용매 모델

ALPB와 GBSA

xtb의 암묵적 용매 모델은 둘이다. ALPB(analytical linearized Poisson–Boltzmann)는 GBSA를 개선한 모델로, 지금은 ALPB를 기본으로 쓴다. 둘 다 GFN1, GFN2, GFN-FF와 같이 파라미터화돼 있다.

쓰는 법

xtb ala.xyz --opt tight --alpb water
xtb ala.xyz --opt tight --gbsa water
crest ala.xyz --gfn2 --alpb water

용매 이름은 water(또는 h2o), methanol, acetonitrile, dmso, thf, toluene, chcl3 같은 식으로 쓴다. 지원 목록은 xtb 문서의 용매 표에 있다.

예제: 기체상과 물에서의 구조

알라닌 다이펩타이드를 같은 출발 구조에서 기체상과 ALPB(water)로 각각 최적화했다. 기체상에서는 분자 내 수소결합이 있는 고리형 구조(C7eq)가 유리하고, 물에서는 그 수소결합의 이득이 줄어 다른 영역이 경쟁한다.

두 최적화 모두 C7eq 영역으로 갔고, φ/ψ 차이는 1° 남짓이다. 용매를 넣어도 출발 구조 가까이에 있는 극소가 바뀌지 않았다는 뜻이다. 물에서 C7eq가 가장 안정하다는 뜻은 아니다. 최적화는 내리막만 따라가므로, 다른 영역이 더 낮은지는 이 계산으로 알 수 없다. ALPB 쪽 전체 에너지가 9.7 kcal/mol(0.0155 Eh) 낮은데, 두 구조가 거의 같으므로 이 차이는 대부분 용매화 항이다. 같은 분자를 CREST로 물에서 탐색한 결과는 CREST 장에 있다.

주의할 점

• 최적화 한 번은 출발 구조와 가까운 극소로 갈 뿐이다. 용매에 따라 가장 안정한 컨포머가 바뀌는지 보려면 CREST로 앙상블 전체를 봐야 한다.
• ALPB 에너지와 기체상 에너지의 차이를 용매화 자유에너지로 쓸 수는 있지만, 정량적인 값이 필요하면 DFT 수준의 SMD나 COSMO-RS가 낫다.
• 용매 분자와의 특정 수소결합은 연속체 모델이 표현하지 못한다. 중요하다면 용매 분자 몇 개를 명시적으로 넣는다.