Two critical extensions to our fast, accurate, and easy-to-implement binary or ternary interaction method for weakly interacting molecular clusters [S. Hirata et al, Mol. Phys.103, 2255 (2005)] have been proposed, implemented, and applied to water hexamers, hydrogen fluoride chains and rings, and neutral and zwitterionic glycine-water clusters with an excellent initial performance assessment result. Our original method included up to two- or three-body Coulomb, exchange, and correlation energies exactly and higher-order Coulomb energies in the dipole-dipole interaction approximation. In this work, the dipole moments are replaced by atom-centered point charges determined so that they reproduce the electrostatic potentials of the cluster subunits accurately and also self-consistently with one another in the cluster environment. They have been shown to lead to a dramatic improvement in the description of short-range electrostatic potentials not only of large, charge-separated subunits such as zwitterionic glycine but also of small subunits. Furthermore, basis set superposition errors (BSSEs) have been eliminated by combining the Valiron–Mayer function counterpoise (VMFC) correction with our binary or ternary interaction method. A new BSSE-correction scheme has been proposed on this basis, wherein three-body and all higher-order Coulomb effects on BSSE are also estimated. The BSSE-corrected ternary interaction method with atom-centered point charges reproduces the VMFC-corrected results within 0.1kcalmol. The proposed method is not only more efficient but also significantly more accurate than conventional correlation methods uncorrected of BSSE.

1.
P.
Ball
, H2O: A Biography of Water (
Weidenfeld & Nicolson
,
London
,
1999
);
A. K.
Soper
,
Chem. Phys.
258
,
107
(
2000
);
L. R.
Pratt
,
Chem. Rev. (Washington, D.C.)
102
,
2625
(
2002
).
2.
Y.
Zubavicus
and
M.
Grunze
,
Science
304
,
974
(
2004
).
3.
P.
Wernet
,
D.
Nordlund
,
U.
Bergmann
,
M.
Cavalleri
,
M.
Odelius
,
H.
Ogasawara
,
L. A.
Naslund
,
T. K.
Hirsch
,
L.
Ojamae
,
P.
Glatzel
,
L. G. M.
Pettersson
, and
A.
Nilsson
,
Science
304
,
995
(
2004
).
4.
C. Y.
Ruan
,
V. A.
Lobastov
,
F.
Vigliotti
,
S. Y.
Chen
, and
A. H.
Zewail
,
Science
304
,
80
(
2004
).
5.
J. D.
Smith
,
C. D.
Cappa
,
K. R.
Wilson
,
B. M.
Messer
,
R. C.
Cohen
, and
R. J.
Saykally
,
Science
306
,
851
(
2004
).
6.
J. D.
Smith
,
C. D.
Cappa
,
B. M.
Messer
,
R. C.
Cohen
, and
R. J.
Saykally
,
Science
308
,
793a
(
2005
);
A.
Nilsson
,
P.
Wernet
,
D.
Nordlund
,
U.
Bergmann
,
M.
Cavalleri
,
M.
Odelius
,
H.
Ogasawara
,
L. A.
Naslund
,
T. K.
Hirsch
,
P.
Glatzel
, and
L. G. M.
Pettersson
,
Science
308
,
793a
(
2005
).
8.
E. A.
Raymond
and
G. L.
Richmond
,
J. Phys. Chem. B
108
,
5051
(
2004
);
D. F.
Liu
,
G.
Ma
,
L. M.
Levering
, and
H. C.
Allen
,
J. Phys. Chem. B
108
,
2252
(
2004
).
9.
E. M.
Knipping
,
M. J.
Lakin
,
K. L.
Foster
,
P.
Jungwirth
,
D. J.
Tobias
,
R. B.
Gerber
,
D.
Dabdub
, and
B. J.
Finlayson-Pitts
,
Science
288
,
301
(
2000
);
[PubMed]
A.
Laskin
,
D. J.
Gaspar
,
W. H.
Wang
,
S. W.
Hunt
,
J. P.
Cowin
,
S. D.
Colson
, and
B. J.
Finlayson-Pitts
,
Science
301
,
340
(
2003
);
[PubMed]
P.
Jungwirth
and
D. J.
Tobias
,
J. Phys. Chem. B
105
,
10468
(
2001
);
P.
