卢 天 陈飞武

(北京科技大学化学与生物工程学院,北京100083)

原子电荷计算方法的对比

卢 天 陈飞武*

(北京科技大学化学与生物工程学院,北京100083)

原子电荷是对化学体系中电荷分布最简单、最直观的描述形式之一,在理论和实际应用中都有重要意义.本文介绍了12种重要的原子电荷计算方法的原理和特点,通过大量实例从不同角度比较了它们的优缺点.这些方法包括Mulliken、分子环境中的原子轨道(AOIM)、Hirshfeld、原子偶极矩校正的Hirshfeld布居(ADCH)、自然布居分析(NPA)、Merz-Kollmann(MK)、分子中的原子(AIM)、Merck分子力场94(MMFF94)、AM1-BCC、Gasteiger、电荷模型2(CM2)以及电荷均衡(QEq)方法.最后本文对如何在实际应用中选择合适的计算方法给出了建议.

原子电荷;计算化学;布居分析;电负性;静电势

1 引言

原子电荷,即位于原子中心的点电荷,是对化学体系中电荷分布最简单、最直观的描述方式之一.它有很多重要意义,比如帮助化学工作者研究原子在各种化学环境中的状态、1考察分子性质、2,3预测反应位点.4另外原子电荷模型在计算化学中也有很多实用价值,如作为分子描述符用于药物虚拟筛选、5在分子对接和分子动力学/蒙特卡罗模拟中描述静电作用、6在量子力学(QM)与分子力学(MM)结合计算中表现QM区域原子对MM区域原子的静电作用势.7在其它一些理论方法中也需要借助原子电荷,如Pipek-Mezey轨道定域化方法、8电荷自洽的紧束缚密度泛函方法(SCC-DFTB)、9Truhlar课题组开发的一系列溶剂模型(SM)10-13等.

原子电荷并不是可观测量,也没有客观、唯一的定义,因此获得原……