Molecules-in-molecules: An extrapolated fragment-based approach for accurate calculations on large molecules and materials

Journal of Chemical Theory and Computation

Volumn 7, Issue 5, 2011, Pages 1336-1343

  Mayhall, Nicholas J ^a   Raghavachari, Krishnan ^a  

^a INDIANA UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

EID: 79955926989     PISSN: 15499618     EISSN: 15499626     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ct200033b     Document Type: Article

References (110)

1. Curtiss, L. A.; Redfern, P. C.; Raghavachari, K. J. Chem. Phys. 2007, 126, 084108-084119
2. DeYonker, N. J.; Cundari, T. R.; Wilson, A. K. J. Chem. Phys. 2006, 124, 114104
3. Petersson, G. A.; Bennett, A.; Tensfeldt, T. G.; Allaham, M. A.; Shirley, W. A.; Mantzaris, J. J. Chem. Phys. 1988, 89, 2193-2218
4. Ochterski, J. W.; Petersson, G. A.; Montgomery, J. A. J. Chem. Phys. 1996, 104, 2598-2619
5. Karton, A.; Rabinovich, E.; Martin, J. M.; Ruscic, B. J. Chem. Phys. 2006, 125, 144108
6. Tajti, A.; Szalay, P.; Csaszar, A.; Kallay, M.; Gauss, J.; Valeev, E.; Flowers, B.; Vazquez, J.; Stanton, J. J. Chem. Phys. 2004, 121, 11599
7. Bomble, Y. J.; Vazquez, J.; Kallay, M.; Michauk, C.; Szalay, P. G.; Csaszar, A. G.; Gauss, J.; Stanton, J. F. J. Chem. Phys. 2006, 125, 064108
8. Harding, M. E.; Vazquez, J.; Ruscic, B.; Wilson, A. K.; Gauss, J.; Stanton, J. F. J. Chem. Phys. 2008, 128, 114111
9. Kowalski, K.; Piecuch, P. J. Chem. Phys. 2000, 113, 18-35
10. Piecuch, P.; Kucharski, S. A.; Kowalski, K.; Musial, M. Comput. Phys. Commun. 2002, 149, 71-96
11. Martin, J. M. L.; de Oliveira, G. J. Chem. Phys. 1999, 111, 1843-1856
12. Boese, A. D.; Oren, M.; Atasoylu, O.; Martin, J. M. L.; Kallay, M.; Gauss, J. J. Chem. Phys. 2004, 120, 4129-4141
13. Karton, A.; Taylor, P. R.; Martin, J. M. L. J. Chem. Phys. 2007, 127, 064104
14. Karton, A.; Parthiban, S.; Martin, J. M. L. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 4802-4816
15. Karton, A.; Martin, J. M. L. J. Chem. Phys. 2010, 133, 144102
16. Feller, D.; Dixon, D. A. J. Phys. Chem. A 2000, 104, 3048-3056
17. Barnes, E. C.; Petersson, G. A.; Montgomery, J. A.; Frisch, M. J.; Martin, J. M. L. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 2687-2693
18. Field, M. J.; Bash, P. A.; Karplus, M. J. Comput. Chem. 1990, 11, 700-733
19. Maseras, F.; Morokuma, K. J. Comput. Chem. 1995, 16, 1170-1179
20. Singh, U. C.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1986, 7, 718-730
21. Humbel, S.; Sieber, S.; Morokuma, K. J. Chem. Phys. 1996, 105, 1959-1967
22. Svensson, M.; Humbel, S.; Froese, R.; Matsubara, T.; Sieber, S.; Morokuma, K. J. Phys. Chem. 1996, 100, 19357-19363
23. Karadakov, P. B.; Morokuma, K. Chem. Phys. Lett. 2000, 317, 589-596
24. Vreven, T.; Morokuma, K. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1419-1432
25. Vreven, T.; Mennucci, B.; da Silva, C.; Morokuma, K.; Tomasi, J. J. Chem. Phys. 2001, 115, 62-72
26. Vreven, T.; Morokuma, K. Theor. Chem. Acc. 2003, 109, 125-132
27. Rega, N.; Iyengar, S.; Voth, G.; Schlegel, H.; Vreven, T.; Frisch, M. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4210-4220
28. He, X.; Merz, K. M. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 405-411
29. Kobayashi, M.; Nakai, H. J. Chem. Phys. 2009, 131, 114108
30. Kobayashi, M.; Imamura, Y.; Nakai, H. J. Chem. Phys. 2007, 127, 074103
31. Monard, G.; Bernal-Uruchurtu, M. I.; van der Vaart, A.; Merz, K. M.; Ruiz-Lopez, M. F. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 3425-3432
32. der Vaart, A. V.; Gogonea, V.; Dixon, S. L.; Merz, K. M. J. Comput. Chem. 2000, 21, 1494-1504
33. Yang, W. T. Phys. Rev. Lett. 1991, 66, 1438-1441
