int. J. Quantum Chem. 2003, 91, 177.
76. Loferer, M. J.; Loeffler, H. H.; Liedl, K. R. J. Comput. Chem. 2003, 24, 1240.
77. Mordasini, T.; Curioni, A.; Andreoni, W. J. Biol. Chem. 2003, 278, 4381.
78. Worthington, S. E.; Krauss, M. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 7096.
79. Poteau, R.; Ortega, L; Alary, F.; Solis, A. R.; Barthelat, J. C.; Daudey, J. P. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 198.
80. Kongsted, J.; Osted, A.; Mikkelsen, K. V.; Christiansen, O. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 2578.
81. MacKerell, A. D., Jr.; Bashford, D.; Bellott, M.; Dunbrack, R. L.; Evanseck, J. D.; Field, M. J.; Fischer, S.; Gao, J.; Guo, H.; Ha, S.; Joseph-McCarthy, D.; Kuchnir, L.; Kuczera, K.; Lau, F. T. K.; Mattos, C.; Michnick, S.; Ngo, T.; Nguyen, D. T.; Prodhom, B.; Reiher, W. E., III; Roux, B.; Schlenkrich, M.; Smith, J. C.; Stote, R.; Straub, J.; Watanabe, M.: Wiorkiewicz-Kuczera, J.; Yin, D.; Karplus, M. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 3586.
82. Jorgensen, W. L.; Maxwell, D. S.; Tirado-Rives, J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11225.
83. McDonald, N. A.; Jorgensen, W. L. J. Phys. Chem. B 1998, 102, 8049.
84. Jorgensen, W. L.; McDonald, N. A. THEOCHEM 1998, 424, 145.
85. Rizzo, R. C.; Jorgensen, W. L, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 4827.
86. Price, M. L. P.; Ostrovsky, D.; Jorgensen, W. L. J. Comput. Chem. 2001, 22, 1340.
87. Kaminski, G. A.; Friesner, R. A.; Tirado-Rives, J.; Jorgensen, W. L. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6474.
88. Ponder, J. W. TINKER, Version 4.1; Washington University: St. Louis, MO, 2003.
89. Lin, H.; Truhlar, D. G. QMMM, Version 1.0; University of Minneapolis: Minneapolis, 2004. The software is available at http://comp. chem.umn.edu/qmmm.
90. Rodgers, J. M.; Lynch, B. J.; Fast, P. L.; Chuang, Y.-Y.; Pu, J.; Zhao, Y.; Truhlar, D. G. MULTILEVEL, Version 3.1/G03; University of Minnesota: Minneapolis, 2003.
91. Frisch, M. J., et al. Gaussian03; Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 2003.
92. Roothaan, C. C. J. Rev. Mod. Phys. 1951, 23, 69.
93. Easton, R. E.; Giesen, D. J.; Welch, A.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. Theor. Chem. Acc. 1996, 93, 281.
94. Schlegel, H. B. J. Comput. Chem. 1982, 3, 214.
95. Li, J.; Zhu, T.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 1820.
96. Winget, P.; Thompson, J. D.; Xidos, J. D.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 10707.
97. Thompson, J. D.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. J. Comput. Chem. 2003, 24.
98. Singh, U. C.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1984, 5, 129.
99. Besler, B. H., Jr.; K. M. M.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1990, 11, 431.
100. Francl, M. M.; Carey, C.; Chirlian, L. E.; Gange, D. M. J. Comput. Chem. 1996, 17, 367.
101. Bayly, C. I.; Cieplak, P.; Cornell, W. D.; Kollman, P. A. J. Phys. Chem. 1993, 97, 10269.
102. Laio, A.; VandeVondele, J.; Rothlisberger, U. J. Phys. Chem. B 2002, 106.
103. Møller, C. M. S.; Plesset, M. S. Phy. Rev. 1934, 46, 618.
104. Ditchfield, R.; Hehre, W. J.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1971, 54, 724.
105. Frisch, M. J.; Pople, J. A.; Binkley, J. S. J. Chem. Phys. 1984, 80, 3265.
106. Lynch, B. J.; Fast, P. L.; Harris, M.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4811.
107. Lynch, B. J.; Zhao, Y.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 1384.
108. Clark, T.; Chandrasekhar, J.; Spitznagel, G. W.; Schleyer, P. v. R. J. Comput. Chem. 1983, 4, 294.
109. Cizek, J. Adv. Chem. Phys. 1969, 14, 35.
110. McLean, A. D.; Chandler, G. S. J. Chem. Phys. 1980, 72, 5639.
111. Krishnan, R.; Binkley, J. S.; Seeger, R.; Pople, J. A. J. Chem. Phys. 1980, 72, 650.
112. Ferré, N.; Olivucci, M. THEOCHEM 2003, 632, 71.
113. Kahn, K.; Bruice, T. C. J. Comput. Chem. 2002, 23, 977.
114. Re, S.; Morokuma, K. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 7185.
115. Schöneboom, J. C.; Lin, H.; Reuter, N.; Thiel, W.; Cohen, S.; Ogliaro, F.; Shaik, S. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 8142.
116. Schöneboom, J. C.; Cohen, S.; Lin, H.; Shaik, S.; Thiel, W. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4017.
117. Cytochrome P450: Structure, Mechanisms and Biochemistry, 2nd ed.; Ortiz de Montellano, P. R., Ed.; Plenum Press: New York, 1995; Vol. 2.
118. Lin, H.; Schöneboom, J. C.; Cohen, S.; Shaik, S.; Thiel, W. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 10083.
119. Svensson, M.; Humbel, S.; Morokuma, K. J. Chem. Phys. 1996, 105, 3654.
120. Coitino, E. L.; Truhlar, D. G.; Morokuma, K. Chem. Phys. Lett. 1996, 259, 159.
121. Noland, M.; Coitino, E. L.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 1193.
122. Coitiño, E. L.; Truhlar, D. G. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 4641.
123. Froese, R. D. J.; Morokuma, K. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 4580.
124. Torrent, M.; Vreven, T.; Musaev, D. G.; Morokuma, K.; Farkas, Ö.; Schlegel, H. B. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 192.
125. Rickard, G. A.; Karadakov, P. B.; Webb, G. A.; Morokuma, K. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 292.