所用模块： Materials Visualizer, Adsorption Locator, Forcite, COMPASS 先决条件： 掌握可视化晶体模型建立Crystal Builder Visualizer教程 晶体块体的几何外形对许多工业过程至关重要。在化学和制药工业中的以下过程中，晶体形状均是重要因素，体现在以下方面：
因此，晶体形态与晶体内部原子排列之间的关系是化学家、化学工程师和工艺工程师非常感兴趣的问题，由此可以预测晶体的形状，开发特制的添加剂，控制溶剂和杂质的影响等。因此，添加剂对晶体生长和晶体形貌的影响是非常重要的。Adsorption Locator模块可以模拟添加剂在晶面上的吸附，从而研究吸附过程的能量变化机理及其对晶体生长的影响。
介绍
颜料红（1,4-二酮吡咯（3,4-c）吡咯的二苯基衍生物，DPP）是一种优质杂环颜料，具有良好的热稳定性、着色强度和遮盖力，以及优异的耐光性和耐候性。通过在生产过程中控制颗粒大小，可以制备出透明或不透明的晶体。
在本教程中，将研究表面上官能团之间的距离。结果表明，一种氨基酸衍生物可以作为生长抑制剂
本教程包括如下部分：
注意：为了确保您可以完全按照预期的方式学习本教程，您应该使用“设置管理器（Settings Organizer）”对话框确保项目中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。
1、开始
首先启动Materials Studio并创建一个新项目。 打开“新建项目New Project ”对话框，输入Pigment Red Additive 作为项目名称，单击“确定OK ”按钮。
Pigment Red Additive 在项目浏览区域Project Explorer中列出。现在，导入要研究的输入文件。
在Project Explorer中，右键单击项目名根目录并选择Import… 打开“导入文档Import Document”对话框。导航到Examples/Documents/3D Model 文件夹，选择pigment_red_010.xsd 文件，然后单击Open 按钮。
在该部分中，将从(0 1 0)颜料红表面构建一个平板模型（具有真空层的表面）。晶体模型是通过利用在表面层之间，引入大于表面层厚度的真空区域，在给定方向上重复表面结构来构造的。表面必须足够大，可容纳所研究的特定抑制剂。 从菜单栏中选择Build | Symmetry | Supercell ，以打开Supercell 对话框。将U 和V 分别增加到4 和6 ，单击Create Supercell 按钮并关闭 对话框。
这将构建出扩大的表面结构，现在可以从二维表面模型构造三维平板模型。
从菜单栏选择Build | Crystals | Build Vacuum Slab… ，打开“构建真空层Build Vacuum Slab Crystal”对话框。在Vacuum Slab 选项卡上，将“真空层厚度Vacuum thickness ”更改为50 Å，然后单击Build 按钮。 单击3D Viewer工具栏上的“显示样式Display Style ”按钮 以打开Display Style对话框。在Lattice 选项卡上，将C的最大值（Range Max. C ）设置为2.00 。
可以预览到真空层与表面层在c轴方向上的排列。
在本教程的后面部分，将在表面上添加添加剂。由于周期性边界条件，添加剂可能与两个表面发生相互作用。因此，需要在表面上方添加一个较大的真空区域，以便添加剂只能与其中一个表面发生相互作用。在本例中，(0 1 0)表面的厚度约为20 Å，因此50 Å的真空层厚度就足够了。
将Range Max. C 更改回1.00 ，然后关闭 Display Style对话框。从菜单栏中选择File | Save Project 保存项目中的所有文件，然后选择Window |Close All ，关闭已经打开的窗口。
本教程中使用的抑制剂2-苯基甘氨酸是一种以两性离子形式存在的氨基酸衍生物。
单击New 按钮后的箭头 并从下拉列表中选择3D原子文档3D Atomistic Document 。在Project Explorer中，右键单击3D Atomistic.xsd ，然后从快捷菜单中选择“重命名Rename ”。将文档的名称更改为inhibitor.xsd 。使用草图绘制Sketch 工具栏上的工具构建2-苯基甘氨酸分子（如下所示），然后使用Clean 工具 释放应力，使得结构更加合理。 抑制剂2-苯基甘氨酸的分子结构
现在，使用Forcite模块和COMPASS力场优化抑制剂的分子构型。
从菜单栏中选择Modules | Forcite | Calculation 以打开Forcite Calculation对话框。从“任务task ”下拉列表中选择“几何优化Geometry Optimization ”。在Energy 选项卡中，设置“力场Forcefield ”为COMPASSIII ，对于静电Electrostatic和范德华相互作用van der Waals的求和方法Summation methods ，均选择基于原子截断（Atom Based ）。在“作业控制Job Control ”选项卡中，把“网关Gateway location ”选择为“我的电脑My Computer ”并点击“运行Run ”。 这将在Project Explorer中创建一个名为inhibitor Forcite GeomOpt的新文件夹。计算过程将仅花费不到一分钟的时间。计算完成后，能量最小的构型将被保存在文件夹中的inhibitor.xsd文件，并显示在Materials Visualizer中。 从菜单栏中选择File | Save Project 并关闭所有打开的文档。
