AMS在制药与生命科学中的应用

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概述 AMS模块中的化学键分析工具和许多光谱特性，为配体结合、构象筛选和绝对构型的研究提供了非常有价值的研究角度。使用UFF力场、半经验量子化学方法（MOPAC、DFTB）和高精度DFT，完成药物分子结构从粗略到精细的筛选。并通过COSMO-RS、COSMO-SAC、UNIFAC、COSMO-UNIFAC等方法，预测各种溶剂组合（包括赋形剂）的活性药物成分的溶解度和分配系数等，并支持共晶溶剂筛选。 优势 易用性 完善的图形窗口完成操作 支持自建、扩展溶剂、溶质库，不依赖其他软件 支持P ython 脚本进行批处理作业 第一性原理分析工具 氢键、分子间相互作用的精确分析(教程) 谱学性质：核磁共振、电子顺磁共振、紫外/可见光谱 VCD 谱分析，确认三维结构(教程) 药物与蛋白质相互作用的化学过程研究(教程) 异构体构象搜索（视频教程） 金属配合物抗癌药物研究：物理稳定性、药物释放速率、溶解度和生物相容性、药物有效吸附、药物递送载体，药物与 DNA、蛋白的相互作用 通过过剩焓进行深共晶溶剂筛选 基于第一性原理与 COSMO-RS，预测溶解度、活度系数、分配系数、pKa、气液与液液相平衡等(教程) 最优萃取或重结晶 溶剂系统优化工具，能对一组给定溶剂，为溶液、液-液萃取寻找最佳溶剂混合物，从而完美减少实验搜索空间 脚本工具可以方便地根据指定特性，筛选溶剂或溶剂组合。 如果您需要新的溶剂优化模板，请您告诉我们(ams@fermitech.com.cn) 研究实例 AMS 辅助药物研究案例集（一） AMS 辅助药物研究案例集（二） 更多应用案例 应用教程 中文教程 立即试用AMS http://www.scm.com/free-trial

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嗜金属作用真的是一种吸引力吗？(PNAS 2021)

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嗜金属作用（M-M闭壳层相互作用）的发现可以追溯到1970年代初，被发现广泛存在于d10-d10（AuI-AuI，AgI-AgI，CuI-CuI，Pd0-Pd0，Pt0-Pt0）和d8-d8（RhI-RhI，IrI-IrI，PtII-PtII，PdII-PdII）过渡金属配合物中。在文献中，嗜金属作用被定义为闭壳层金属中心之间的一种“吸引力”，并被认为是在过渡金属配合物自组装过程中的一种很重要的驱动力，其在有机半导体，生物传感和功能性光电材料中均有着广泛的应用。   嗜金属作用的起源至今仍存在不少争议，特别是在spd轨道杂化的作用和相对论效应方面。在最近的一篇香港大学万晴云博士，杨军博士，支志明院士及其同事发表的PNAS文章中，他们使用ADF量化软件将嗜金属相互作用详细地分解为轨道相互作用，静电相互作用，色散作用和泡利排斥作用。计算结果表明，在闭壳层d8和d10有机金属配合物中，当两个金属原子相互靠近时，会产生非常强的金属-金属泡利排斥作用。这种强的金属-金属泡利排斥作用会导致嗜金属作用本质上是相互排斥的。通过使用ADF中考虑相对论效应的ZORA方法，可以发现相对论效应促进了金属原子的（n + 1）s-nd和（n + 1）p-nd轨道杂化，其中（n +1）s-nd杂化将诱导强烈的金属-金属泡利排斥作用和金属-金属轨道排斥作用，（n + 1）p-nd杂化可以抑制金属-金属泡利排斥作用。该模型很好地解释了为什么分子间或分子内Ag-Ag’的距离要短于Au-Au’的距离，其原因就在于弱的Ag-Ag’泡利排斥作用。尽管金属-金属相互作用本质上是排斥性的，但d10金属配合物的线性配位几何结构抑制了L-L’（配体-配体）的泡利排斥作用，同时又保留了L-L’之间色散吸引力的强度，从而导致了比较紧密金属-金属距离。       参考文献 Wan, Q.*; Yang, J*; To, W.-P.; Che, C.-M.* Strong metal–metal Pauli repulsion leads to repulsive metallophilicity in closed-shell d8 and d10 organometallic complexes. PNAS 2020. DOI: 10.1073/pnas.2019265118.

