Molclus:简便实用的团簇构型和分子构象搜索程序



最新版本:1.9.6 (2020-Jul-12发布)

取获方式:

最新版Molclus程序包的可执行文件可在此免费下载:Windows版Linux 64bit版。没有Mac版。源代码不公开提供。

引用方式:

如果molclus(无论是其中哪个组件)在你的文章中被使用,必须进行引用,基本格式为:Tian Lu, molclus program, Version x.x, http://www.keinsci.com/research/molclus.html (accessed 月 日, 年)。具体格式可根据期刊要求修改。我们未来会专门发表论文对molclus进行介绍,届时会在本页面提供文章信息,之后请引用论文而不要再引用网址。

简介:

molclus是一款团簇构型搜索和分子构象搜索的程序,由卢天(北京科音自然科学研究中心)开发。优点有:

由于上述优点,稍微熟悉molclus后会觉得比用很多动辄几千甚至上万元的昂贵的商业程序做构型、构象搜索好用得多,不仅精度强得多得多,也明显更灵活和方便。

例子:

下图是利用molclus对(H2O)4团簇和麻黄碱进行构型/构象搜索的结果的例子,由免费的VMD程序载入molclus的结果文件绘制

    

下图是molclus搜索出的Li6团簇的三种构型

下图是molclus搜索出的治疗2019年12月开始蔓延的武汉肺炎的特效药瑞德西韦(Remdesivir)在水环境下常温时自由能最低的两种构象和Boltzmann分布比例,图像由ChimeraX绘制

 

极其详细、易懂的molclus的介绍与实例(这个就是手册):

有molclus用户针对在集群上通过PBS作业提交方式使用molclus的方法做了介绍,见:http://bbs.keinsci.com/thread-15598-1-1.html

使用咨询:

在计算化学公社论坛(http://bbs.keinsci.com)的量子化学版发帖咨询,发帖时请选择"molclus"分类。如果发现程序里有bug也非常欢迎发帖报告。

基本使用流程:

记录初始结构的traj.xyz文件既可以通过molclus自带的产生初始团簇构型的genmer工具或产生分子初始构象的gentor工具生成,也可以通过GROMACS、Amber、xtb等程序跑分子动力学或者做模拟退火产生。然后molclus会把traj.xyz记录的所有或部分结构自动调用收费的Gaussian或免费的ORCA、MOPAC、xtb、Open Babel进行优化或单点计算,并对结果通过自带的isostat组件进行统计分析处理。

基本流程图如下。青色方框是molclus自身的组件,椭圆包围的文件名是运行过程中涉及的文件

Molclus通常有以下使用方式:

Molclus可以调用的用于计算能量、优化的程序有以下程序。完全覆盖小体系高精度计算和巨型体系粗放计算


更新历史

2020-Jul-12:1.9.6版发布
• 解决了itask=3且没有基于单点模板文件自动做高精度单点计算的时候,在isomers.xyz里记录的能量为0的bug(本应记录的是freq任务给出的自由能)。

2020-Jun-1:1.9.5版发布
• 将isostat组件做了并行化。当要处理的帧数很多的时候(好几千),在核数较多的机子上耗时可以降低一个数量级。

2020-Apr-21:1.9.4版发布
• 修正了itask=3且没有提供单点任务模板文件时给出的能量有误的bug。

2020-Feb-11:1.9.3版发布
• 兼容了crest程序的-mdopt任务产生的crest_ensemble.xyz文件(即可以当做isomers.xyz文件来被isostat处理。只要发现文件名里有crest字样就按照这种格式来读取)。