34. Makowski, M.; Korchowiec, J.; Gu, F. L.; Aoki, Y. J. Comput. Chem. 2010, 31, 1733-1740
35. Imamura, A.; Aoki, Y.; Maekawa, K. J. Chem. Phys. 1991, 95, 5419
36. Saebo, S.; Pulay, P. J. Chem. Phys. 1987, 86, 914-922
37. Maslen, P.; Head-Gordon, M. Chem. Phys. Lett. 1998, 283, 102-108
38. Lee, M. S.; Maslen, P. E.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 2000, 112, 3592-3601
39. Subotnik, J. E.; Head-Gordon, M. J. Chem. Phys. 2005, 123, 064108
40. Pisani, C.; Maschio, L.; Casassa, S.; Halo, M.; Schtz, M.; Usvyat, D. J. Comput. Chem. 2008, 29, 2113
41. Hampel, C.; Werner, H.-J. J. Chem. Phys. 1996, 104, 6286-6297
42. Adler, T. B.; Werner, H.-J. J. Chem. Phys. 2009, 130, 241101
43. Flocke, N.; Bartlett, R. J. J. Chem. Phys. 2004, 121, 10935-10944
44. Stratmann, R. E.; Scuseria, G. E.; Frisch, M. J. Chem. Phys. Lett. 1996, 257, 213-223
45. Strain, M. C.; Scuseria, G. E.; Frisch, M. J. Science 1996, 271, 51-53
46. Scuseria, G. E.; Ayala, P. Y. J. Chem. Phys. 1999, 111, 8330-8343
47. Scuseria, G. E. J. Phys. Chem. A 1999, 103, 4782-4790
48. Millam, J. M.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 1997, 106, 5569-5577
49. Kudin, K. N.; Scuseria, G. E. Phys. Rev. B 2000, 61, 16440-16453
50. Daniels, A. D.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 1999, 110, 1321-1328
51. Burant, J. C.; Scuseria, G. E.; Frisch, M. J. J. Chem. Phys. 1996, 105, 8969-8972
52. Ayala, P. Y.; Scuseria, G. E. J. Chem. Phys. 1999, 110, 3660-3671
53. Fujimoto, H.; Koga, N.; Fukui, K. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 7452-7457
54. Fedorov, D. G.; Ishida, T.; Kitaura, K. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 2638-2646
55. Fedorov, D. G.; Ishida, T.; Uebayasi, M.; Kitaura, K. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 2722-2732
56. Fedorov, D. G.; Kitaura, K. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 6904-6914
57. Kitaura, K.; Ikeo, E.; Asada, T.; Nakano, T.; Uebayasi, M. Chem. Phys. Lett. 1999, 313, 701-706
58. Fedorov, D. G.; Slipchenko, L. V.; Kitaura, K. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 8742-8753
59. Pruitt, S. R.; Fedorov, D. G.; Kitaura, K.; Gordon, M. S. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 1-5
60. Gadre, S. R.; Shirsat, R. N.; Limaye, A. C. J. Phys. Chem. 1994, 98, 9165-9169
61. Gadre, S. R.; Ganesh, V. J. Theor. Comput. Chem. 2006, 5, 835-855
62. Ganesh, V.; Dongare, R. K.; Balanarayan, P.; Gadre, S. R. J. Chem. Phys. 2006, 125, 104109
63. Kavathekar, R.; Khire, S.; Ganesh, V.; Rahalkar, A. P.; Gadre, S. R. J. Comput. Chem. 2009, 30, 1167-1173
64. Rahalkar, A. P.; Ganesh, V.; Gadre, S. R. J. Chem. Phys. 2008, 129, 234101
65. Rahalkar, A. P.; Katouda, M.; Gadre, S. R.; Nagase, S. J. Comput. Chem. 2010, 31, 2405-2418
66. Yeole, S. D.; Gadre, S. R. J. Chem. Phys. 2010, 132, 094102
67. Mei, Y.; Ji, C. G.; Zhang, J. Z. H. J. Chem. Phys. 2006, 125, 094906
68. Zhang, D. W.; Zhang, J. Z. H. J. Chem. Phys. 2003, 119, 3599-3605
69. Addicoat, M. A.; Collins, M. A. J. Chem. Phys. 2009, 131, 104103
70. Collins, M. A.; Deev, V. A. J. Chem. Phys. 2006, 125, 104104
71. Collins, M. A. J. Chem. Phys. 2007, 127, 024104
72. Deev, V.; Collins, M. A. J. Chem. Phys. 2005, 122, 154102
73. Netzloff, H. M.; Collins, M. A. J. Chem. Phys. 2007, 127, 134113
74. Gordon, M. S.; Freitag, M. A.; Bandyopadhyay, P.; Jensen, J. H.; Kairys, V.; Stevens, W. J. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 293-307
75. Mullin, J. M.; Roskop, L. B.; Pruitt, S. R.; Collins, M. A.; Gordon, M. S. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 10040-10049
76. Slipchenko, L. V.; Gordon, M. S. J. Comput. Chem. 2007, 28, 276-291
77. Dahlke, E. E.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 46-53