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AMS的试用与购买

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Amsterdam Modeling Suite简称AMS，原名ADF。因与其内含的ADF模块重名，因此2018年更名为AMS，ADF模块名字不变。 一、试用须知 不提供集群、超算的试用许可，企业用户、计算中心如有需求，请联系sales@fermitech.com.cn或QQ：1732167264 http://www.scm.com/free-trial，如实填写信息。若有错误信息视为无效试用申请，会默认拒绝 电话回访： 试用发放前会收到电话核实信息真实性： 导师研究方向与所需功能模块，不再默认发送全模块。 如果申请COSMO-RS或ReaxFF模块的用户，还需要同时发邮件到ams@fermitech.com.cn，同时抄送导师，说明由于什么方面的研究，需要什么模块。 试用中回访：关心您是否收到试用，下载、安装、使用是否有问题 结束回访：主要关心是否学会软件使用、是否购买。 二、AMS试用用户必读 2.1 安装软件： 回调电脑日期将导致license失效，且账户锁定、失效，因此请勿尝试。 试用许可，可激活三台计算机 不支持虚拟机 试用版安装说明书 在单个Windows电脑上安装AMS 在单个Linux工作站上安装AMS 在单个Mac电脑上安装AMS 2.2 提交作业： Linux、Windows桌面系统：使用图形界面提交任务、指定任务核数 无桌面的Linux工作站：直接运行*.run文件、设定任务核数 2.3 软件入门： 软件的使用、维护、中文教程、案例等，参考AMS知识库 快速入门视频资料： AMS在Windows系统中的安装安装（时长02:46） 如何设置计算使用的核数、查看作业的输入输出文件（时长03:14） 几分钟预览AMS软件（时长07:17） AMS软件使用急速上手（时长29:26） COSMO-RS计算急速上手（时长10:20） 三、购买联系方式 销售咨询邮箱：sales@fermitech.com.cn 技术咨询邮箱：ams@fermitech.com.cn 电话：010-80393990 传真：010-80393990 官方QQ： 1732167264 如何选购参数训练功能ParAMS 如何选购ReaxFF模块 如何选购药物筛选、COSMO-RS相关模块 四、AMS正式用户必读 正式版的安装、维护与升级 提交作业、设定任务核数 软件的使用、维护、中文教程、案例等，参考AMS知识库 正确引用AMS

