A Reactive Molecular Dynamics Study of Chlorinated Organic Compounds. Part I: Force Field Development.
chemTraYzer
chlorinated organic compounds
parAMS
parametrization
reactive force fields
Journal
Chemphyschem : a European journal of chemical physics and physical chemistry
ISSN: 1439-7641
Titre abrégé: Chemphyschem
Pays: Germany
ID NLM: 100954211
Informations de publication
Date de publication:
17 Apr 2023
17 Apr 2023
Historique:
revised:
23
12
2022
received:
19
10
2022
medline:
31
12
2022
pubmed:
31
12
2022
entrez:
30
12
2022
Statut:
ppublish
Résumé
This work presents a novel parametrization for the ReaxFF formalism as a means to investigate reaction processes of chlorinated organic compounds. Force field parameters cover the chemical elements C, H, O, Cl and were obtained using a novel optimization approach involving relaxed potential energy surface scans as training targets. The resulting ReaxFF parametrization shows good transferability, as demonstrated on two independent ab initio validation sets. While this first part of our two-paper series focuses on force field parametrization, we apply our parameters to the simulation of chlorinated dibenzofuran formation and decomposition processes in Part II.
Identifiants
pubmed: 36585384
doi: 10.1002/cphc.202200786
doi:
Types de publication
Journal Article
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e202200786Subventions
Organisme : European Union's Horizon 2020
ID : 814143
Organisme : Research Board of Ghent University (BOF)
Informations de copyright
© 2022 Wiley-VCH GmbH.
Références
J.-C. Lizardo-Huerta, B. Sirjean, L. Verdier, R. Fournet, P.-A. Glaude, J. Phys. Chem. A 2018, 122, 249.
H. Babad, A. G. Zeiler, Chem. Rev. 1973, 73, 75.
D. Noort, A. G. Hulst, A. Fidder, R. A. van Gurp, L. P. A. de Jong, H. P. Benschop, Chem. Res. Toxicol. 2000, 13, 719.
V. B. Arce, C. O. Della Védova, A. J. Downs, S. Parsons, R. M. Romano, J. Org. Chem. 2006, 71, 3423.
R. Madaj, E. Sobiecka, H. Kalinowska, Int. J. Sci. Environ. Technol. 2018, 15, 471.
I. Amato, Science 1993, 261, 152.
P. S. Kulkarni, J. G. Crespo, C. A. Afonso, Environ. Int. 2008, 34, 139.
D. Consonni, A. C. Pesatori, C. Zocchetti, R. Sindaco, L. C. D'Oro, M. Rubagotti, P. A. Bertazzi, Am. J. Epidemiol. 2008, 167, 847.
K. Zhang, S. Sun, H. Zhang, RSC Adv. 2015, 5, 81153.
K. Kupferschmidt, CMAJ 2011, 183, 221.
M. Altarawneh, B. Z. Dlugogorski, E. M. Kennedy, J. C. Mackie, Prog. Energy Combust. Sci. 2009, 35, 245.
R. Car, M. Parrinello, Phys. Rev. Lett. 1985, 55, 2471.
T. D. Kühne, M. Iannuzzi, M. Del Ben, V. V. Rybkin, P. Seewald, F. Stein, T. Laino, R. Z. Khaliullin, O. Schütt, F. Schiffmann, D. Golze, J. Wilhelm, S. Chulkov, M. H. Bani-Hashemian, V. Weber, U. Borštnik, M. Taillefumier, A. S. Jakobovits, A. Lazzaro, H. Pabst, T. Müller, R. Schade, M. Guidon, S. Andermatt, N. Holmberg, G. K. Schenter, A. Hehn, A. Bussy, F. Belleflamme, G. Tabacchi, A. Glöß, M. Lass, I. Bethune, C. J. Mundy, C. Plessl, M. Watkins, J. Vande Vondele, M. Krack, J. Hutter, J. Chem. Phys. 2020, 152, 194103.
D. Porezag, T. Frauenheim, T. Köhler, G. Seifert, R. Kaschner, Phys. Rev. B 1995, 51, 12947.
G. Seifert, D. Porezag, T. Frauenheim, Int. J. Quantum Chem. 1996, 58, 185.
M. Elstner, D. Porezag, G. Jungnickel, J. Elsner, M. Haugk, T. Frauenheim, S. Suhai, G. Seifert, Phys. Rev. B 1998, 58, 7260.
C. Köhler, G. Seifert, T. Frauenheim, Chem. Phys. 2005, 309, 23.
M. Elstner, P. Hobza, T. Frauenheim, S. Suhai, E. Kaxiras, J. Chem. Phys. 2001, 114, 5149.
J. Behler, M. Parrinello, Phys. Rev. Lett. 2007, 98, 146401.
J. Behler, J. Chem. Phys. 2016, 145, 170901.
J. S. Smith, B. T. Nebgen, R. Zubatyuk, N. Lubbers, C. Devereux, K. Barros, S. Tretiak, O. Isayev, A. E. Roitberg, Nat. Commun. 2019, 10, 2903.