Jungwirth
and
D. J.
Tobias
,
J. Phys. Chem. B
106
,
6361
(
2002
);
L. X.
Dang
and
T. M.
Chang
,
J. Phys. Chem. B
106
,
235
(
2002
).
10.
C. D.
Cappa
,
W. S.
Drisdell
,
J. D.
Smith
,
R. J.
Saykally
, and
R. C.
Cohen
,
J. Phys. Chem. B
109
,
24391
(
2005
).
E. J.
Hart
and
J. W.
Boag
,
J. Am. Chem. Soc.
84
,
4090
(
1962
);
P. J.
Rossky
and
J.
Schnitker
,
J. Phys. Chem.
92
,
4277
(
1988
);
L.
Turi
and
D.
Borgis
,
J. Chem. Phys.
117
,
6186
(
2002
).
13.
B. C.
Garrett
,
D. A.
Dixon
,
D. M.
Camaioni
,
D. M.
Chipman
,
M. A.
Johnson
,
C. D.
Jonah
,
G. A.
Kimmel
,
J. H.
Miller
,
T. N.
Rescigno
,
P. J.
Rossky
,
S. S.
Xantheas
,
S. D.
Colson
,
A. H.
Laufer
,
D.
Ray
,
P. F.
Barbara
,
D. M.
Bartels
,
K. H.
Becker
,
H.
Bowen
,
S. E.
Bradforth
,
I.
Carmichael
,
J. V.
Coe
,
L. R.
Corrales
,
J. P.
Cowin
,
M.
Dupuis
,
K. B.
Eisenthal
,
J. A.
Franz
,
M. S.
Gutowski
,
K. D.
Jordan
,
B. D.
Kay
,
J. A.
Laverne
,
S. V.
Lymar
,
T. E.
Madey
,
C. W.
Mccurdy
,
D.
Meisel
,
S.
Mukamel
,
A. R.
Nilsson
,
T. M.
Orlando
,
N. G.
Petrik
,
S. M.
Pimblott
,
J. R.
Rustad
,
G. K.
Schenter
,
S. J.
Singer
,
A.
Tokmakoff
,
L. S.
Wang
,
C.
Wittig
, and
T. S.
Zwier
,
Chem. Rev. (Washington, D.C.)
105
,
355
(
2005
).
14.
S.
Hirata
,
M.
Valiev
,
M.
Dupuis
,
S. S.
Xantheas
,
S.
Sugiki
, and
H.
Sekino
,
Mol. Phys.
103
,
2255
(
2005
).
15.
M. J.
Elrod
and
R. J.
Saykally
,
Chem. Rev. (Washington, D.C.)
94
,
1975
(
1994
);
E. E.
Dahlke
and
D. G.
Truhlar
,
J. Phys. Chem. B
110
,
10595
(
2006
).
[PubMed]
16.
S. S.
Xantheas
,
J. Chem. Phys.
100
,
7523
(
1994
).
17.
A. D.
Kulkarni
,
V.
Ganesh
, and
S. R.
Gadre
,
J. Chem. Phys.
121
,
5043
(
2004
).
18.
J. M.
Pedulla
,
F.
Vila
, and
K. D.
Jordan
,
J. Chem. Phys.
105
,
11091
(
1996
).
19.
W.
Klopper
,
M.
Quack
, and
M. A.
Suhm
,
Mol. Phys.
94
,
105
(
1998
).
20.
J. M.
Pedulla
,
K.
Kim
, and
K. D.
Jordan
,
Chem. Phys. Lett.
291
,
78
(
1998
).
21.
G. S.
Tschumper
,
Chem. Phys. Lett.
427
,
185
(
2006
).
22.
M. W.
Schmidt
,
K. K.
Baldridge
,
J. A.
Boatz
,
S. T.
Elbert
,
M. S.
Gordon
,
J. H.
Jensen
,
S.
Koseki
,
N.
Matsunaga
,
K. A.
Nguyen
,
S.
Su
,
T. L.
Windus
,
M.
Dupuis
, and
J. A.
Montgomery
,Jr.
,
J. Comput. Chem.
14
,
1347
(
1993
);
M. S.
Gordon
and
M. W.
Schmidt
, in
Theory and Applications of Computational Chemistry: The First Forty Years
, edited by
C. E.
Dykstra
,
G.
