Toward Prediction of Electrostatic Parameters for Force Fields That Explicitly Treat Electronic Polarization

极化率 可转让性 部分电荷 力场(虚构) 化学 分子 人工神经网络 Atom(片上系统) 原子物理学 统计物理学 物理 计算机科学 量子力学 机器学习 罗伊特 嵌入式系统
作者
Esther Heid,Markus Fleck,Payal Chatterjee,Christian Schröder,Alexander D. MacKerell
出处
期刊:Journal of Chemical Theory and Computation [American Chemical Society]
卷期号:15 (4): 2460-2469 被引量:29
标识
DOI:10.1021/acs.jctc.8b01289
摘要

The derivation of atomic polarizabilities for polarizable force field development has been a long-standing problem. Atomic polarizabilities were often refined manually starting from tabulated values, rendering an automated assignment of parameters difficult and hampering reproducibility and transferability of the obtained values. To overcome this, we trained both a linear increment scheme and a multilayer perceptron neural network on a large number of high-quality quantum mechanical atomic polarizabilities and partial atomic charges, where only the type of each atom and its connectivity were used as input. The predicted atomic polarizabilities and charges had average errors of 0.023 Å3 and 0.019 e using the neural net and 0.063 Å3 and 0.069 e using the simple increment scheme. As the algorithm relies only on the connectivities of the atoms within a molecule, thus omitting dependencies on the three-dimensional conformation, the approach naturally assigns like charges and polarizabilities to symmetrical groups. Accordingly, a convenient utility is presented for generating the partial atomic charges and atomic polarizabilities for organic molecules as needed in polarizable force field development.

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