C. Devereux, J. S. Smith, K. K. Huddleston, K. Barros, R. Zubatyuk, O. Isayev, A. E. Roitberg, J. Chem. Theory Comput. 2020, 16, 4192.
J. S. Smith, O. Isayev, A. E. Roitberg, Chem. Sci. 2017, 8, 3192.
Y. Shao, M. Hellström, P. D. Mitev, L. Knijff, C. Zhang, J. Chem. Inf. Model. 2020, 60, 1184.
S. Chmiela, H. E. Sauceda, I. Poltavsky, K.-R. Müller, A. Tkatchenko, Comput. Phys. Commun. 2019, 240, 38.
A. C. T. van Duin, S. Dasgupta, F. Lorant, W. A. Goddard, J. Phys. Chem. A 2001, 105, 9396.
K. Chenoweth, A. C. T. van Duin, W. A. Goddard, J. Phys. Chem. A 2008, 112, 1040.
M. M. Islam, G. Kolesov, T. Verstraelen, E. Kaxiras, A. C. T. van Duin, J. Chem. Theory Comput. 2016, 12, 3463.
T. Verstraelen, P. W. Ayers, V. Van Speybroeck, M. Waroquier, J. Chem. Phys. 2013, 138, 074108.
L. Liu, Y. Liu, S. V. Zybin, H. Sun, W. A. Goddard, J. Phys. Chem. A 2011, 115, 11016.
D. Furman, D. J. Wales, J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 7215.
D. Furman, D. J. Wales, J. Chem. Phys. 2020, 153, 021102.
L. Krep, W. A. Kopp, L. C. Kröger, M. Döntgen, K. Leonhard, ChemSystemsChem 2020, 2, e1900043.
S. Monti, A. Corozzi, P. Fristrup, K. L. Joshi, Y. K. Shin, P. Oelschlaeger, A. C. T. van Duin, V. Barone, Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 15062.
S. Monti, M. Pastore, C. Li, F. De Angelis, V. Carravetta, J. Phys. Chem. C 2016, 120, 2787.
T. P. Senftle, S. Hong, M. M. Islam, S. B. Kylasa, Y. Zheng, Y. K. Shin, C. Junkermeier, R. Engel-Herbert, M. J. Janik, H. M. Aktulga, T. Verstraelen, A. Grama, A. C. T. a. van Duin, Npj Comput. Mater. 2016, 2, 15011.
A. Laio, F. L. Gervasio, Rep. Prog. Phys. 2008, 71, 126601.
A. F. Voter, J. Chem. Phys. 1997, 106, 4665.
K. M. Bal, E. C. Neyts, J. Chem. Theory Comput. 2015, 11, 4545.
K. M. Bal, E. C. Neyts, Chem. Sci. 2016, 7, 5280.
M. R. Sørensen, A. F. Voter, J. Chem. Phys. 2000, 112, 9599.
R. A. Miron, K. A. Fichthorn, J. Chem. Phys. 2003, 119, 6210.
R. J. Allen, P. B. Warren, P. R. ten Wolde, Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 018104.
R. J. Allen, D. Frenkel, P. R. ten Wolde, J. Chem. Phys. 2006, 124, 024102.
R. J. Allen, C. Valeriani, P. R. ten Wolde, J. Phys. Condens. Matter 2009, 21, 463102.
K. Kratzer, J. T. Berryman, A. Taudt, J. Zeman, A. Arnold, Comput. Phys. Commun. 2014, 185, 1875.
A. F. Voter, Phys. Rev. B 1998, 57, R13985.
K. L. Joshi, S. Raman, A. C. T. van Duin, J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 3792.
L. Krep, I. S. Roy, W. Kopp, F. Schmalz, C. Huang, K. Leonhard, J. Chem. Inf. Model. 2022, 62, 890.
R. J. Zamora, B. P. Uberuaga, D. Perez, A. F. Voter, Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. 2016, 7, 87.
C. Huang, D. Perez, A. F. Voter, J. Chem. Phys. 2015, 143, 074113.
M. Döntgen, M.-D. Przybylski-Freund, L. C. Kröger, W. A. Kopp, A. E. Ismail, K. Leonhard, J. Chem. Theory Comput. 2015, 11, 2517.
M. Döntgen, F. Schmalz, W. A. Kopp, L. C. Kröger, K. Leonhard, J. Chem. Inf. Model. 2018, 58, 1343.
L.-P. Wang, A. Titov, R. McGibbon, F. Liu, V. S. Pande, T. J. Martínez, Nat. Chem. 2014, 6, 1044.
