熱力学量を正確に計算することを目指したOZ理論の改良

OZ 理论的改进旨在精确计算热力学量

• 批准号: 16K05659
• 负责人: 宮田 竜彦
• 金额: $ 3.08万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16K05659/
• 关键词: 溶媒和自由エネルギー; MD hybrid closure; 3D-OZ理論; RISM理論; 平均力ポテンシャル; LJポテンシャル; クーロンポテンシャル; 2D-OZ理論; 3D-RISM理論; 溶媒-溶媒相関関数; MOZ理論; 熱力学量; 動径分布関数; OZ理論; LJ流体; 統計力学; 化学物理; 熱力学; 液体論; 分子シミュレーション

溶媒和自由エネルギーを正確に求めるための方法論構築の一環として、溶媒-溶媒間相関関数を正確に求める方法を模索している。水のモデルについて、hybrid closureの適用性を検討した。具体的には、相関関数の短距離部分に分子動力学（MD）法のデータを用い、遠距離部分をRISM/KHまたはRISM/KGK理論で記述するという方法である（MD-KHまたはMD-KGK hybrid closure）。常温常圧の条件では、MD法のデータとRISM理論をうまく接続することができた。また、水よりも少し複雑な溶媒として、メタノールについてもhybrid closureの適用性を検討したが、この場合はMD法のデータとRISM理論の接続がうまくいかず、動径分布関数に不連続な点が出た。この接続性の相違の理由は分かっておらず、この点は今後の課題である。また、本研究で取り組んでいる熱力学量の正確性は、OZ理論でよく知られたthermodynamic inconsistencyの問題と本質的に同じである。このthermodynamic inconsistencyについて掘り下げて考えてみる一環として、平均力ポテンシャル（PMF）が各closure近似でどのように異なるのかについても調べてみた。HNC closure、KH closure、KGK closureを仮定し、Lennard-Jones溶液を対象としてPMFを2つのルートで計算し、比較した。ひとつ目のルートは無限希釈の溶質-溶質間相関関数から求まるPMFであり、ふたつ目のルートはRISM理論や3D-OZ理論を使って二原子分子の溶媒和自由エネルギーから求まるPMFである。後者では、二原子分子の共有結合の長さに対して溶媒和自由エネルギーがどのように変化するか、というデータを利用してPMFを求める。PMFはルートに依存して異なる結果となった。

作为准确确定游离溶剂化能的方法构建的一部分，我们正在寻求一种准确确定溶剂 - 溶剂相关函数的方法。检查了水模型的混合闭合的适用性。具体而言，该方法涉及使用分子动力学（MD）方法的数据来用于相关函数的短范围部分，并使用RISM/KH或RISM/KGK理论（MD-KH或MD-KH或MD-KGK Hybrid Closure）描述了远程部分。在正常的温度和压力条件下，MD方法的数据成功连接到RISM理论。此外，我们研究了混合闭合在甲醇中的适用性，它是一种比水略复杂的溶剂，但是在这种情况下，MD方法中的数据与RISM理论之间的联系并不成功，导致径向分布函数不连续。这种连通性差异的原因是未知的，这是未来的挑战。此外，本研究中涉及的热力学量的准确性基本与OZ理论中众所周知的热力学不一致问题相同。作为对这种热力学不一致的更深入研究的一部分，我们还研究了平均力电位（PMF）在每个闭合近似之间的不同。假设HNC闭合，KH闭合和KGK闭合，则计算PMF并在Lennard-Jones溶液的两种途径中进行比较。第一个途径是从无限稀释的溶质间歇相关函数获得的PMF，而第二个途径是使用RISM和3D-OZ理论从硅藻分子的溶剂化自由能获得的PMF。在后者中，PMF是使用有关溶剂化自由能如何相对于双原子分子共价键的长度变化的数据来确定的。 PMF导致不同的路线。

项目成果

A study on the transferability of the sigma enlarging bridge function for an accurate evaluation of solvation free energy: The case of homonuclear Lennard-Jones diatomic solute solvated in a Lennard-Jones monatomic solvent

西格玛放大桥函数的可传递性研究，以准确评估溶剂化自由能：以同核 Lennard-Jones 双原子溶质在 Lennard-Jones 单原子溶剂中溶剂化的情况为例

• DOI: 10.1063/1.5087935
• 发表时间: 2019
• 期刊: AIP Advances
• 影响因子: 1.6
• 作者: Miyata Tatsuhiko;Yabuki Naoya
• 通讯作者: Yabuki Naoya

Transferability of Sigma Enlarging Bridge Function for Lennard-Jones Diatomic Solute Using Monatomic Solvent Correlation Obtained from Molecular Dynamics Simulation

利用分子动力学模拟获得的单原子溶剂相关性，Lennard-Jones双原子溶质的西格玛放大桥函数的可传递性

• DOI: 10.1246/cl.200521
• 发表时间: 2020
• 期刊: Chemistry Letters
• 影响因子: 1.6
• 作者: Miyata Tatsuhiko;Yabuki Naoya;Leung Jackie
• 通讯作者: Leung Jackie

Development of concepts and bridge functions to improve the accuracy of solvation free energy for molecular liquids

开发概念和桥函数以提高分子液体溶剂化自由能的准确性

• 发表时间: 2021
• 作者: Kengo Maeda;Kunihito Uzawa;Tatsuhiko Miyata
• 通讯作者: Tatsuhiko Miyata

OZ系の積分方程式理論から求まる溶媒和自由エネルギー高精度化の試み

提高OZ系统积分方程理论测定溶剂化自由能精度的尝试

• 发表时间: 2019
• 作者: Kengo Maeda;Kunihito Uzawa;Tatsuhiko Miyata;Tatsuhiko Miyata and Tatsuhiro Kiuchi;宮田竜彦・坂本萌・佐々木康;宮田竜彦
• 通讯作者: 宮田竜彦

Integral equation theory for describing the solvation of heteronuclear LJ diatomic solute in LJ monatomic solvent

描述异核LJ双原子溶质在LJ单原子溶剂中溶剂化的积分方程理论

• 发表时间: 2019
• 作者: Kengo Maeda;Kunihito Uzawa;Tatsuhiko Miyata;Tatsuhiko Miyata and Tatsuhiro Kiuchi
• 通讯作者: Tatsuhiko Miyata and Tatsuhiro Kiuchi