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AMS特色功能

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Amsterdam Modeling Suite（简称AMS，原名ADF），是一款更专业的材料化学模拟平台。可以在原子水平研究分子、溶液、固体表面反应、吸附结构、聚合物的电子态结构、化学反应、谱学性质、化学键性质、光电性能、热力学性质、力学性质、电磁学性质等。 AMS 是调用ADF、BAND、MOPAC、DFTB、ReaxFF、ForceField完成计算的驱动程序，可以调用这些子模块完成微观动力学、混合模拟、分子动力学模拟、巨正则系综蒙特卡洛模拟。 微观反应动力学：Microkinetics方法介绍（点击），案例教程（点击）  混合计算： 轻松地通过分区，实现DFT、MM、ReaxFF、DFTB等任意混合，分区数量没有限制，该功能支持周期性体系，参考：Hybrid调用多种计算引擎分区计算 混合计算涉及MM的力场包括：UFF、GAFF、Amber、Tripos GCMC模拟：ADF-GCMC、BAND-GCMC、ReaxFF-GCMC、DFTB-GCMC、MOPAC-GCMC…… 分子动力学模拟（以下算法均适用于ADF-MD、BAND-MD、DFTB-MD、MOPAC-MD、ReaxFF-MD） REMD加速反应算法，用法参考：新的分子动力学反应加速算法REMD Bond Boost加速反应算法，用法参考：ReaxFF-Bond Boost：加速分子动力学模拟中反应发生 CVHD加速反应算法 Molecule Gun（入射分子）、Molecule Sink（定时移除指定组分）功能 扩散系数、自相关函数    ADF模块 大体系计算，例如大体系吸收光谱 过渡金属、重元素体系 最先进的相对论方法，计算自旋－轨道耦合 丰富的谱学性质、非线性光学、热力学、核磁共振、电子自旋共振等 成键分析、电荷与电子密度分析 最新泛函，例如SCAN、-D4(EEQ)色散修正泛函、丰富的LibXC泛函、高精度双杂化泛函 分子间相互作用精确计算MP2方法 图形界面简单方便，初学者也能很好使用 特色功能： 成键分析与化学反应：能量分解EDA、电荷分解CDA、化学价自然轨道ETS-NOCV、分子轨道MO投影到碎片轨道SFO、键级、通过Laplacian电子密度与键临界点区分化学键类型、DORI、过渡态搜索 光学：荧光、磷光辐射跃迁寿命、磷光发射谱、荧光发射谱、SOCME估算系间窜跃、紫外可见吸收谱(非相对论方法、相对论动能修正、考虑自旋轨道耦合)、红外光谱、拉曼光谱、表面增强拉曼光谱、Nucleus Independent Chemical Shifts(NICS，核独立化学位移)的计算、X射线吸收谱（XANES、EXAFS、XPS）、VCD、MCD、ESR、EPR、零场劈裂ZFS、Frank-Condon谱、极化率、穆斯保尔谱、旋轨耦合(SOCME)、POLTDDFT方法快速计算Au、Ag团簇吸附小分子体系紫外可见吸收谱 非线性光学 ：超极化率、衰减一阶超极化率β、衰减二阶超极化率γ、零频β、光学矫正β、EOEP β、SHG β、零频γ、EFIOR γ、OKE γ、IDRI γ、EFISHG γ、THG γ、TPA γ 其他特殊理论方法：FDE方法、收缩变分DFT（CV(n)-DFT）用于单重态-三重态激发的计算（该功能不像普通的TDDFT那样被电荷转移激发所困扰）、配体场DFT（LFDFT）（对 d → d和f → d电子转移的情况，令计算结果更可靠）、微扰局域分子轨道 电荷、电子密度分析：AIM（Bader）、Natural Population Analysis(NPA)、Mulliken电荷（任何计算完毕即可在Output或View中查看）、Hirshfeld电荷（任何计算完毕即可在Output或View中查看）、Voronoi形变电荷（任何计算完毕即可在Output或View中查看）、ELF、NCI、SEDD（默认单点计算完毕即可在View中查看）、DORI（默认单点计算完毕即可在View中查看）、RGD（默认单点计算完毕即可在View中查看）、基态差分电子密度、电子激发差分电子密度 电荷迁移性：转移积分方法计算分子间载流子迁移性、金属－配体电荷转移（MLCT）、激发态电荷转移描述符 溶剂化：COSMO、SCRF、3D-RISM、FDE […]

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神经毒剂模拟物甲基对氧磷在光活性纳米织物上选择性可见光驱动毒性降解(Appl Catal B-Environ 2020)