Frenking
,
K. S.
Kim
, and
G. E.
Scuseria
(
Elsevier
,
Amsterdam
,
2005
), p.
1167
.
23.
E.
Aprà
,
T. L.
Windus
,
T. P.
Straatsma
 et al, NWCHEM, A Computational Chemistry Package for Parallel Computers, Version 4.7, Pacific Northwest National Laboratory, Richland, WA,
2005
.
24.
T.-S.
Lee
,
D. M.
York
, and
W.
Yang
,
J. Chem. Phys.
105
,
2744
(
1996
);
N.
Flocke
and
R. J.
Bartlett
,
Chem. Phys. Lett.
367
,
80
(
2003
);
D. W.
Zhang
and
J. Z. H.
Zhang
,
J. Chem. Phys.
119
,
3599
(
2003
);
B. W.
Hopkins
and
G. S.
Tschumper
,
J. Comput. Chem.
24
,
1563
(
2003
);
[PubMed]
N.
Flocke
and
R. J.
Bartlett
,
J. Chem. Phys.
121
,
10935
(
2004
);
[PubMed]
B. W.
Hopkins
and
G. S.
Tschumper
,
Mol. Phys.
103
,
309
(
2005
);
H.
Nakatsuji
,
T.
Miyahara
, and
R.
Fukuda
,
J. Chem. Phys.
126
,
084104
(
2007
).
[PubMed]
25.
K.
Kitaura
,
T.
Sawai
,
T.
Asada
,
T.
Nakano
, and
M.
Uebayasi
,
Chem. Phys. Lett.
312
,
319
(
1999
);
K.
Kitaura
,
E.
Ikeo
,
T.
Asada
,
T.
Nakano
, and
M.
Uebayasi
,
Chem. Phys. Lett.
313
,
701
(
1999
);
K.
Kitaura
,
S.-I.
Sugiki
,
T.
Nakano
,
Y.
Komeiji
, and
M.
Uebayasi
,
Chem. Phys. Lett.
336
,
163
(
2001
);
H.
Sekino
,
Y.
Sengoku
,
S.-I.
Sugiki
, and
N.
Kurita
,
Chem. Phys. Lett.
378
,
589
(
2003
).
26.
E. E.
Dahlke
and
D. G.
Truhlar
,
J. Chem. Theory Comput.
3
,
46
(
2007
).
27.
F. A.
Momany
,
J. Phys. Chem.
82
,
592
(
1978
).
28.
S.
Simon
,
M.
Duran
, and
J. J.
Dannenberg
,
J. Chem. Phys.
105
,
11024
(
1996
);
S.
Simon
,
M.
Duran
, and
J. J.
Dannenberg
,
J. Phys. Chem. A
103
,
1640
(
1999
).
29.
P.
Salvador
and
M. M.
Szczęśniak
,
J. Chem. Phys.
118
,
537
(
2003
).
30.
S. F.
Boys
and
F.
Bernardi
,
Mol. Phys.
19
,
553
(
1970
).
31.
I.
Mayer
,
Int. J. Quantum Chem.
23
,
341
(
1983
);
I.
Mayer
and
Á.
Vibók
,
Chem. Phys. Lett.
140
,
558
(
1987
);
E.
Gianinetti
,
M.
Raimondi
, and
E.
Tornaghi
,
Int. J. Quantum Chem.
60
,
157
(
1996
);
I.
Mayer
and
P.
Valiron
,
J. Chem. Phys.
109
,
3360
(
1998
);
A.
Hamza
,
Á.
Vibók
,
G. J.
Halász
, and
I.
Mayer
,
J. Mol. Struct.: THEOCHEM
501
,
427
(
2000
);
T.
Nagata
and
S.
Iwata
,
J. Chem. Phys.
120
,
3555
(
2004
);
[PubMed]
S.
Iwata
,
Chem. Phys. Lett.
431
,
204
(
2006
);
S.
Iwata
and
T.
Nagata
,
Theor. Chem. Acc.
117
,
137
(
2007
);
R. Z.
Khaliullin
,
M.
Head-Gordon
, and
A. T.
Bell
,
J. Chem. Phys.
124
,
204105
(
2006
).
[PubMed]
32.
B.
