Dynamically polarizable water potential based on multipole moments trained by machine learning

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 5, Issue 6, 2009, Pages 1474-1489

  Handley, Chris M ^a   Popelier, Paul L A ^a  

^a UNIVERSITY OF MANCHESTER   (United Kingdom)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 67650172396     PISSN: 15499618     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct800468h     Document Type: Article

References (117)

1. Dash, J. G.; Fu, H.; Wettlaufer, J. S. Rep. Prog. Phys. 1995, 58, 115.
2. Hervig, M.; Thompson, R. E.; McHugh, M.; Gordley, L. L.; Russell, J. M., III.; Summers, M. E. Geophys. Res. Lett. 2001, 28, 971.
3. Prenni, A. J.; DeMott, P. J.; Kreidenweis, S. M. Atmos. Environ. 2003, 37, 4243.
4. Savage, P. E. Chem. Rev. 1999, 99, 603.
5. Dabiri, M.; Baghbanzadeh, M.; Nikcheh, M. S.; Arzroom- chilar, E. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2008, 18, 436.
6. Gao, R.; Dai, W.-L.; Le, Y.; Yang, X.; Cao, Y.; Li, H.; Fan,K. Green Chem. 2007, 9, 878.
7. Chen, L.; Li, C.-J. Adv. Synth. Catal. 2006, 348, 1459.
8. Bhat, T. N.; Bentley, G. A.; Boulot, G.; Greene, M. I.; Tello,D.; Dall'Acqua, W.; Souchon, H.; Schwarz, F. P.; Mariuzza, R. A.; Poljak, R. J. Proc. Natl. Acad. Sci. 1994, 91, 1089.
9. Okada, T.; Fujiyoshi, Y.; Silow, M.; Navarro, J.; Landau, E. M.; Shichida, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. 2002, 99, 5982.
10. Killian, J. A.; von Heijne, G. Trends Biochem. Sci. 2000,25, 429.
11. Finney, J. L. J. Mol. Liq. 2001, 90, 303.
12. Finney, J. L. Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. B: Biol. Sci. 2004, 359, 1145.
13. Ludwig, R. Angew. Chem., Int. Fd 2001, 40, 1808.
14. Robinson, G. W.; Zhu, S.-B.; Singh, S.; Evans, M. W. Water in Biology, Chemistry and Physics; World Scientific Publishing: Singapore, 1996.
15. Franks, F. Water: a comprehensive treatise; Plenum Press:New York, 1972.
16. Franks, F. Water: a matrix of life; Royal Society of Chemistry: Cambridge, 2000.
17. Stillinger, F. H. Science 1980, 209, 451.
18. Bernal, J. D.; Fowler, R. H. J. Chem. Phys. 1933, 1, 515.
19. Guillot, B. J. Mol. Liquids 2002, 101, 219.
20. Huang, X.; Braams, B. J.; Bowman, J. M. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 445.
21. Bukowski, R.; Szalewicz, K.; Groenenboom, G. C.; van der Avoird, A. Science 2007, 315, 1249.
22. Paricaud, P.; Predota, M.; Chialvo, A. A.; Cummings, P. T. J. Chem. Phys. 2005, 122, 244511.
23. Chen, B.; Xing, J.; Siepmann, J. I. J. Phys. Chem. B 2000,104, 2391.
24. Vega, C.; Sanz, E.; Abascal, J. L. F. J. Chem. Phys. 2005, 122, 114507.
25. Mahoney, M. W.; Jorgensen, W. L. J. Chem. Phys. 2000, 112, 8910.
26. Gresh, N.; Kafafi, S. A.; Truchon, J.-F.; Salahub, D. R.J. Comput. Chem. 2004, 25, 823.
27. Kaminsky, J.; Jensen, F. J. Chem. Theor. Comput. 2007, 3, 1774.
28. Rasmussen, T. D.; Ren, P.; Ponder, J. W.; Jensen, F. Int. J. Quantum Chem. 2006, 107, 1390.
29. Millot, C.; Stone, A. J. Mol. Phys. 1992, 77, 439.
30. Liem, S.; Popelier, P. L. A. J. Chem. Phys. 2003, 119, 4560.
31. Ren, P.; Ponder, J. W. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5933.
32. Prudente, F. V.; Acioli, P. H.; Soares Neto, J. J. J. Chem. Phys. 1998, 109, 8801.
33. Gassner, H.; Probst, M.; Lauenstein, A.; Hermansson, K. J. Phys. Chem. A 1998, 102, 4596.
34. No, K. T.; Chang, B. H.; Kim, S. Y.; Jhon, M. S.; Scheraga,H. A. Chem. Phys. Lett. 1997, 271, 152.
35. Cho, K.-H.; No, K. T.; Scheraga, H. A. J. Mol. Struct. 2002,641, 77.
36. Devereux, M.; Popelier, P. L. A. J. Phys. Chem. A 2007,111, 1536.
37. Freitag, M. A.; Gordon, M. S.; Jensen, J. H.; Stevens, W. J. J. Chem. Phys. 2000, 112, 7300.