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本文亮点： 利用静电纺丝技术制备了可见光催化纳米织物 这种纳米织物是以铌酸铁和聚己内酯为基底 结果表明，它对甲基对氧磷具有极强的解毒选择性 光生H+和•OH自由基是导致神经毒剂破坏的原因 通过DFT进行理论计算证实了纳米织物的效率 巴西米纳斯吉拉斯联邦大学化学系、物理系、冶金与材料工程系、理工学院多个课题组联合研究，以聚己内酯（PCL）和固化铌酸铁（NbOFe）纳米粒子为基底，采用静电纺丝技术制备了一种高效的光催化纳米织物（NbOFe-NF），并将其应用于高神经毒性化学战剂甲基对氧磷（MP）的光降解。其中光催化试验没有任何溶剂参与，仅仅依赖于织物、基底和可见光辐射。结果表明，光催化48小时，MP的转化率为94.5%。此外，还发现光活性纳米织物具有极强的选择性，可将MP及其原始有机磷产品转化为毒性较小的化合物。整个过程完全是光催化的，通过环境湿度产生H+和•OH自由基。 理论研究中，使用AMS-BAND进行计算，电子轨道使用未收缩的STO基组TZ2P展开，该基组具有三重ζ，并为每个原子增加了两组极化函数，并使用ZORA方法考虑相对论效应。几何结构优化和能量计算GGA-OLYP获得，对MP在铌酸铁表面吸附的能量分布进行了计算研究。为了模拟非晶态结构，在材料结构中保留了与氢结合的氧原子。在AMS中建立了(001)表面的平板模型，并创建超胞，游离MP分子在相应的表面进行了结构优化，仅吸附于平板的一侧。BAND在二维、一维材料表面吸附计算的精度与效率，均高于平面波方法。 参考文献： Selective visible-light-driven toxicity breakdown of nerve agent simulant methyl paraoxon over a photoactive nanofabric, Applied Catalysis B: Environmental, Available online 9 December 2020, 119774

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AMS2020发布

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AMS2020对软件整体进行了重构，各模块的整合协同性进一步提高，以AMS引擎统一驱动各个模块。同时也有一些功能上的进展： ADF模块 数值频率、PES等计算，在原先MPI并行的基础上，增加驱动层面的并行，也就是说，可以同时计算多个结构点，而不需要像过去的版本，一个一个点顺序计算（实现方式） 快速G0W0、RPA单点计算 对称性的默认设置改变为Nosymm 增加了元素Uue(Z=119)、Ubn(Z=120)的基组 默认使用Scalar相对论 ADF via AMS整合进入ADF 电荷转移积分，（近）简并能级将会一起得到处理。 BAND模块 增加了元素Uue(Z=119)、Ubn(Z=120)的基组 默认使用Scalar相对论 计算指定k点有效质量 DFTB模块 方法包括DFTB、SCC-DFTB、DFTB3、GFN1-xTB、NonSCC-GFN1-xTB。对多k点体系，GFN1-xTB计算速度大大提高 Machine Learning Potentials 这是一个经验性的第一性原理计算模块 AMS和多个ML Potentials后端之间的接口 预优化按钮增加了ML Potentials中的ANI-1cxx方法 多层计算 轻松地通过分区，实现DFT、MM、ReaxFF、DFTB等任意混合，分区数量没有限制，该功能支持周期性体系。 新的力场包括：UFF、GAFF、Amber、Tripos ReaxFF ReaxFF与ReaxAMS合并，统一使用AMS驱动 支持Bulk（三维）、Slab（二维）、Chain（一维）、None（非）周期边界条件 COSMO-RS 质子化和聚集态：脚本工具处理不同流体相中不同状态，以提高溶解度、pKa和其他热力学预测 分析功能 自相关函数，扩散系数 低频热力学修正

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最小冰粒氢键拓扑结构的红外光谱研究（Nat. Comm. 2020）

