Energy-directed tree search: an efficient systematic algorithm for finding the lowest energy conformation of molecules

文献情報

出版日 2007-04-04
DOI 10.1039/B700938K
インパクトファクター 3.676
著者

Ekaterina I. Izgorodina, Ching Yeh Lin, Michelle L. Coote


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要旨

We present a new systematic algorithm, energy-directed tree search (EDTS), for exploring the conformational space of molecules. The algorithm has been designed to reliably locate the global minimum (or, in the worst case, a structure within 4 kJ mol−1 of this species) at a fraction of the cost of a full conformational search, and in this way extend the range of chemical systems for which accurate thermochemistry can be studied. The algorithm is inspired by the build-up approach but is performed on the original molecule as a whole, and objectively determines the combinations of torsional angles to optimise using a learning process. The algorithm was tested for a set of 22 large molecules, including open- and closed-shell species, stable structures and transition structures, and neutral and charged species, incorporating a range of functional groups (such as phenyl rings, esters, thioesters and phosphines), and covering polymers, peptides, drugs, and natural products. For most of the species studied the global minimum energy structure was obtained; for the rest the EDTS algorithm found conformations whose total electronic energies are within chemical accuracy from the true global minima. When the conformational space is searched at a resolution of 120°, the cost of the EDTS algorithm (in its worst-case scenario) scales as 2N for large N (where N is the number of rotatable bonds), compared with 3N for the corresponding systematic search.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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