清华和南开共建的iBond数据库，如何助力量子化学计算的研究

经常会有同学说，想算某某溶剂中某某pH的情况下的分子性质。说实话，这个挺为难我们的，溶剂模型还好说，真的需要的话，我们可以构建显式溶剂去说明这个问题，但是量子化学构建计算输入文件时候真的没办法给定义pH数据。pH从原始定义上理解，这个是统计量，不是量化这种以研究孤立体系擅长的学科适合研究的。

那么，是不是意味着酸碱状态性质不同的分子就无法通过量子化学进行考察了？

非也，非也

既然无法定义pH，以此研究某分子的状态。那么我们可以研究某分子在酸碱状态下不同的分子结构啊。比如研究碱液中氨基酸，我就把羧基上的H+去掉。研究酸性下的氨基酸，就考虑给NH2上面加个H+。

如果反应中酸或者碱明显是参与了反应起到关键作用，那么应该在适当的位置放置H+和OH-。

回到开头的问题，我需要研究某pH情况下的分子性质怎么去做？我怎么确定质子化和去质子化的状态？去猜？那太糊弄了。

这里给大家介绍一下清华和南开共建的iBond数据库

iBonD 即internet Bond-energy Databank 因为是共建，所以有两个站点可以访问

http://ibond.chem.tsinghua.edu.cn

http://ibond.nankai.edu.cn

建议大家访问南开的站点

该数据库的简介可以查看

http://cbms.chem.tsinghua.edu.cn/column/brief

http://ibond.nankai.edu.cn/introduction/

对外一般说其是键能数据库，其实我们平时用的最多的是其pKa查询功能。

升级后的iBonD 2.0版将囊括几乎所有已知气相R-H键均裂能BDE和各种介质（包括气相）中的pKa实验值。是迄今为止国际上关于化学键能领域综合度最高，收录数目最多的大型数据库。每个pKa数据都有原始文献，这个数据库让你的研究不至于陷入没有理论支撑的窘境。

网站很高大上，但是操作界面做得十分亲民。

首先注册一个账号，这个随意注册，并不限制教育邮箱等。

然后就能进入 http://ibond.nankai.edu.cn/pka/

在这里你可以直接搜索物质名字，比如输入Glycine 然后直接点击搜索。就可以看到搜出来的各种状态下的不同H位置的甘氨酸的pKa，貌似还有几个Glycinamide的结果混入。

如果我就想直达某种物质无其他干扰，可以选择在下方直接绘制结构式并将Similarity Search设为1。

如果我查看的时候发现我要的这个物质是新合成的小分子，并没有相关实验数据，此时可以把Similarity Search设小一些，搜索一些近似的结构，以此推测自己当前物质的pKa数值。

上面关于测定方法使用的是缩写标识的，不同缩写的意思请看：

http://ibond.nankai.edu.cn/home/abbreviations/

数据怎么看？比如下面这条结果

设缓冲系统中HA的电离常数为Ka（平衡常数），则由弱酸的电离平衡式可得下式：

根据亨德森-哈塞尔巴尔赫(Henderson-Hasselbach)方程

如果缓冲溶液中弱酸浓度与其酸根离子浓度相等，则：pH=pKa

我们可以看出水相下甘氨酸的羧基会在pH大于4.3的时候，以去质子化的离子状态为多数，那么计算时候可以去用去质子化的氨基酸作为计算初始结构。此时再看看其他敏感位点是否也在体系pH影响的范围内。

唯理计算小提示

实在实在就是查不到自己要算的结构的pKa，比如某些自己合成的主客体分子，太大了，自己修饰了基团，而且自己就关注那些被修饰的基团，这时候怎么办？

MOPAC的pKa关键词请了解一下，不过只能算连接氧原子的H的pKa数值。根据软件厂家的统计，平均误差0.31。

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