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水八聚体的立方结构由六个四元环组成的团簇体系，能很好的用来解释氢键拓扑结构细微变化所驱动的协同作用。虽然许多不同的结构被预测出来，但从振动光谱中提取出结构信息仍待实现，这需要电中性团簇的尺寸选择性具有足够的分辨率来识别不同异构体的贡献。清华大学/南方科技大学李隽课题组、胡撼石课题组、中国科学院大连化学物理研究所杨学明课题组、张东辉课题组和江凌课题组报导了使用可调真空紫外自由电子激光器阈值光离子化方案，测得孤立的冷冻、电中性八聚水的特定尺寸红外光谱，结果观察到大量的尖锐振动带特征。 对红外光谱的理论分析表明存在五个立方异构体，其中两个具有手性。这些结构的相对能量反映出不同的拓扑相关、离域多中心氢键作用。这些结果表明，即使有共同的结构特征，氢键网络之间的合作程度差异也导致了不同层次的结构。 为了解水八聚体的电子结构，作者利用离域定域分子轨道（LMO）理论分析了立方异构体的氢键网络，进行了自然键轨道（NBO）、自适应自然密度分配（AdNDP）、能量分解分析-化学价自然轨道（EDA-NOCV）和主相互作用轨道（PIO）等分析。 利用AMS软件ADF模块，在GGA-PBE/TZ2P水平上，利用EDA-NOCV分析了立方异构体中氢键相互作用的的本质。EDA-NOCV方案提供了关于化学键中轨道相互作用强度和贡献的定性（Δρorb）和定量（ΔEorb）信息。 参考文献： Gang Li, Yang-Yang Zhang, Qinming Li, Chong Wang, Yong Yu, Bingbing Zhang, Han-Shi Hu, Weiqing Zhang, Dongxu Dai, Guorong Wu, Dong H. Zhang, Jun Li, Xueming Yang & Ling Jiang, Infrared spectroscopic study of hydrogen bonding topologies in the smallest ice cube, Nature Communications volume 11, Article number: 5449 (2020)

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双(三氟甲磺酰基)酰亚胺阴离子与被吸附二氧化碳之间相互作用（Communications Chemistry 2020）

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离子液体（ILs）的二氧化碳（CO2）选择性吸收特性与CO2捕集方法的发展密切相关。尽管有报道称氟化组分使ILs增强了CO2溶解度，但深入理解ILs与CO2之间的相互作用一直是一个挑战。在本研究中，作者利用软晶质材料[Cu(NTf2)2(bpp)2] (NTf2‒ = bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, bpp = 1,3-bis-(4-pyridyl)propane)作为单晶X射线衍射分析的替代物，将CO2与NTf2‒（氟化离子液体组分，导致二氧化碳高溶解度）之间的相互作用可视化。对负载二氧化碳的晶体结构的分析表明，CO2与NTf2‒阴离子的氟原子和氧原子以反式而非顺式结构发生相互作用。对负载CO2的晶体结构的理论分析表明，CO2与骨架之间存在色散和静电相互作用。总而言之，为理解和改进离子液体吸收二氧化碳的特性提供了重要的见解。 使用AMS-ADF优化添加H原子的结构（PBE-D3(BJ)/TZ2P）,并使用能量分解方法（EDA）结合化学价态理论的自然轨道对模型（NOCV）结构进行了分析。 参考文献： Xin Zheng, Katsuo Fukuhara, Yuh Hijikata, Jenny Pirillo, Hiroyasu Sato, Kiyonori Takahashi, Shin-ichiro Noro & Takayoshi Nakamura, Understanding the interactions between the bis(trifluoromethylsulfonyl)imide anion and absorbed CO2 using X-ray diffraction analysis of a soft crystal surrogate, Communications Chemistry volume 3, Article number: 143 (2020)  

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OLEDs双极性磷光基质材料的XPS和NEXAFS研究

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单通道的Kohn-Sham DFT理论结合跃迁势（Transition Potential），能够考虑核空穴形成的大部分的电子弛豫效应，从而描述轻原子的K-壳层NEXAFS光谱。这种方法提供了一组正交轨道，从中可以得到跃迁偶极矩。 K壳层NEXAFS光谱是通过对每个非等效原子位的激发光谱进行单独计算，并将其贡献按相对权重相加得到的。这样就可以将总的光谱性质反卷积到不同组分中，从而有助于将光谱特征分解到分子的特定部位。 这种方法，最近被应用到2,8-bis-(diphenylphosphoryl)-dibenzo[b,d]thiophene（PPT）的C1s和O1s NEXAFS光谱的模拟，这是最近引入OLED中的一种双极性磷光主体材料，用于解释在Trieste的电子同步加速器气相束线处获得的实验光谱。PPT可以认为是由两个二苯基氧化膦（dPPO）部分，对小二苯并噻吩（DBT）核心官能化而形成。 在C的K-边的DFT-TP计算表明，PPT的C1s谱主峰归属于dPPO臂的苯环，而第二弱峰则归属于PPT DBT核的苯环部分。 本研究的结论对OLED的未来应用具有重要意义：PPT的氧化膦基团是PPT的DBT核与外层基团之间π共轭的断裂点。然而，这些基团在很大程度上不影响DBT中心部分的电子性质。 参考文献： A. Guarnaccio, T. Zhang, C. Grazioli, F. Johansson, M. Coreno, M. de Simone, G. Fronzoni, D. Toffoli, E. Bernes, C. Puglia, PPT Isolated Molecule and Its Building Block Moieties Studied by C 1s and O 1s Gas Phase X-ray Photoelectron and Photoabsorption Spectroscopies,  J. Phys. Chem. C […]