2020-Feb-5:1.9.2版发布
• 已支持在振动分析(itask=2)或优化+振动分析(itask=3)之后自动用高精度级别算单点能,从而直接给出较好精度的自由能。具体做法是在当前目录下提供template_SP.gjf(template_SP.inp)文件,设置Gaussian(ORCA)高精度单点计算的关键词,格式同template.gjf(template_SP.inp)。之后,当优化或优化+振动分析任务结束后,程序发现当前目录下有template_SP.gjf(template_SP.inp)时就会用其中的信息构成单点任务文件并调用Gaussian(ORCA)计算,并自动将新的单点能与自由能热校正量相加作为最终能量输出。几个细节:
(a)如果template.gjf和template_SP.inp同时存在,优先考虑template_SP.inp
(b)opt、opt freq任务用的程序与自动算高精度单点的可以不同,比如iprog=1调用Gaussian时也可以通过提供template_SP.inp来令程序自动调用ORCA算高精度单点
(c)利用template_SP.gjf基于Gaussian自动算高精度单点时,Gaussian用户还需在settings.ini里对energyterm参数恰当设置,用于指定如何读取这个级别的单点任务输出文件里的能量
• 为提升灵活性,molclus支持了直接指定设置文件和初始结构文件的路径。例如molclus /RAS/Layer.ini代表将/RAS/Layer.ini作为设置文件。再比如molclus lock.ini /RAS/chu2.xyz代表用当前目录下的lock.ini的设定对/RAS/chu2.xyz里的结构进行计算。

2020-Jan-19:1.9.1版发布
• 兼容了2019年12月18日发布的xtb 6.3版预览版,对老版本xtb不再兼容。

2019-Nov-5:1.9版发布
• molclus的settings.ini支持了itask=2(振动分析)和itask=3(几何优化+振动分析),可结合Gaussian、ORCA和xtb使用。做这些任务时molclus会提取自由能、自由能热校正量、虚频数目,在屏幕上输出的同时也写入到isomers.xyz。之前版本里针对xtb的itask=-2被撤掉(已被itask=3代替)
• 去掉了molclus的settings.ini中意义不大的xtb_path(因为xtb运行命令是固定的)
• 在执行计算任务之前会对模板文件内容进行检查

2019-Sep-28:1.8.9版发布
• 更新了isostat。改进在于将某isomer纳入已有的簇的时候,如果这个isomer的能量比那个簇的能量更低,则这个簇的结构和能量将会被这个isomer的所代替。另外,从本版本开始的Windows版中,isostat.exe对应64bit版,而isostat_32bit.exe对应32bit版。
• 当ibkout>0而MOPAC运行没有正常结束(没生成arc)的时候,原先版本无法备份文件,而当前版本会将out进行备份。
• gentor里的critskip参数的默认值从原来的0.5改大为了0.8,避免得到的初始结构里有一些原子因为离得太近在优化后变成诡异结构。
• 修正了itask=0的时候与最新版xtb不兼容的问题

2019-Aug-12:1.8.8版发布。完美支持了近期发布的ORCA 4.2(之前版本的备份优化轨迹文件的功能不兼容ORCA 4.2)。从此molclus不再完美支持ORCA 4.2以前的版本

2019-Aug-7:1.8.7版发布。调用xtb之前会自动删除xtbrestart文件,减小了对某些体系调用最新版xtb程序优化失败的几率。

2019-Jul-28:1.8.6版发布。molclus支持了冻结原子,通过settings.ini里的freeze设置,如设成2,5-8,12-14代表在涉及优化的任务中将2,5,6,7,8,12,13,14号原子的XYZ笛卡尔坐标冻结。此选项对调用Gaussian、xtb、ORCA、MOPAC的情况皆生效。借助此选项可以实现诸如过渡态结构的构象搜索(即反应的区域冻结而只对其余部分进行构象搜索)。

2019-Jul-1:1.8.5版发布。molclus支持了对traj.xyz里完全自定义帧号范围进行计算,通过settings.ini里的ngeom设置,如设成2,5-8,12-14代表只处理第2,5,6,7,8,12,13,14帧

2019-Jun-12:1.8.4版发布。gentor程序的gentor.ini里增加了critskip选项,如果gentor产生的结构中有任意两个原子间距离小于两个原子共价半径乘以critskip值的话,则这个构象将不被输出到traj.xyz中(critskip默认值为0.5,这也是之前版本用的数值)。此外,molclus里ieneonly选项的名字改为了itask,其中增加了选项-2,此时若调用xtb将会做优化和振动分析(即--ohess任务),并且molclus读取的是自由能而非电子能量。

2019-May-26:1.8.3版发布。genmer程序的genmer.ini里增加了ngenmust选项,用于要求genmer运行结束前必须成功生成多少个构型,而不是像ngen选项那样指定的是期望生成多少个构型(其中有的可能生成失败)。

2019-May-15:1.8.2版发布(最后更新于2019-May-21)。改进了xyz2QC组件,产生单独的Gaussian或ORCA输入文件时现已可以指定文件名前缀,而且产生单独的Gaussian输入文件时会自动保留chk文件。给molclus的settings.ini增加了ibkgbw选项,可以让molclus调用ORCA计算每个体系后将gbw自动备份。