Jeziorski
,
R.
Moszynski
, and
K.
Szalewicz
,
Chem. Rev. (Washington, D.C.)
94
,
1887
(
1994
);
V. F.
Lotrich
and
K.
Szalewicz
,
J. Chem. Phys.
106
,
9668
(
1997
);
R.
Moszyński
,
P. E. S.
Wormer
,
B.
Jeziorski
, and
A.
Van Der Avoird
,
J. Chem. Phys.
103
,
8058
(
1995
);
R.
Moszyński
,
P. E. S.
Wormer
,
B.
Jeziorski
, and
A.
Van Der Avoird
,
J. Chem. Phys.
107
,
672
(
1997
).
33.
B. H.
Wells
and
S.
Wilson
,
Chem. Phys. Lett.
101
,
429
(
1983
).
34.
L.
Turi
and
J. J.
Dannenberg
,
J. Phys. Chem.
97
,
2488
(
1993
).
35.
P.
Valiron
and
I.
Mayer
,
Chem. Phys. Lett.
275
,
46
(
1997
).
36.
J. C.
White
and
E. R.
Davidson
,
J. Chem. Phys.
93
,
8029
(
1990
).
37.
K.
Mierzwicki
and
Z.
Latajka
,
Chem. Phys. Lett.
380
,
654
(
2003
).
38.
C. I.
Bayly
,
P.
Cieplak
,
W. D.
Cornell
, and
P. A.
Kollman
,
J. Phys. Chem.
97
,
10269
(
1993
).
39.
U. C.
Singh
and
P. A.
Kollman
,
J. Comput. Chem.
5
,
129
(
1984
).
40.
T.
Nakano
,
T.
Kaminuma
,
T.
Sato
,
K.
Fukuzawa
,
Y.
Akiyama
,
M.
Uebayasi
, and
K.
Kitaura
,
Chem. Phys. Lett.
351
,
475
(
2002
).
41.
D. G.
Fedorov
and
K.
Kitaura
,
Chem. Phys. Lett.
433
,
182
(
2006
).
42.
W. L.
Jorgensen
,
J.
Chandrasekhar
,
J. D.
Madura
,
R. W.
Impey
, and
M. L.
Klein
,
J. Chem. Phys.
79
,
926
(
1983
).
43.
T. H.
Dunning
,Jr.
,
J. Chem. Phys.
90
,
1007
(
1989
);
R. A.
Kendall
,
T. H.
Dunning
, Jr.
, and
R. J.
Harrison
,
J. Chem. Phys.
96
,
6796
(
1992
).
44.
K.
Liu
,
M. G.
Brown
,
C.
Carter
,
R. J.
Saykally
,
J. K.
Gregory
, and
D. C.
Clary
,
Nature (London)
381
,
501
(
1996
);
K.
Nauta
and
R. E.
Miller
,
Science
287
,
293
(
2000
);
[PubMed]
C. J.
Burnham
,
S. S.
Xantheas
,
M. A.
Miller
,
B. E.
Applegate
, and
R. E.
Miller
,
J. Chem. Phys.
117
,
1109
(
2002
).
45.
K.
Ohno
,
M.
Okimura
,
N.
Akai
, and
Y.
Katsumoto
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
7
,
3005
(
2005
).
46.
S. S.
Xantheas
and
T. H.
Dunning
,Jr.
,
J. Chem. Phys.
99
,
8774
(
1993
);
M.
Masella
and
J. P.
Flament
,
J. Chem. Phys.
107
,
9105
(
1997
);
J.
Sadlej
,
V.
Buch
,
J. K.
Kazimirski
, and
U.
Buck
,
J. Phys. Chem. A
103
,
4933
(
1999
);
E. M.
Mas
,
R.
Bukowski
, and
K.
Szalewicz
,
J. Chem. Phys.
118
,
4386
(
2003
);
M.
Losada
and
S.
Leutwyler
,
J. Chem. Phys.
119
,
304
(
2003
).
47.
K.
Kim
,
K. D.
Jordan
, and
T. S.
Zwier
,
J. Am. Chem. Soc.
116
,
11568
(
1994
);
J.
Kim
and
K. S.
Kim
,
J. Chem. Phys.
109
,
5886
(
1998
);
M.
Losada
and
S.