38. Matsuoka, O.; Clementi, E.; Yoshimine, M. J. Chem. Phys. 1975, 64, 1351.
39. Niesar, U.; Corongiu, G.; Clementi, E.; Kneller, G. R.;Bhattacharya, D. K. J. Phys. Chem. 1990, 94, 7949.
40. Lie, G. C.; Clementi, E. Phys. Rev.A 1985, 33, 2679.
41. Vega, C.; Abascal, J. L. F.; Conde, M. M.; Aragones, J. L. Faraday Discuss. 2008, 141,1.
42. Berendsen, H.; Postma, J.; Van Gunsteren, W.; Hermans, J. Interaction models for water in relation to protein hydration; Reidel: The Netherlands, 1981.
43. Berendsen, H. J. C.; Grigera, J. R.; Straatsma, T. P. J. Phys.Chem. 1987, 91, 6269.
44. Glättli, A.; van Gunsteren, W. F.; Daura, X. J. Chem. Phys. 2002, 116, 9811.
45. Jorgensen, W. L. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 335.
46. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey,R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926.
47. Nada, H.; van der Eerden, J. P. J. M. J. Chem. Phys. 2003,118, 7401.
48. Bishop, C. L.; Pan, D.; Liu, L. M.; Tribello, G. A.;Michaelides, A.; Wang, E. G.; Slater, B. Faraday Discuss.2008, 141,1.
49. Clough, S. A.; Beers, Y.; Klein, G. P.; Rothman, L. S. J. Chem. Phys. 1973, 59, 2254.
50. Coulson, C. A.; Eisenberg, D. Proc. R. Soc. London, Ser.A 1966, 291, 445.
51. Silvestrelli, P. L.; Parrinello, M. Phys. Rev. Lett. 1999, 82,3308.
52. Gregory, J. K.; Clary, D. C.; Liu, K.; Brown, M. G.; Saykally,R. J. Science 1997, 275, 814.
53. Gubskaya, A. V.; Kusalik, P. G. J. Chem. Phys. 2002, 117, 5290.
54. Handley, C. M.; Popelier, P. L. A. Synth. React. Inorg. Met.- Org. Nano-Met. Chem. 2008, 38, 91.
55. Kollman, P. A. Acc. Chem. Res. 1996, 29, 461.
56. Stone, A. J. The Theory of Intermolecular Forces; Clarendon: Oxford, 1996.
57. Buckingham, A. D.; Fowler, P. W. Can. J. Chem. 1985, 63, 2018.
58. Millot, C.; Soetens, J.-C.; Martins-Costa, M. T. C.; Hodges, M. P.; Stone, A. J. J. Phys. Chem. 1998, 102, 754.
59. Gordon, M. S.; Slipchenko, L.; Li, H.; Jensen, J. H. Annu. Rep. Comp. Chem. 2007, 3, 177.
60. Gresh, N. J. Comnut. Chem. 1995, 16, 856.
61. Piquemal, J.-P.; Williams-Hubbard, B.; Fey, N.; Deeth, R.; Gresh, N.; Giessner-Prettre, C. J. Comnut. Chem. 2003, 24, 1963.
62. Vigne-Maeder, F.; Claverie, P. J. Chem. Phys. 1988, 88, 4934.
63. Piquemal, J.-P.; Cisneros, G. A.; Reinhardt, P.; Gresh, N.; Darden, T. A. J. Chem. Phys. 2006, 124, 104101.
64. Gresh, N.; Cisneros, G. A.; Darden, T. A.; Piquemal, J.-P. J. Comput. Chem. 2007, 3, 1960.
65. Bader, R. F. W. Atoms in Molecules. A Quantum Theory; Oxford University Press: Oxford, 1990.
66. Popelier, P. L. A. Atoms in Molecules. An Introduction; Pearson Education: London, 2000.
67. Matta, C. F.; Boyd, R. J. The Quantum Theory of Atoms in Molecules; Wiley-VCH: Weinheim, Germany, 2007.
68. Popelier, P. L. A.; Aicken, F. M. ChemPhysChem 2003, 4,824.
69. Popelier, P. L. A.; Joubert, L.; Kosov, D. S. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 8254.
70. Haettig, C. Chem. Phys. Lett. 1996, 260, 341.
71. Popelier, P. L. A.; Kosov, D. S. J. Chem. Phys. 2001, 114,6539.
72. Liem, S.; Popelier, P. L. A.; Leslie, M. Int. J. Quantum Chem. 2004, 99, 685.
73. Liem, S. Y.; Popelier, P. L. A. J. Chem. Theory Comput.2008, 3, 353.
74. Shaik, M. S. PhD thesis, Design of a Multipolar Potential leading to a Description of the Self-Assembly of Imidazole in Aqueous Solution, The University of Manchester, 2008.
75. Friesner, R. A. Modeling Polarization in Proteins and Protein-Ligand Complexes: Methods and Preliminary Results. In Advances in Protein Chemistry; Baldwin, R.; Baker, D., Eds.; Academic Press: New York, 2005; Vol. 72, p 79.
