Molecular dynamics simulations of ion solvation by flexible-boundary QM/MM: On-the-fly partial charge transfer between QM and MM subsystems

Journal of Computational Chemistry

Volumn 35, Issue 24, 2014, Pages 1778-1788

  Pezeshki, Soroosh ^a   Lin, Hai ^a  

^a UNIVERSITY OF COLORADO   (United States)

Author keywords

chemical potential; combined quantum mechanical molecular mechanical; electronegativity equalization; ion salvation; polarization

Indexed keywords

ATOMS; CHARGE TRANSFER; CHEMICAL BONDS; CHEMICAL POTENTIAL; CHLORINE COMPOUNDS; DISASTER PREVENTION; ELECTRONEGATIVITY; MOLECULAR DYNAMICS; MOLECULAR MODELING; POLARIZATION; SOLVATION;

CORRECTING FUNCTION; DYNAMICS SIMULATION; ELECTRONEGATIVITY EQUALIZATION; GEOMETRY OPTIMIZATION; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; PARTIAL CHARGE TRANSFER; QM/MM CALCULATIONS; QUANTUM MECHANICAL/MOLECULAR MECHANICAL;

IONS;

EID: 84905588006     PISSN: 01928651     EISSN: 1096987X     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/jcc.23685     Document Type: Article

References (102)