2019-Mar-30:1.8.1版发布。molclus的settings.ini里的ieneonly选项增加了-1,表示任务是调用Gaussian做热力学组合方法的计算。此时如果将template.gjf里的关键词设为比如G4,将energyterm=设为"G4 Free Energy=",则molclus提取的将是G4热力学组合方法算的高精度自由能。同时,此版本对settings.ini的格式做了轻微修改,并去掉了没用的isys选项。
此版本也更新了isostat,当归簇后簇的数目非常大(>500)时,会提示是否只保留用户指定数目的能量最低的簇,由此可避免屏幕上输出的簇的信息量过大、产生的cluster.xyz文件过大。同时给《gentor:扫描方式做分子构象搜索的便捷工具》文章增加了第4节,给出了通过molclus结合xtb和ORCA程序实现高度柔性分子精确构象搜索的实例。

2019-Mar-20:1.8版发布。扩展了genmer的功能,增加了rmin、zmax和zmin选项,从而能轻松地构造笼状团簇、平面团簇、环状团簇、桶状团簇的初猜结构,并进而结合molclus优化这些团簇的实际结构,这对于原子团簇研究很重要。请查看已更新的genmer的帖子了解详情。

2019-Mar-17:1.7版发布。新添加了xyz2QC工具,用于将molclus/genmer/gentor产生的多帧.xyz文件转化成Gaussian或ORCA的输入文件(含多步任务的单一文件或者一批单独的文件),便于用户往超算上直接提交。点此链接查看详情。

2019-Feb-12:1.6版发布。大幅扩展了genmer和gentor的功能,并令molclus兼容2019-Feb-8发布的xtb。点此链接查看详情。

2019-Jan-1:为造福广大计算化学工作者,molclus从此由收费变为免费!

2018-Aug-28:1.5版发布。支持了Open Babel(http://openbabel.org),这是免费的格式转换程序,同时附带基于力场的计算功能。通过令molclus调用此程序可以实现基于MMFF94、GAFF、UFF等力场的几何优化和能量计算任务。

2018-Jun-25:1.4.3版发布。对xtb程序作了更好的支持,可以指定运行选项。另外对gentor进行了升级,现在可以用比如e5 120 140来让片段依次旋转120,125,130,135,140度。同时修正了一些bug。

2017-Dec-1:1.4版发布。支持了Grimme开发的做GFN-xtb (见J. Chem. Theory Comput., 13, 1989)计算的xtb程序(可由此免费获得https://www.chemie.uni-bonn.de/pctc/mulliken-center/software/xtb/xtb)。settings.ini里增加了mpioption选项,用于设定Linux下ORCA并行运行时给mpirun的额外参数,例如root用户下运行需要的--allow-run-as-root。

2016-Sep-16:1.3.5版发布。修正了一个某些情况下无法正确读取优化的结构,有时还会导致死循环的bug。

2016-Aug-16:1.3.4版发布。gentor可以现在可以直接设定原子间是否成键,以及设定成键阈值。

2016-Jul-10:1.3.3版发布。修正了gentor无法剔除含有原子过近接触的结构的bug。修正了对计算时间统计的bug。

2016-Jun-18:1.3.2版发布。通过settings.ini里的ibkchk可以将Gaussian对每个结构计算产生的.chk文件进行保留。

2016-Apr-28:1.3.1版发布。此版本修正了读取ORCA优化任务能量错误问题。并且可以靠ngeom参数选择只考虑traj.xyz中某一范围的结构。

2015-Dec-18:1.3版发布。此版本加入了gentor子程序用于通过扫描方式产生分子构象搜索用的初始结构。

2015-Dec-15:1.2版发布。此版本加入了genmer子程序用于方便地批量产生团簇构型的初始结构。isostat增加了输出波尔兹曼分布的功能。

2015-Feb-8:1.1版发布。此版本对所含isostat进行了升级,在对结构归簇时,不仅对比能量,还对比几何结构偏差,都小于设定的阈值时才被归到一个簇里。由此可以区分开能量接近简并的不同构型/构象。

2015-Jan-5:1.0版发布


Molclus的用户门使用Molclus已发表的文章

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