76. Hodges, M.; Stone, A. J.; Cabaleiro Lago, E. J. Phys. Chem. 1998, 102, 2455.
77. Yu, H.; van Gunsteren, W. F. Comp. Phys. Commun. 2005, 172, 69.
78. Stern, H. A.; Rittner, F.; Berne, B. J.; Friesner, R. A. J. Chem. Phys. 2001, 115, 2237.
79. Rick, S. W.; Stuart, S. J.; Berne, B. J. J. Chem. Phys. 1994, 101, 6141.
80. Sprik, M.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1988, 89, 7556.
81. Thole, B. T. Chem. Phys. 1981, 59, 341.
82. Soteras, I.; Curutchet, C.; Bidon-Chanal, A.; Dehez, F. ;Ángyán, J. G.; Orozco, M.; Chipot, C.; Luque, F. J. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 1901.
83. Caldwell, J. W.; Kollman, P. A. J. Phys. Chem. 1995, 99, 6208.
84. Gao, J.; Habibollazadeh, D.; Shao, L. J. Phys. Chem. 1995,99, 16460.
85. Piquemal, J.-P.; Gresh, N.; Giessner-Prettre, C. J. Phys. Chem. A 2003, 107, 10353.
86. Piquemal, J.-P.; Chelli, R.; Procacci, P.; Gresh, N. J. Phys. Chem. 2007, 111, 8170.
87. Ledecq, M.; Lebon, F.; Durant, F.; Giessner-Prettre, C.; Marquez, A.; Gresh, N. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 10640.
88. Chen, W.; Gordon, M. S. J. Chem. Phys. 1996, 105.
89. Harder, E.; Anisimov, V. M.; Vorobyov, I. V.; Lopes, P. E. M.; Noskov, S. Y.; MacKerell, A. D., Jr.; Roux, B.J. Chem. Theory Comput. 2006, 2, 1587.
90. Yu, H.; van Gunsteren, W. F. J. Chem. Phys. 2004, 121, 9549.
91. Yu, H.; Hansson, T.; van Gunsteren, W. F. J. Chem. Phys.2003, 118, 221.
92. Yang, M.; Senet, P.; Alsenoy, C. V. Int. J. Quantum Chem.2005, 101, 535.
93. Yu, H.; Geerke, D. P.; Liu, H.; van Gunsteren, W. F. J. Comput. Chem. 2006, 27, 1494.
94. Hagberg, D.; Karlstrom, G.; Roos, B. O.; Gagliardi, L. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14250.
95. Hemmingsen, L.; Amara, P.; Ansoborlo, E.; Field, M. J. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 4095.
96. Chen, J.; Martínez, T. J. Chem. Phys. Lett. 2007, 438, 315.
97. Stern, H. A.; Rittner, F.; Berne, B. J.; Friesner, R. A.J. Chem. Phys. 2001, 115,5.
98. Gresh, N.; Claverie, P.; Pullman, A. Int. J. Quantum Chem. 1982, 22, 199.
99. Houlding, S.; Liem, S. Y.; Popelier, P. L. A. Int. J. Quantum Chem. 2007, 107, 2817.
100. Darley, M. G.; Handley, C. M.; Popelier, P. L. A. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 1435.
101. Vapnik, V. N. Statistical Learning Theory; John Wiley: New York, 1998.
102. Gurney, K. An Introduction to Neural Networks; Taylor and Francis: London, 1997.
103. Haykin, S. Neural Networks: A Comprehensive Foundation, 2nd ed.; Prentice-Hall, New Jersey, 1999.
104. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J., J. A.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 03, Revision C.02; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2004.
105. Popelier, P. L. A.; Bone, R. G. A. MORPHY98, UMIST: Manchester, 1998.
106. Popelier, P. L. A. Mol. Phys. 1996, 87, 1169.
107. Popelier, P. L. A. Chem.Phys.Lett 〈http://Chem.Phys.Lett〉. 1994, 228, 160.
108. Stone, A. J. The Theory of Intermolecular Forces, 1st ed; Clarendon Press:, 1996; Vol. 32.
109. Prechelt, L. Neural Networks 1998, 11, 761.
110. Batista, E. R.; Xantheas, S. S.; Jónsson, H. J. Chem. Phys. 1998, 109, 4546.
111. Rafat, M.; Popelier, P. L. A. J. Chem. Phys. 2005, 123, 204103.
112. Rafat, M.; Popelier, P. L. A. J. Chem. Phys. 2006, 124, 144102.
113. Rafat, M.; Popelier, P. L. A. J. Comput. Chem. 2007, 28, 832.
114. Popelier, P. L. A.; Rafat, M. Chem. Phys. Lett. 2003, 376, 148.
115. Kosov, D. S.; Popelier, P. L. A. J. Chem. Phys. 2000, 113, 3969.
116. Kosov, D. S.; Popelier, P. L. A. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 7339.
117. Leslie, M. Mol. Phys. 2008, 106, 1567.