Leutwyler
,
J. Chem. Phys.
117
,
2003
(
2002
).
48.
M.
Schütz
,
G.
Hetzer
, and
H. J.
Werner
,
J. Chem. Phys.
111
,
5691
(
1999
).
49.
D. G.
Fedorov
and
K.
Kitaura
,
J. Chem. Phys.
120
,
6832
(
2004
).
50.
D. W.
Michael
and
J. M.
Lisy
,
J. Chem. Phys.
85
,
2528
(
1986
);
M. A.
Suhm
and
D. J.
Nesbitt
,
Chem. Soc. Rev.
24
,
45
(
1995
);
T. A.
Blake
,
S. W.
Sharpe
, and
S. S.
Xantheas
,
J. Chem. Phys.
113
,
707
(
2000
).
51.
M.
Quack
,
U.
Schmitt
, and
M. A.
Suhm
,
Chem. Phys. Lett.
208
,
446
(
1993
).
52.
C.
Maerker
,
P. V. R.
Schleyer
,
K. R.
Liedl
,
T.-K.
Ha
,
M.
Quack
, and
M. A.
Suhm
,
J. Comput. Chem.
18
,
1695
(
1997
);
B. L.
Grigorenko
,
A. A.
Moskovsky
, and
A. V.
Nemukhin
,
J. Mol. Struct.: THEOCHEM
498
,
47
(
2000
);
L.
Rincón
,
R.
Almeida
,
D.
García-Aldea
, and
H. D. Y.
Riega
,
J. Chem. Phys.
114
,
5552
(
2001
);
F. M.
Abu-Awwad
,
Chem. Phys. Lett.
360
,
340
(
2002
);
R.
Hwang
,
S.
Bum Huh
, and
J.
Shin Lee
,
Mol. Phys.
101
,
1429
(
2003
);
R. C.
Guedes
,
P. C. D.
Couto
, and
B. J. C.
Cabral
,
J. Chem. Phys.
118
,
1272
(
2003
);
J.
Li
,
J. Theor. Comput. Chem.
5
,
187
(
2006
);
S. J.
Wierzchowski
,
Z. H.
Fang
,
D. A.
Kofke
, and
J. L.
Tilson
,
Mol. Phys.
104
,
503
(
2006
).
53.
G.
Albrecht
and
R. B.
Corey
,
J. Am. Chem. Soc.
61
,
1087
(
1939
);
Y.
Ding
and
K.
Krogh-Jespersen
,
Chem. Phys. Lett.
199
,
261
(
1992
).
54.
P.-G.
Jönsson
and
Å.
Kvick
,
Acta Crystallogr., Sect. B: Struct. Crystallogr. Cryst. Chem.
28
,
1827
(
1972
);
J. S.
Gaffney
,
R. C.
Pierce
, and
L.
Friedman
,
J. Am. Chem. Soc.
99
,
4293
(
1977
);
[PubMed]
P.
Haberfield
,
J. Chem. Educ.
57
,
346
(
1980
);
G.
Wada
,
E.
Tamura
,
M.
Okina
, and
M.
Nakamura
,
Bull. Chem. Soc. Jpn.
55
,
3064
(
1982
);
F. R.
Tortonda
,
J. L.
Pascual-Ahuir
,
E.
Silla
, and
I.
Tuñón
,
Chem. Phys. Lett.
260
,
21
(
1996
).
55.
P.
Bandyopadhyay
and
M. S.
Gordon
,
J. Chem. Phys.
113
,
1104
(
2000
);
P.
Bandyopadhyay
,
M. S.
Gordon
,
B.
Mennucci
, and
J.
Tomasi
,
J. Chem. Phys.
116
,
5023
(
2002
);
I.-S.
Jeon
,
D.-S.
Ahn
,
S.-W.
Park
,
S.
Lee
, and
S. K.
Kim
,
Chem. Phys. Lett.
403
,
72
(
2005
).
56.
W.
Wang
,
W.
Zheng
,
X.
Pu
,
N.-B.
Wong
, and
A.
Tian
,
J. Mol. Struct.: THEOCHEM
618
,
235
(
2002
);
B.
Balta
and
V.
Aviyente
,
J. Comput. Chem.
25
,
690
(
2004
).
[PubMed]
You do not currently have access to this content.