15/03/07	

Tin2QMMMマニュアル	  	  version	  2015/3/2	

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Tin2QMMMの概要	
• Tin2QMMM.exeの機能	  – QM/MM,	  ONIOM計算のNTChemインプット作成補助ツール	  – 全系Tinkerインプット、全系XMol	  XYZファイル、MDパラメータをユーザで準備し、QM領域を指定してNTChemのインプットの一部を作成	  – 対話形式で処理していくので、本マニュアル後半の例を参照	  – スクリプトファイルに関してはQM/MM計算などのマニュアル参照	  2	

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予備知識：QM/MM法	• QM/MM法	  高精度	

– 全系 =	  QM系 +	  MM系	  低精度	

QM系	

MM系	

– MM環境下でのQM計算＋QM環境下でのMM計算	  – QM部分とMM部分が相互に影響	  – 現状のNTChemではQM/MM間結合は考慮しない	  注：QM/MM法ではlink	  atomは非対応	
3	

予備知識：ONIOM法	• ONIOM法	  – 全系 ・モデル系	  高精度	link	  atom	

Real系	

低精度	Model系	

– 全系低精度‐モデル系低精度＋モデル系高精度	  – 各計算は独立・計算レベルの組み合わせは自由	  ×	
○	– NTChemでのlink	  atom	  • 水素で置換・結合長は元の何倍か指定	  注：モデル原子１つにつきlink	  atomは最大1個	

CC

モデル系	
4	2	

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予備知識：NTChemでのハイブリッド法の実装	
• MM計算にはTinkerプログラムを利用	  – フリーの古典動力学プログラム	  – version	  6.2を前提	  – Tinker2NT.exeを通して実行	  – Tinkerのインプット作成の知識が必要	  • 複数のインプットで計算を細かく制御	  – 全体を統括するインプット	  – “系×計算レベル”毎に別のインプット	

5	

予備知識：ファイルの種類と拡張子	
• Tinkerのインプットファイル	  – Tinker内での標準拡張子 .xyz	  – 本マニュアル内では拡張子 .Mn とする	  	  	  1362	  ...原子数	  	  	  	  	  	  1	  	  	  	  C	  	  	  	  	  -­‐0.618857	  	  	  	  0.280455	  	  	  	  0.694444	  	  	  	  	  174	  	  	  	  	  	  	  	  2	  	  	  	  	  3	  	  	  	  	  4	  	  	  	  	  	  2	  	  	  	  HC	  	  	  	  -­‐1.025636	  	  	  	  0.601040	  	  	  	  1.653358	  	  	  	  	  194	  	  	  	  	  	  	  	  1	  	  	  	  	  	  3	  	  	  	  O	  	  	  	  	  -­‐1.298259	  	  	  	  0.066638	  	  	  -­‐0.305014	  	  	  	  	  175	  	  	  	  	  	  	  	  1	  	  	  	  	  	  4	  	  	  	  N	  	  	  	  	  	  0.696627	  	  	  	  0.165599	  	  	  	  0.657239	  	  	  	  	  176	  	  	  	  	  	  	  	  1	  	  	  	  	  5	  	  	  	  	  6	  	  	  	  	  	  5	  	  	  	  H	  	  	  	  	  	  1.166436	  	  	  -­‐0.119781	  	  	  -­‐0.198998	  	  	  	  	  179	  	  	  	  	  	  	  	  4	  	  	  	  	  	  6	  	  	  	  H	  	  	  	  	  	  1.218847	  	  	  	  0.419401	  	  	  	  1.501609	  	  	  	  	  179	  	  	  	  	  	  	  	  4	  	  	  	  	  	  7	  	  	  	  OW	  	  	  	  -­‐3.834754	  	  	  -­‐3.944380	  	  	  -­‐7.301575	  	  	  	  	  	  53	  	  	  	  	  	  	  	  8	  	  	  	  	  9	  	  	  	  	  	  8	  	  	  	  HW	  	  	  	  -­‐3.701833	  	  	  -­‐3.096644	  	  	  -­‐7.772730	  	  	  	  	  	  54	  	  	  	  	  	  	  	  7	  	  	  	  	  	  9	  	  	  	  HW	  	  	  	  -­‐4.161088	  	  	  -­‐4.571539	  	  	  -­‐7.967254	  	  	  	  	  	  54	  	  	  	  	  	  	  	  7	  ：	  (番号)	  (名称)	  	  	  (X座標)	  	  	  	  	  (Y座標)	  	  	  	  	  	  (Z座標)	  	  	  (原子タイプ)	  	  	  (結合原子)：	  	  	  1362	  	  	  	  HW	  	  	  	  	  7.520907	  	  	  	  6.410806	  	  	  	  5.514449	  	  	  	  	  	  54	  	  	  	  	  1360	  	  	  • Tinkerのパラメータファイル	  – Tinker内での標準拡張子 .prm	  6	3	