1. A. Warshel, M. Levitt, J. Mol. Biol. 1976, 103, 227.
2. U. C. Singh, P. A. Kollmann, J. Comput. Chem. 1986, 7, 718.
3. M. J. Field, P. A. Bash, M. Karplus, J. Comput. Chem. 1990, 11, 700.
4. J. Gao, Rev. Comput. Chem. 1996, 7, 119.
5. R. A. Friesner, M. D. Beachy, Curr. Opin. Struct. Biol. 1998, 8, 257.
6. J. Gao, M. A. Thompson, Eds. Combined Quantum Mechanical and Molecular Mechanical Methods: ACS Symp. Ser. 712; American Chemical Society: Washington, DC, 1998.
7. M. F. Ruiz-Lõpez, J. L. Rivail, In Encyclopedia of Computational Chemistry;, P. von Ragué Schleyer, Ed.; Wiley: Chichester, 1998; pp 437-448.
8. G. Monard, K. M. Merz, Jr., Acc. Chem. Res. 1999, 32, 904.
9. I. H. Hillier., THEOCHEM 1999, 463, 45.
10. S. Hammes-Schiffer, Acc. Chem. Res. 2000, 34, 273.
11. P. Sherwood, In Modern Methods and Algorithms of Quantum Chemistry;, J. Grotendorst, Ed.; John von Neumann-Instituts: Jülich, 2000; pp 285-305.
12. J. Gao, D. G. Truhlar, Annu. Rev. Phys. Chem. 2002, 53, 467.
13. K. Morokuma, Philos. Trans. R. Soc. London, A 2002, 360, 1149.
14. H. Lin, D. G. Truhlar, Theor. Chem. Acc. 2007, 117, 185.
15. H. M. Senn, W. Thiel, Top. Curr. Chem. 2007, 268, 173.
16. S. Pezeshki, H. Lin, Mol. Simul. 2014, DOI 10.1080/08927022.2014.911870, 1-22.
17. Y. Zhang, H. Lin, J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 414.
18. Y. Zhang, H. Lin, Theor. Chem. Acc. 2010, 126, 315
19. W. J. Mortier, K. Van Genechten, J. Gasteiger, J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 829.
20. W. J. Mortier, S. K. Ghosh, S. Shankar, J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 4315.
21. K. T. No, J. A. Grant, H. A. Scheraga, J. Phys. Chem. 1990, 94, 4732.
22. A. K. Rappé, W. A. Goddard, J. Phys. Chem. 1991, 95, 3358.
23. J. Cioslowski, B. B. Stefanov, J. Chem. Phys. 1993, 99, 5151.
24. S. W. Rick, S. J. Stuart, B. J. Berne, J. Chem. Phys. 1994, 101, 6141.
25. F. De Proft, W. Langenaeker, P. Geerlings, J. Mol. Struct.: THEOCHEM 1995, 339, 45
26. D. Bakowies, W. Thiel, J. Comput. Chem. 1996, 17 87.
27. S. W. Rick, B. J. Berne, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 672.
28. D. M. York, W. Yang, J. Chem. Phys. 1996, 104, 159.
29. Z.-Z. Yang, C.-S. Wang, J. Phys. Chem. A 1997, 101, 6315.
30. P. Itskowitz, M. L. Berkowitz, J. Phys. Chem. A 1997, 101, 5687.
31. P. Bultinck, W. Langenaeker, P. Lahorte, F. De Proft, P. Geerlings, M. Waroquier, J. P. Tollenaere, J. Phys. Chem. A 2002, 106, 7887.
32. S. Patel, C. L. Brooks, III, J. Comput. Chem. 2004, 25, 1.
33. S. Patel, A. D. Mackerell, Jr., C. L. Brooks, III, J. Comput. Chem. 2004, 25, 1504.
34. P. M. Lopes, B. Roux, A. MacKerell, Jr., Theor. Chem. Acc. 2009, 124, 11.
35. M. J. S. Dewar, J. A. Hashmall, C. G. Venier, J. Am. Chem. Soc. 1968, 90, 1953.
36. M. J. S. Dewar, N. Trinajstic, J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1970, 646.
37. V. Gogonea, K. M. Merz, Jr., J. Chem. Phys. 2000, 112, 3227.
38. V. Gogonea, K. M. Merz, Jr., J. Phys. Chem. B 2000, 104, 2117.
39. J. P. Perdew, R. G. Parr, M. Levy, J. L. Balduz, Phys. Rev. Lett. 1982, 49, 1691.
40. Y. Zhang, W. Yang, J. Chem. Phys. 1998, 109, 2604.
41. W. Yang, Y. Zhang, P. W. Ayers, Phys. Rev. Lett. 2000, 84, 5172.
42. Y. Zhang, W. Yang, Theor. Chem. Acc. 2000, 103, 346.
43. A. J. Cohen, P. Mori-Sanchez, W. Yang, J. Chem. Phys. 2008, 129, 121104/1-4.
44. X. Zeng, H. Hu, X. Hu, A. J. Cohen, W. Yang, J. Chem. Phys. 2008, 128, 124510/1-10.
45. A. J. Cohen, P. Mori-Sanchez, W. Yang, J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 786.
46. D. H. Ess, E. R. Johnson, X. Hu, W. Yang, J. Phys. Chem. A 2011, 115, 76.
47. S. N. Steinmann, W. Yang, J. Chem. Phys. 2013, 139, 074107/1-14.
48. N. J. Mayhall, K. Raghavachari, J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 1336.
49. P. Elliott, M. H. Cohen, A. Wasserman, K. Burke, J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 827.
50. P. Elliott, K. Burke, M. H. Cohen, A. Wasserman, Phys. Rev. A 2010, 82, 024501/1-4.
51. I. Tavernelli, R. Vuilleumier, M. Sprik, Phys. Rev. Lett. 2002, 88, 213002/1-4.
52. Y. Zhang, H. Lin, D. G. Truhlar, J. Chem. Theory Comput. 2007, 3, 1378.
53. R. Car, M. Parrinello, Phys. Rev. Lett. 1985, 55, 2471.
54. P. Jungwirth, D. J. Tobias, J. Phys. Chem. A 2002, 106, 379.
55. J. Sala, E. Guàrdia, M. Masia, J. Chem. Phys. 2010, 133 (23), 234101.
56. E. Guàrdia, A. Calvo, M. Masia, Theor. Chem. Acc. 2012, 131, 1.
57. A. P. Lyubartsev, K. Laasonen, A. Laaksonen, J. Chem. Phys. 2001, 114, 3120.
58. Y. Zeng, C. Wang, X. Zhang, S. Ju, Chem. Phys. 2014, 433, 89.
59. Y. Zeng, J. Hu, Y. Yuan, X. Zhang, S. Ju, Chem. Phys. Lett. 2012, 538, 60.
