使用Multiwfn和VMD绘制平均局部离子化能(ALIE)着色的分子表面图(含视频演示)

使用Multiwfn和VMD绘制平均局部离子化能(ALIE)着色的分子表面图(含视频演示

文/Sobereva@北京科音  2019-Sep-17


平均局部离子化能(ALIE)是一个对于考察分子亲电反应位点、活性非常有用的量,在《静电势与平均局部离子化能综述合集》(http://bbs.keinsci.com/thread-219-1-1.html)我给出了很多综述、介绍性文章以及笔者写过的相关博文,不熟悉ALIE者强烈建议阅读。Multiwfn是考察ALIE最方便、灵活、强大的程序。通常分析ALIE时都是考察它在分子表面的分布。之前笔者有个文章《使用Multiwfn+VMD快速地绘制静电势着色的分子范德华表面图和分子间穿透图》(http://sobereva.com/443)介绍了如何将Multiwfn与VMD程序联用非常方便、快速地绘制高质量的静电势着色的分子范德华表面图。由于后来又有不少人问我怎么类似地也绘制ALIE着色的分子表面图,因此这里笔者就专门说一下。本文对应于Windows环境,若想在Linux下实现同样绘制效果,请读者灵活变通。

本文的过程配有全程演示视频,强烈建议一看:https://www.bilibili.com/video/av68116168/

首先大家去http://sobereva.com/multiwfn下载Multiwfn程序,必须是2019-Sep-17及之后更新的版本,之前的版本没有下面提到的脚本。如果还没装VMD,去http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/下载。本文用的是VMD 1.9.3。

之后进行以下操作:
·将examples\scripts里的ALIE.vmd复制到VMD目录下
·将examples\scripts里的ALIE_isoext.bat和ALIE_isoext.txt复制到Multiwfn.exe所在目录下
·编辑ALIE_isoext.bat批处理文件,将里面的文件路径改成实际要考察的,把VMD路径也改成实际的。输入文件可以用.wfn、.fch、.molden等
·双击ALIE_isoext.bat,Multiwfn将被自动调用进行计算,算完后会在VMD目录下产生avglocion.cub、density.cub、surfanalysis.pdb
·启动VMD,在命令行窗口输入source ALIE.vmd,就可以得到想要的图像了

下图是绘制出来的菲的ALIE着色的分子表面图像。

图中的表面对应的是电子密度为0.0005 a.u.的等值面。之所以不是常用的0.001 a.u.等值面(通常被用来作为分子范德华表面的定义),是因为此时ALIE着色效果不好,不容易通过颜色区分不同区域ALIE分布差异。上图中青色圆球是分子表面上ALIE的极小点,体现电子被束缚得极弱的位置,也因此体现出容易发生亲电反应的位点。ALIE是按照蓝-白-红的色彩过渡方式着色的,因此上图中蓝色区域都是ALIE比较小的区域,电子比较容易参与反应。

为了效果更好,可以用Tachyon渲染器渲染,在视频里已经演示了。

如果实际发现色彩刻度不太适合,对你研究的体系不容易通过色彩区分ALIE在不同区域的相对大小,可以在命令行窗口输入诸如mol scaleminmax 0 1 0.31 0.37,这里0.31和0.37分别是色彩刻度下限和上限。

对于平面体系,如果想准确考察ALIE极值点与原子或者键的相对位置,最好改成正交视角,即选择Display - Orthographic,否则会由于近大远小的缘故可能导致误判位置。以正交视角显示时的菲分子的图像如下,位于蓝色区域的原子或键容易参与亲电反应。