整理的几种适用于GROMACS输入的小分子拓扑文件获取流程

最近在研究底物结合的时候，用新手教程提供的方案得到的拓扑惩罚值太高（可能我的那个 ligand 结构太奇怪了）,所以（被迫）搜寻了其他几种优化小分子拓扑的方法。

目前有很多生成小分子拓扑和力场的网站 or 软件，可以满足不同的动力学模拟软件和力场，sob 的这篇文章有很好的归纳，然后笔者尝试了其中几种，将所得结果比较完美的方法的流程记录如下：

preparatory work

一般来说，为了构建一个适用于GROMACS的拓扑，我们要把 .pdb 转换成好处理的 .mol2 格式（如果你连小分子三维模型都没有的话，可以去数据库里下载（比如PubChem）或用 GaussView （或者ChemDraw）画一个（不过这就是另外的话题了））。新手教程里处理 .pdb 用的是 Avogadro，但是个人感觉用来转化文件格式、做做小处理有点冗余。这边建议用 Open Babel 来进行操作（它还可以和其他的软件结合使用）。

然后拿去用就可以了。

For Windows

ORCA+Multiwfn+sobtop

这一套方法适用于GROMACS的所有力场，很方便而且精准度也可以很高。因为其中绝大部分是Sobereva大大发布在他自己的博客里，这里仅说明本人的实践过程然后给出方法相应的链接。

1. 首先要安装一些可能用到的软件： (1)下载并安装 ORCA（安装教程在这；因为 ORCA 是完全免费的，所以最好自己去官网下载（不过这可能需要魔法上网），实在不行就看万能的网友能不能给你答案吧）；(2)下载并安装Multiwfn（请一定要按照 Multiwfn 手册进行安装，不要忘记修改 settings.ini 里面的路径）；(3)在环境变量里面新建 Multiwfnpath（Multiwfnpath.exe 所在文件夹）和 ORCA_EXEDIR（orca.exe 所在文件夹），并且在 Path 里面添加他们相应的路径，这么做是为了便于在不同文件夹里运行 Multiwfn（以及调用 ORCA 和运行脚本），请详细阅读Multiwfn 手册 Appendix 1 部分以及这篇文章（主要是1.1的第一段）（一定要读而且按照要求的来做，要不然就等着报错吧）；(4)为了 Windows 里运行 shell 脚本，安装 Git（如果不理解安装过程中给你的那些选项，只选 recommend 和默认的就可以）；

2. 第一步是利用 ORCA+Multiwfn 生成小分子的 RESP 原子电荷（假设要计算FAD.mol2）：(1)把你的 FAD .mol2 文件放到随便哪个文件夹里，然后在 Multiwfn 文件夹下的examples\RESP\找到对应 ORCA 的 sh 脚本，复制一份到 .mol2 所在的文件夹；(2)修改脚本内的路径，主要为ORCA="/home/user/orca503/orca"、orca_2mkl="/home/user/orca503/orca_2mkl"，然后修改并行数和最大核数nprocs=10 maxcore=1000；(3)然后在当前文件夹打开 Git Bash，按照教程（教程1、教程2，强烈建议全部阅读）的指令运行就可以了，bash ./RESP2_ORCA.sh FAD.mol2，运行结束就可以得到一个 FAD.chg 文件。

3. 第二步还是是利用 ORCA+Multiwfn，来生成小分子键的优化（这一部分参照了这个视频的流程和这篇文章，主要是为了得到 .hess 文件）：(1)将 FAD.mol2 文件转成 ORCA 输入文件 .inp 格式，具体操作为：打开 Multiwfn 并导入第一步中用过的 FAD.mol2 文件，依次输入：