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予備知識：ファイルの種類と拡張子	
• 分子座標ファイル	  – XMol	  XYZ	  ﬁle	  format	  – 本マニュアル内では拡張子 .xyz	  として扱う	  	  	  1362	  ...原子数	  (コメント行)	  	  C	  	  	  	  	  	  	  -­‐0.618857	  	  	  	  0.280455	  	  	  	  0.694444	  	  H	  	  	  	  	  	  	  -­‐1.025636	  	  	  	  0.601040	  	  	  	  1.653358	  	  O	  	  	  	  	  	  	  -­‐1.298259	  	  	  	  0.066638	  	  	  -­‐0.305014	  	  N	  	  	  	  	  	  	  	  0.696627	  	  	  	  0.165599	  	  	  	  0.657239	  	  H	  	  	  	  	  	  	  	  1.166436	  	  	  -­‐0.119781	  	  	  -­‐0.198998	  	  H	  	  	  	  	  	  	  	  1.218847	  	  	  	  0.419401	  	  	  	  1.501609	  	  O	  	  	  	  	  	  	  -­‐3.834754	  	  	  -­‐3.944380	  	  	  -­‐7.301575	  	  H	  	  	  	  	  	  	  -­‐3.701833	  	  	  -­‐3.096644	  	  	  -­‐7.772730	  	  H	  	  	  	  	  	  	  -­‐4.161088	  	  	  -­‐4.571539	  	  	  -­‐7.967254	  	  O	  	  	  	  	  	  	  -­‐3.344361	  	  	  -­‐5.064728	  	  	  -­‐3.292616	  	  :	  (原子名)	  	  	  (X座標)	  	  	  	  	  	  (Y座標)	  	  	  	  	  (Z座標)	  	  :	  	  H	  	  	  	  	  	  	  	  7.520907	  	  	  	  6.410806	  	  	  	  5.514449	

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予備知識：各手法で必要なインプット	• QM/MM法	  ${Name}.inp	  ：全体インプット	  ${Name}.QM.inp 	  ：QM計算インプット	  ${Name}.MM.inp 	  ：MM計算インプット	  	  計3個のインプットファイル	

• ONIOM(QM/MM)法	${Name}.inp	  ：全体インプット	  ${Name}.LR.inp 	  ：Low-­‐Realインプット	  ${Name}.LM.inp 	  ：Low-­‐Modelインプット	  ${Name}.HM.inp 	  ：High-­‐Modelインプット	  	  計4個のインプットファイル	8	4	

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予備知識：インプットの概要	
NTPrepで作成	  Tin2QMMMで作成	

• 全体インプットと個別インプット	
全体インプット	  個別インプット	  ハイブリッド計算自体の条件を指定	  &Control	  	  Name=‘alice’,	  NCorePerIO=8,	  /	  	  &QMMM	  	  NameQM=‘alice.QM’,	  	  NameMM=‘alice.MM’,	  /	  	  Geom	  (全体の分子構造指定)	  :	  :	  End	  各々の部分計算の条件を指定	

&Control	  	  Name=‘alice.QM’,/	  	  &SCF	  (計算条件)	  /	  	  Basis	  (基底関数指定)	  ：	  End		  Geom_ONIOM	  (部分構造指定)	  :	  :	  End	  &Control	  	  Name=‘alice.MM’,/	  	  &Tinker	  (計算条件)	  /	  	  Geom_ONIOM	  (部分構造指定)	  :	  :	  End	  	  TinXYZ	  (分子の結合情報指定)	  ：	  End	9	