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压缩吡咯烷二硫代氨基甲酸锔提高共价性(Nature. 2020)

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锔在锕系元素中是独一无二的，因为它的半填充5f7壳层比其他5fn结构的能量更低，因此既难于氧化还原，（5f壳层）又不易形成化学键。这一点对钆（钆是镧系中锔的类似物）更为明显，因为相对于锔的5f轨道，钆的4f轨道更为紧缩。 然而在高压下，锔的5f电子从局域化状态转变为巡游态。这种转变形成一种晶体结构，这种结构由锔原子之间的磁相互作用决定。那么是否也可以通过施加压力来改变锔（III）-配体相互作用中的前沿金属轨道，从而诱导形成具有一定共价性的金属-配体键？ 弗洛里达州立大学Thomas E. Albrecht-Schönzart，纽约州立大学Eva Zurek、Jochen Autschbach，亚琛工业大学Manfred Speldrich等课题组合作，报道了在高压（高达11GPa）下，[Cm(pydtc)4]–（pydtc，吡咯烷二硫代氨基甲酸基）的锔-硫键中，5f/6d轨道角色变化的实验与计算结果。对键性质的计算与NLMO分析，采用AMS软件ADF模块完成。计算结果表明，锔的5f轨道对锔-硫键的贡献在高压下显著增强，在11GPa时翻倍。 与[Cm(pydtc)4]–光谱中观察到的变化相比，加压后[Nd(pydtc)4]–的吸收光谱中f-f 跃迁，以及Cm(III)苯六甲酸盐的f–f 跃迁发射光谱的变化较小，这是由于它们的键性质受压力的扰动较小。 这表明，锕系化合物的共价性，即使对同一离子也是复杂的，但研究压力对锕系化合物的影响，可以指导配体的选择。 参考文献： Joseph M. Sperling, Evan J. Warzecha, Cristian Celis-Barros, Dumitru-Claudiu Sergentu, Xiaoyu Wang, Bonnie E. Klamm, Cory J. Windorff, Alyssa N. Gaiser, Frankie D. White, Drake A. Beery, Alexander T. Chemey, Megan A. Whitefoot, Brian N. Long, Kenneth Hanson, Paul Kögerler, Manfred Speldrich, Eva Zurek, […]

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  • 从核磁共振特征看Pt单原子催化剂的配位环境摘要 将原子分散物种与受控结构结合在一起的负载型金属催化剂，是催化材料设计的前沿领域，对反应性和金属高利用率提供了卓越的控制能力，接近分子级的精度。然而准确解析局部金属配位环境仍然面临挑战，它仍然阻碍着结构-活性关系认知的发展，而结构-活性关系是在不同应用领域中，优化设计所必需的信息。虽然电子显微镜能够揭示原子分散情况，但在多相催化中使用的传统光谱方法只能提供平均化的结构信息。里昂第一大学、苏黎世联邦理工学院、丹麦奥胡斯大学的研究者们，在最近发表于 Nature 的文章中，证明 195Pt 固态核磁共振（NMR）光谱是表征各种载体上原子分散 Pt 位点（即所谓的单原子催化剂 SAC）的有力工具。使用蒙特卡罗模拟，将 NMR [...]
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