100 #选择其他功能的part 1
2 #文件转换功能
12 #生成 ORCA 输入文件
your path #输入你想保存的路径和名称，如果按回车就会保存在当前文件夹
#如果你使用的是 4.x 版本的 ORCA，请进行下一步操作；如果不是跳过就好
-11 #选择 ORCA 版本
0 #选择 4.x 版本，如果你是高版本记得选别的
0 #更改任务类型，因为我们要进行键的优化嘛
4 #优化
1 #B97-3c

这样就得到了 .inp 文件。(2) 接下来使用 ORCA 得到 .hess 文件；在.inp 文件（假设它叫 lig.inp）所在位置打开 cmd，输入：

orca lig.inp>lig.out

（如果不行就试试ORCAPATH\orca lig.inp>lig.out，其中ORCAPATH是你的orca的绝对路径）等待计算完成就可以啦。

4. 第三步要利用sobtop来生成拓扑：(1)下载安装 sobtop；(2)接下来的操作参考了 sobtop 的例1（建议先把第一步的 .chg、第二步的 .hess 以及原本的 .mol2 文件放置到同一个文件夹里（这不是个超链接）），双击 sobtop.exe，然后依次输入：

'.mol2 path' #键入原本的 .mol2 文件的绝对路径
7 #添加电荷
10 #添加由 Multiwfn 生成的 .chg 文件
'.chg path' #键入第一步中得到的 .chg 文件的绝对路径
0 #返回
2 #产生 .gro 文件
'your path' #你希望储存的路径和名称，按回车就会生成在默认（应该是sobtop.exe所在的）文件夹里
-1 #设置力场的产生方法
4 #选用 DRIH 方法
1 #产生 GROMACS 拓扑文件
2 #使用 GAFF 原子类型，没法识别的自动用 UFF 原子类型
2 #通过DRIH方法得到力常数
'.hess path' #键入第二步中得到的 .hess 文件的绝对路径
'' #.top的储存路径和名称，按回车就会生成在默认文件夹里（和sobtop.exe在同一个文件夹内）
'' #.itp的储存路径和名称，同上
#输出结束且无报错之后
0

然后你就得到了相应的.gro、.top和.itp文件了（大功告成 ✌）。

For Linux

ORCA+Multiwfn+sobtop

1. 首先也是一些软件的安装：(1) 在安装ORCA之前首先要安装对应版本的 openmpi （还是可以参考这里的2.1部分），需要注意的是make all install -j一步需要 root 权限，所以得是sudo make all install -j，否则就会出现无法进入某个文件夹的fault；记得添加路径（如果加完再打开命令行验证还是没有、或者说还是之前的版本的话，有可能换成这个就好了export PATH=/sob/openmpi411/bin:$PATH）；(2)按照这个教程继续安装ORCA（很详细的）；(3) 安装Multiwfn（跟着手册走就行，很详细）；别忘了修改堆栈限制，在~/.bashrc添加export KMP_STACKSIZE=200M 和 ulimit -s unlimited；然后修改settings.ini里的 orca_2mklpath=为你所安装的ORCA相应文件的路径；(4)下载安装 sobtop，直接unzip解压就完了。

2. 接下来的操作和Win系统类似（所以我在这就写得简略一些了，假设要计算FAD.mol2的），第一步是利用 ORCA+Multiwfn 生成小分子的 RESP 原子电荷：还是把ORCA 的 sh 脚本复制一份到 .mol2 所在的文件夹，修改脚本内的路径和并行设置，然后 bash ./RESP2_ORCA.sh FAD.mol2；

3. 第二步还是是利用 ORCA+Multiwfn，来生成小分子键的优化（具体操作和上一部分一样）：(1) 将 .mol2 文件转成 ORCA 输入文件 .inp 格式；(2) 使用上一步的 .inp 通过 ORCA 得到 .hess 文件；

4. (1) 进入sobtop的文件夹中，在shell里键入sobtop启动（一定要在sobtop这个程序的文件夹，也就是你解压出来的文件夹内运行）；(2)接下来的流程和 Win 版本完全一样，不再赘述。
   `