The interaction energy between water ($H_2O$) and methylamine ($CH_3NH_2$) and methylammonium ion ($CH_3NH_3+$), respectively, is of interest because these are side chains of proteins and nucleic acid. A crucial aspect in these studies is the availability of intermolecular potential functions for Monte Carlo simulations and structure, energetics of these molecules in water solvent. Hence, we can consider the protein hydrations theoretically.
The water-solute interaction energies were considered by ab initio SCF calculation. We used 6-31G basis set, and the monomer geometries of $CH_3NH_2$, $CH_3NH_3+$ and $H_2O$ are kept rigid, therefore the bond length and the bond angles are taken from experimental values.
The computed ab initio energies of the dimers had been used to derive a simple analytic pair potential function of the form $\Sigma_i\,\Sigma_j(-A_{ab}\mid{r}^6_{ij}+B_{ab}\mid{r}^{12}_{ij}+Q_iQ_j\mid{r}_{ij}$ type that reproduce the Hartree-Fock potential energy surfaces.
We optimized the solute-water dimer structure by our fitted analytic potential functions to test the availability of our functions and this optimized geometric structures are compared with ab initio optimized structures that are computed with the 6-31G basis set.
Methylamine과 Methylammonium ion의 수화에 관한 분석적인 분자간 포텐셜 함수(Analytical intermolecular potential function)는 이 물질들의 수화에 대한 Monte Carlo simulation과 수화에 관한 구조 규명, 수화에 필요한 energy등을 계산하는데 이용할 수가 있고, 또 궁극적으로 이 물질들이 단백질이나 핵산 등의 곁가지 사슬을 이루고 있으므로 이러한 biological molecule들의 수화를 이론적으로 고찰하는데에도 이용될 수 있다. 물+용질 간의 상호 작용 energy는 6-31G basis set을 이용한 ab initio SCF 계산을 통해서 구하였으며, 이 계산에서 각 monomer인 Methylamine, Methylammoium ion, 그리고 Water molecule등의 geometry는 실험치로 부터 고정시켰다. $\Sigma_i\,\Sigma_j(-A_{ab}\mid{r}^6_{ij}+B_{ab}\mid{r}^{12}_{ij}+Q_iQ_j\mid{r}_{ij}$ 포텐셜 함수를 최적의 조건으로 fitting하여 물+용질간의 ab initio SCF 상호 작용 energy를 재현하도록 구하였다. 본 연구에서 구한 분자 간 포텐셜 함수가 물+용질 간의 분자 간 상호 작용을 전체적으로 잘 나타내는지의 여부를 조사할 목적으로 물+용질 간의 분자 간 상호 작용 energy와 구조에 관한 최적화 계산을 본 연구의 분자 간 포텐셜 함수와 6-31G basis set을 이용한 ab initio 계산을 이용해서 각각 수행하여 비교 검토하였다.