概要：インプット作成手順	
• 全系のTinkerインプットファイルを作成	  – この部分は本マニュアルの範囲外	  – Tinkerマニュアル参照のこと	  • 系、計算レベル毎のインプットの作成	  – 計算条件などはNTPrepで作成	  – 構造指定は全系TinkerインプットからTin2QMMMで作成	  – 上記二つを結合して各インプットファイルを作成	  赤字部分がTin2QMMM.exeの担当範囲	

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1．QM/MM法での使用例	
• 例：水溶液中のホルムアミド	  – 水分子の影響をMMで扱って取り込む	  
MM計算	

静電相互作用	  分子間力相互作用	

QM計算	

11	QM/MM法の例(1)	
• 利用するファイルの準備	  • 全系Tinkerインプット• 全系XMolファイル• MMパラメータ 	  	  ：formamide+water.Mn	  	  ：formamide+water.xmol.xyz	  	  ：oplsaa.prm	  – 作業用ディレクトリを作成・ファイルをコピー	  – 作業用ディレクトリに移動	  12	6	

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QM/MM法の例(2)	
• ユーティリティプログラムを用いて部分構造準備	  – Tin2QMMM.exeを実行	  Tin2QMMM.exeを実行	  QM/MMでは 2 を選択	  パラメータファイルを指定	  Tinkerインプットを指定	  全系の原子数は1362原子	  453分子(ホルムアミド＋水452個)	  	  	  	  	  (*) ホルムアミドに対応する	  1番〜6番までをQM領域に指定	  	  このQM指定を採用	  
出力のベースネームを指定	  	  できたファイルを確認	  
水色部分が新しくできたファイル	>$	  ${NTChem}/util/Tin2QMMM.exe	  Select	  calculation	  type	  [	  1:ONIOM(QM/MM)	  2:QM/MM	  ]	  >>	  2	  Enter	  tinker	  param	  file	  >>	  oplsaa.prm	  Enter	  tinker	  input	  file	  >>	  formamide+water.tin	  NAtom	  =	  1362	  	  	  	  	  	  NFrag	  =	  453	  	  	  	  	  	  	  >>	  Press	  enter	  to	  continue	  (Press	  Y	  to	  show	  fragment	  information)	  (Enterを押す)	  	  Input	  QM	  atom	  list:	  	  	  	  	  Enter	  '-­‐I	  J'	  to	  set	  sequential	  atoms	  from	  I	  to	  J	  	  	  	  	  Enter	  '0'	  to	  terminate	  input	  -­‐1	  6	  0	  	  	  	  	  	  	  	  Accept	  this	  QM/MM	  division	  ?	  (Y:	  Accept	  /	  Q:	  Quit	  /	  other:	  Redo)	  y	  	  	  	  	  	  	  Enter	  output	  base	  name	  >>	  exam01	  	  	  	  	  	  >$	  ls	  DLFindFixXYZ.txt	  exam01.QMMM.MM	  exam01.QMMM.QM	  exam01.QMMM.QM.xyz	  formamide+water.tin	  formamide+water.xmol.xyz	  oplsaa.prm	  （赤字部分を入力）	  (*)番号指定は”1	  2	  3	  4”	  などのように一つずつ指定可能。I〜Jまでの範囲指定は”-­‐I	  J”で指定。”	  0”で終了	
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QM/MM法の例(3)	
• 生成されるファイルの内容	  – exam01.QMMM.MM	  

赤字のベースネームは	  ユーザ指定	

• MM領域の構造指定：Geom̲ONIOM + TinXYZ	

– exam01.QMMM.QM	  • QM領域の構造指定：Geom̲ONIOM	– exam01.QMMM.QM.xyz	  • QM領域のみを切り出したXMolファイル、NTPrepで利用	– DLFindFixXYZ.txt	  • micro iterationを利用した最適化をする際に必要な情報	

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2．ONIOM(QM/MM)法での使用例	
• トリプトファンケージ(PDB記号：1L2Y)	  – トリプトファン部をモデル系として外側の影響を考慮	  Model系	