J. Ford, S. Seritan, X. Zhu, M. N. Sakano, M. M. Islam, A. Strachan, T. J. Martínez, J. Phys. Chem. A 2021, 125, 1447.
L.-P. Wang, R. T. McGibbon, V. S. Pande, T. J. Martinez, J. Chem. Theory Comput. 2016, 12, 638.
E. Martìnez-Núñez, J. Comput. Chem. 2015, 36, 222.
E. Martìnez-Núñez, Phys. Chem. Chem. Phys. 2015, 17, 14912.
A. Rodrìguez, R. Rodrìguez-Fernàndez, S. A. Vázquez, G. L. Barnes, J. J. P. Stewart, E. Martínez-Núñez, J. Comput. Chem. 2018, 39, 1922.
G. Shchygol, A. Yakovlev, T. Trnka, A. C. T. van Duin, T. Verstraelen, J. Chem. Theory Comput. 2019, 15, 6799.
M. C. Kaymak, A. Rahnamoun, K. A. O'Hearn, A. C. T. van Duin, K. M. Merz, H. M. Aktulga, J. Chem. Theory Comput. 2022, 18, 5181.
F. Guo, Y.-S. Wen, S.-Q. Feng, X.-D. Li, H.-S. Li, S.-X. Cui, Z.-R. Zhang, H.-Q. Hu, G.-Q. Zhang, X.-L. Cheng, Comput. Mater. Sci. 2020, 172, 109393.
A. D. Becke, J. Chem. Phys. 1993, 98, 1372.
C. Lee, W. Yang, R. G. Parr, Phys. Rev. B 1988, 37, 785.
P. J. Stephens, F. J. Devlin, C. F. Chabalowski, M. J. Frisch, J. Phys. Chem. 1994, 98, 11623.
G. te Velde, F. M. Bickelhaupt, E. J. Baerends, C. Fonseca Guerra, S. J. A. van Gisbergen, J. G. Snijders, T. Ziegler, J. Comput. Chem. 2001, 22, 931.
C. Ashraf, A. C. van Duin, J. Phys. Chem. A 2017, 121, 1051.
S. Kim, J. Chen, T. Cheng, A. Gindulyte, J. He, S. He, Q. Li, B. A. Shoemaker, P. A. Thiessen, B. Yu, L. Zaslavsky, J. Zhang, E. E. Bolton, Nucleic Acids Res. 2018, 47, D1102.
L. Krep, L. Komissarov, F. Schmalz, T. Nevolianis, W. A. Kopp, F. Solbach, T. Verstraelen, K. Leonhard, ChemPhysChem 2023, e202200783, https://doi.org/10.1002/cphc.202200783.
M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, X. Li, M. Caricato, A. V. Marenich, J. Bloino, B. G. Janesko, R. Gomperts, B. Mennucci, H. P. Hratchian, J. V. Ortiz, A. F. Izmaylov, J. L. Sonnenberg, D. Williams-Young, F. Ding, F. Lipparini, F. Egidi, J. Goings, B. Peng, A. Petrone, T. Henderson, D. Ranasinghe, V. G. Zakrzewski, J. Gao, N. Rega, G. Zheng, W. Liang, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, K. Throssell, J. A. Montgomery, J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. J. Bearpark, J. J. Heyd, E. N. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, T. A. Keith, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. P. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, J. M. Millam, M. Klene, C. Adamo, R. Cammi, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, O. Farkas, J. B. Foresman, D. J. Fox, Gaussian - 16 Revision C.01 2016.
Rüger, Franchini, Trnka, Yakovlev, van Lenthe, Philipsen, van Vuren, B. Klumpers, T. Soini, Amsterdam Modeling Suite 2020.
M. A. Wood, A. C. T. van Duin, A. Strachan, J. Phys. Chem. A 2014, 118, 885.
L. Komissarov, R. Rüger, M. Hellström, T. Verstraelen, J. Chem. Inf. Model. 2021, 61, 3737.
N. Hansen, A. Ostermeier, Evol. Comput. 2001, 9, 159.
N. Hansen, S. Kern, Evaluating the CMA Evolution Strategy on Multimodal Test Functions, in Parallel Problem Solving from Nature PPSN VIII, volume 3242 of LNCS, X. Yao, et al. (Editors), Springer 2004, pages 282-291.
N. Hansen, Y. Akimoto, P. Baudis, CMA-ES/pycma on Github 2019.
S. Grimme, C. Bannwarth, P. Shushkov, J. Chem. Theory Comput. 2017, 13, 1989.
N. M. Donahue, Chem. Rev. 2003, 103, 4593.