78. Dahlke, E. E.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 1342-1348
79. Dahlke, E. E.; Leverentz, H. R.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 33-41
80. Dahlke, E. E.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 1-6
81. Leverentz, H. R.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 1573-1584
82. Sorkin, A.; Dahlke, E. E.; Truhlar, D. G. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 683-688
83. Li, W.; Li, S.; Jiang, Y. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 2193-2199
84. Hua, W. J.; Fang, T.; Li, W.; Yu, J. G.; Li, S. H. J. Phys. Chem. A 2008, 112, 10864-10872
85. Hua, S. G.; Hua, W. J.; Li, S. H. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 8126-8134
86. Huang, L.; Massa, L.; Karle, J. Proc. Natl. Acad. Sci. 2006, 103, 1233
87. Huang, L.; Massa, L.; Karle, J. Int. J. Quantum Chem. 2005, 103, 808
88. Beran, G. J. O. J. Chem. Phys. 2009, 130, 164115
89. Beran, G. J. O.; Nanda, K. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 3480
90. Řezàč, J.; Salahub, D. R. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 91-99
91. Xantheas, S. S. J. Chem. Phys. 1994, 100, 7523
92. Bettens, R. P. A.; Lee, A. M. J. Phys. Chem. A 2006, 110, 8777-8785
93. Hratchian, H. P.; Parandekar, P. V.; Raghavachari, K.; Frisch, M. J.; Vreven, T. J. Chem. Phys. 2008, 128, 034107
94. Mayhall, N. J.; Raghavachari, K.; Hratchian, H. P. J. Chem. Phys. 2010, 132, 114107
95. Parandekar, P. V.; Hratchian, H. P.; Raghavachari, K. J. Chem. Phys. 2008, 129, 145101
96. Elsohly, A. M.; Shaw, C. L.; Guice, M. E.; Smith, B. D.; Tschumper, G. S. Mol. Phys. 2007, 105, 2777-2782
97. Hopkins, B. W.; Tschumper, G. S. Chem. Phys. Lett. 2005, 407, 362-367
98. Hopkins, B. W.; Tschumper, G. S. Mol. Phys. 2005, 103, 309-315
99. Hopkins, B. W.; Tschumper, G. S. J. Comput. Chem. 2003, 24, 1563-1568
100. Tschumper, G. S. Chem. Phys. Lett. 2006, 427, 185-191
101. Guo, W.; Wua, A.; Xu, X. Chem. Phys. Lett. 2010, 498, 203-208
102. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, J. A., Jr.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, J. M.; Klene, M.; Knox, J. E.; 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.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Farkas, A; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cioslowski, J.; Fox, D. J. Gaussian 09, revision A.1; Gaussian Inc.: Wallingford, CT, 2009.
103. http://ndbserver.rutgers.edu (accessed: 12/ 2010).
104. Herbert, H. E.; Halls, M. D.; Hratchian, H. P.; Raghavachari, K. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 3336
105. Tsan, P.; Volpon, L.; Besson, F.; Lancelin, J.-M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1968-1977
106. Raghavachari, K.; Halls, M. D. Mol. Phys. 2004, 102, 381-393
107. Ferguson, G. A.; Than, C. T.-L.; Raghavachari, K. J. Phys. Chem. Lett. 2010, 1, 679-685
108. In the GEBF work, these subsystems are referred to as primitives. (85)
109. To obtain this value of r, we first performed a series of calculations with a much cheaper B3LYP:PM6(r) model to calibrate the convergence of r. For r = 30 Å, both the RMS and the MAX relative conformer energy deviations between the fragmented B3LYP:PM6(3.0) and the unfragmented B3LYP methods were less than 1 kcal/mol (RMS = 0.46 kcal/mol; MAX = 0.92 kcal/mol).
110. The largest number of calculations required for a MIM(r) energy was 311, whereas for a MIM(η) energy, it was 507. The largest MP2 subcalculation for MIM(r) had 580 basis functions, whereas MIM(η) had only 402 basis functions. A more detailed comparison of the different types of cutoffs (r or η) will be the focus of future work.