Real系	

15	ONIOM(QM/MM)法の例(1)	
• 利用するファイルの準備	  • 全系Tinkerインプット• 全系XMolファイル• MMパラメータ 	  	  ：TrCage_1L2Y.Mn	  	  ：TrCage_1L2Y.xmol.xyz	  	  ：oplsaa.prm	  – 作業用ディレクトリを作成・ファイルをコピー	  – 作業用ディレクトリに移動	  16	8	

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ONIOM(QM/MM)法の例(2)	
• ユーティリティプログラムを用いて部分構造準備	  – Tin2QMMM.exeを実行	  Tin2QMMM.exeを実行	   >$	  ${NTChem}/util/Tin2QMMM.exe	  ONIOM(QM/MM)では 1 を選択	   Select	  calculation	  type	  [	  1:ONIOM(QM/MM)	  2:QM/MM	  ]	  >>	  1	  パラメータファイルを指定	   Enter	  tinker	  param	  file	  >>	  oplsaa.prm	  Tinkerインプットを指定	   Enter	  tinker	  input	  file	  >>	  TrCage_1L2Y.tin	  	  	  	  	  	  原子数は304原子	   NAtom	  =	  304	  	  	  	  	  	  1分子(全て結合している)	   NFrag	  =	  	  	  1	  	   	  >>	  Press	  enter	  to	  continue	  (Press	  Y	  to	  show	  fragment	  information)	  (Enterを押す)	  	  	   	  Input	  QM	  atom	  list:	  	   	  	  	  	  Enter	  '-­‐I	  J'	  to	  set	  sequential	  atoms	  from	  I	  to	  J	  	   	  	  	  	  Enter	  '0'	  to	  terminate	  input	  	  	  	  	  	  	  99番〜116番までをQM領域に指定	   -­‐99	  116	  0 	  モデルとその他の間に結合がある	   	  *	  Caution!	  Fragment	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  1	  	  has	  partial	  QM	  attribute	  	   	  	   	  Fragment	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  	  1	  	   (Fragment1に属する原子の番号が列挙)	  モデル内の原子99番と	   QM-­‐MM	  connect	  	  	  	  	  99[CT	  	  	  	  ]	  -­‐	  	  	  	  	  	  94[CT	  	  	  	  ]	  モデル外の原子94番の間に結合あり	   	  Accept	  this	  QM/MM	  division	  ?	  (Y:	  Accept	  /	  Q:	  Quit	  /	  other:	  Redo)	  	  	  	  	  	  	  	  このQM指定を採用	   y	  	  	  	  出力のベースネームを指定	   Enter	  output	  base	  name	  >>	  exam02 	  link	  atomに関しての注意	   	  NOTICE!:	  Please	  change	  hydrogen	  atom	  type	  manually	  	   	  できたファイルを確認	   >$	  ls	  水色部分が新しくできたファイル	 DLFindFixXYZ.txt	  TrCage_1L2Y.tin	  	  TrCage_1L2Y.xmol.xyz	  exam02.ONIOM.Gl	  exam02.ONIOM.HM	  exam02.ONIOM.HM.Model.xyz	  exam02.ONIOM.LM	  exam02.ONIOM.LR	  oplsaa.prm	  	  	  （赤字部分を入力）	  17	

ONIOM(QM/MM)法の演習(6)	
• 生成されるファイルの内容	  – exam02.ONIOM.Gl	  

赤字のベースネームは	  ユーザ指定	

• ONIOM計算全体用の構造指定：Geom	– exam02.ONIOM.HM	  • High-Model系用の構造指定：Geom̲ONIOM	– exam02.ONIOM.HM.Model.xyz	  • モデル系の構造を含むXMol XYZファイル、NTPrepで利用	– exam02.ONIOM.LM	  • Low-Model系用の構造指定：Geom̲ONIOM + TinXYZ	
• 挿入時は”ChangeToH”となっている部分を変更	

– exam02.ONIOM.LR	  • Low-Real系用の構造指定：Geom + TinXYZ	

– DLFindFixXYZ.txt	  18	9