Drude polarizable force field for cation–π interactions of alkali and quaternary ammonium ions with aromatic amino acid side chains

四甲基铵 极化率 化学 分子动力学 碱金属 离子 侧链 四乙基铵 计算化学 芳香性 反离子 水溶液中的金属离子 化学物理 无机化学 结晶学 分子 有机化学 聚合物
作者
Esam A. Orabi,Rebecca L. Davis,Guillaume Lamoureux
出处
期刊:Journal of Computational Chemistry [Wiley]
卷期号:41 (5): 472-481 被引量:9
标识
DOI:10.1002/jcc.26084
摘要

Cation–π interactions play important roles in molecular recognition and in the stability and function of proteins. However, accurate description of the structure and energetics of cation–π interactions presents a challenge to both additive and polarizable force fields, which are rarely designed to account for the complexation of charged groups with aromatic moieties. We calibrate the Drude polarizable force field for complexes of alkali metal ions (Li + , Na + , K + , Rb + , Cs + ), ammonium (NH 4 + ), tetramethylammonium (TMA + ), and tetraethylammonium (TEA + ) with aromatic amino acid side chain model compounds (benzene, toluene, 4‐methylphenol, 3‐methylindole) using high‐level ab initio quantum chemical properties of these complexes. Molecular dynamics simulations reveal that cation–π complexes of the hard and tightly coordinated Li + and Na + ions are not stable in water but that larger ions form stable complexes, with binding free energies ranging between −0.8 and −2.9 kcal/mol. Like in gas phase, all complexes at equilibrium adopt an “en‐face” complexation mode in water. The optimized Drude polarizable model provides an accurate description of the cation–π interactions involving small ions and proteins. © 2019 Wiley Periodicals, Inc.

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