在上一个步骤中，已经构建了颜料红(0 1 0)表面的3D平板模型，并优化了抑制剂的结构，现在将抑制剂分子结合在表面结构上。
在Project Explorer中，双击pigment_red_010.xsd 文件。 接下来，进行吸附计算，以搜索表面上可能的吸附位点和抑制剂分子的取向。然后对晶体表面的抑制剂分子进行几何优化，以获得全局最小能量的构型。 从菜单栏中选择Modules | Adsorption Locator | Calculation 打开Adsorption Locator Calculation对话框。 在Setup 选项卡中，从计算任务task 的下拉列表中选择模拟退火Simulated annealing 。吸附质Adsorbate 中选择优化过的inhibitor.xsd 结构，计算精度Quality 设置为粗糙Coarse 。 在Energy 选项卡中，选择力场为COMPASSIII ，静电和范德华相互作用的求和方法Summation methods 均选择基于原子截断（Atom Based ）。 注意：对于非键项能量的计算，Ewald求和方法精确度更高，但需要大量的CPU计算时间。在本教程中，使用基于原子截断的求和方法和较低的计算精度以加速计算。 可以通过多种方式限制搜索低能量构型的空间。在本教程中，将该空间定义为在表面上氢键施主和受主10 Å的范围内。 在Location 选项卡中，勾选“由原子集合定义的表面区域（Surface region defined by atom set ）”复选框。 将表面上的氢键部分定义为抑制剂可能发生吸附的位置。 在pigment_red_010.xsd 中，旋转并放大其中一个晶体层的表面。
按住Q+SHIFT 键，点金鼠标左键拖动使用套索工具选中分子顶层的所有酰胺基团amide 。 在Adsorption Locator Calculation 对话框的Location 选项卡中，单击“将选定原子添加到目标原子集合Add selected atoms to TargetAtoms se t”最开始的Add按钮。选中“设置最大吸附距离Set maximum adsorption distance ”复选框，然后输入值10.0 。 单击Run 按钮运行计算并关闭对话框。
这将在Project Explorer中创建一个名为pigment_red_010 Adsorption Anneal的新文件夹。根据计算机处理器的速度，计算可能需要一些时间才能完成。 计算运行时，包含各种能量贡献的图表将实时更新。文本文件Status.txt显示计算时间和到目前为止完成的计算步数。计算完成后，pigment_red_010.xsd文档将呈现计算好的结果构型。 等待计算任务完成后再进行结果分析处理。计算完成后，将返回一个包含许多低能量构型的数据表，以及每个构型的能量特性。 打开数据表pigment_red_010.std，双击第一行中的结构。 通过显示氢键，可以观察抑制剂和表面酰胺基团之间的相互作用。 单击计算氢键按钮Calculate Hydrogen Bonds 。
附有抑制剂的晶体表面
数据表的第三列吸附能包含与吸附最相关的能量参数，包括两部分： 第二列的总能量Total energy 包含吸附能加上吸附质的内能，不包括晶格的能量。 最后一列F 是差分吸附能，即去除特定组分的吸附质的能量。因为在本例中只有1个分子和1个组分，该列的值与C列相同。 (0 1 0)晶面的附着能已经计算过，约为-27 kcal/mol。如果要使用Materials Studio计算获得该能量，则可利用Morphology模块进行，在“颜料红的形貌预测”教程（Morphology prediction for Pigment Red）中将详细介绍计算步骤。 对于(0 1 0)晶面，由Adsorption Locator计算的吸附能比附着能呈现绝对值更大的负值。因此，2-苯基甘氨酸是抑制颜料红晶体(0 1 0)晶面快速生长的一个很好的候选物，有助于晶面生长更等距的形态。
从菜单栏中选择File | Save Project ，然后选择Window | Close All 。 参考文献：
Hartman, P.; Perdok, W. Acta Crystallogr., 8, 521 (1955).
Bennema, P. J. Cryst. Growth, 166, 17 (1996). 声明：如需转载请注明出处（华算科技旗下资讯学习网站-学术资讯），并附有原文链接，谢谢！
以打开Display Style对话框。在Lattice选项卡上，将C的最大值（Range Max. C）设置为2.00。