60. W. Liu, R. H. Wood, D. J. Doren, J. Chem. Phys. 2003, 118, 2837.
61. A. Tongraar, B. M. Rode, Phys. Chem. Chem. Phys. 2003, 5, 357.
62. A. Ohrn, G. Karlstrom, J. Phys. Chem. B 2004, 108, 8452.
63. A. Tongraar, B. M. Rode, Chem. Phys. Lett. 2005, 403, 314.
64. K. Park, A. W. Gotz, R. C. Walker, F. Paesani, J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 2868.
65. B. Lev, B. Roux, S. Y. Noskov, J. Chem. Theory Comput. 2013, 9, 4165.
66. H. H. Loeffler, B. M. Rode, J. Chem. Phys. 2002, 117, 110.
67. H. H. Loeffler, A. M. Mohammed, Y. Inada, S. Funahashi, Chem. Phys. Lett. 2003, 379, 452.
68. A. Tongraar, K. R. Liedl, B. M. Rode, J. Phys. Chem. A 1998, 102, 10340.
69. B. B. Lev, D. R. Salahub, S. Y. Noskov, Interdiscip. Sci. 2010, 2, 12.
70. C. N. Rowley, B. Roux, J. Chem. Theory Comput. 2012, 8, 3526.
71. P. Intharathep, A. Tongraar, K. Sagarik, J. Comput. Chem. 2005, 26, 1329.
72. Y. Koyano, N. Takenaka, Y. Nakagawa, M. Nagaoka, Bull. Chem. Soc. Jpn. 2010, 83, 486.
73. B. M. Rode, C. F. Schwenk, T. S. Hofer, B. R. Randolf, Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 2993.
74. A. A. Hassanali, J. Cuny, V. Verdolino, M. Parrinello, Philos. Trans. R. Soc. A 2014, 372.
75. P. Ren, J. Chun, D. G. Thomas, M. J. Schnieders, M. Marucho, J. Zhang, N. A. Baker, Q. Rev. Biophys. 2012, 45, 427.
76. C. C. J. Roothaan, Rev. Mod. Phys. 1951, 23, 69.
77. R. Ditchfield, W. J. Hehre, J. A. Pople, J. Chem. Phys. 1971, 54, 724.
78. W. J. Hehre, R. Ditchfield, J. A. Pople, J. Chem. Phys. 1972, 56, 2257.
79. M. M. Francl, W. J. Pietro, W. J. Hehre, J. S. Binkley, D. J. DeFrees, J. A. Pople, M. S. Gordon, J. Chem. Phys. 1982, 77, 3654.
80. M. J. Frisch, J. A. Pople, J. S. Binkley, J. Chem. Phys. 1984, 80, 3265.
81. W. L. Jorgensen, D. S. Maxwell, J. Tirado-Rives, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11225.
82. R. C. Rizzo, W. L. Jorgensen, J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 4827.
83. G. A. Kaminski, R. A. Friesner, J. Tirado-Rives, W. L. Jorgensen, J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6474.
84. K. Kahn, T. C. Bruice, J. Comput. Chem. 2002, 23, 977.
85. H. J. C. Berendsen, J. P. M. Postma, W. F. v. Gunsteren, J. Hermans, In Intermolecular Forces;, B. Pullman, Ed.; D. Reidel Publishing Company: Dordrecht, 1981; pp 331-342.
86. H. Lin, Y. Zhang, S. Pezeshki, D. G. Truhlar, QMMM 2.0.0.CO, University of Minnesota: Minneapolis, 2012.
87. J. W. Ponder, TINKER 5.1, Washington University: St. Louis, MO, 2010.
88. M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, J. Montgomery, J. A. T. Vreven, K. N. Kudin, J. C. Burant, J. M. Millam, S. S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, M. Klene, X. Li, J. E. Knox, H. P. Hratchian, J. B. Cross, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, P. Y. Ayala, K. Morokuma, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, V. G. Zakrzewski, S. Dapprich, A. D. Daniels, M. C. Strain, O. Farkas, D. K. Malick, A. D. Rabuck, K. Raghavachari, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, Q. Cui, A. G. Baboul, S. Clifford, J. Cioslowski, B. B. Stefanov, G. Liu, A. Liashenko, P. Piskorz, I. Komaromi, R. L. Martin, D. J. Fox, T. Keith, M. A. Al-Laham, C. Y. Peng, A. Nanayakkara, M. Challacombe, P. M. W. Gill, B. Johnson, W. Chen, M. W. Wong, C. Gonzalez, J. A. Pople, GAUSSIAN03, Gaussian, Inc.: Pittsburgh, PA, 2003.
89. H. J. C. Berendsen, J. P. M. Postma, W. F. v. Gunsteren, A. DiNola, J. R. Haak, J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684.
90. Z. Zhao, D. M. Rogers, T. L. Beck, J. Chem. Phys. 2010, 132, 014502/1-10.
91. T. Kerdcharoen, K. R. Liedl, B. M. Rode, Chem. Phys. 1996, 211, 313.
92. T. Kerdcharoen, K. Morokuma, Chem. Phys. Lett. 2002, 355, 257.
93. T. Kerdcharoen, K. Morokuma, J. Chem. Phys. 2003, 118, 8856.
94. A. Heyden, H. Lin, D. G. Truhlar, J. Phys. Chem. B 2007, 111, 2231.
95. R. E. Bulo, B. Ensing, J. Sikkema, L. Visscher, J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 2212.
96. M. G. Guthrie, A. D. Daigle, M. R. Salazar, J. Chem. Theory Comput. 2009, 6, 18.
97. S. O. Nielsen, R. E. Bulo, P. B. Moore, B. Ensing, Phys. Chem. Chem. Phys. 2010, 12, 12401.
98. A. B. Poma, L. Delle Site, Phys. Rev. Lett. 2010, 104, 250201/1-4.
99. S. Pezeshki, H. Lin, J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 3625.
100. N. Bernstein, C. Varnai, I. Solt, S. A. Winfield, M. C. Payne, I. Simon, M. Fuxreiter, G. Csanyi, Phys. Chem. Chem. Phys. 2012, 14, 646.
101. N. Takenaka, Y. Kitamura, Y. Koyano, M. Nagaoka, Chem. Phys. Lett. 2012, 524, 56.
102. C. Várnai, N. Bernstein, L. Mones, G. Csányi, J. Phys. Chem. B 2013, 117, 12202.