`oniom-export`（Gaussian ONIOM・ORCA QM/MM の入力の書き出し）¶

oniom-export サブコマンドは、mlmm の ML/MM 系を Gaussian ONIOM（--mode g16）または ORCA QM/MM（--mode orca）の入力ファイルとして書き出します。Amber トポロジー（--parm7）と、層を B-factor に持つ PDB を読みます。ML 領域を QM 領域として、座標・QM 原子・可動原子・MM パラメータを 1 つの入力ファイルにまとめます。トポロジーは CMAP 項を含まないものが必要で、作り方は mm-parm にあります。

主な用途¶

Gaussian ONIOM: mlmm で得た構造（TS 候補など）を、高層を DFT にした Gaussian の ONIOM 計算にかける
ORCA QM/MM: 同じ系を ORCA の QM/MM 機能で計算する
往復: 書き出した入力を mlmm の外で直し、oniom-import の --ref-pdb で原子名・残基名つきで戻す

基本的な実行例¶

1. Gaussian ONIOM（--mode g16）¶

mlmm tsopt で得た TS 候補を Gaussian ONIOM の入力に書き出します。result_tsopt/final_geometry.pdb は層を B-factor に持つ全系の構造、real.parm7 は同じ系のトポロジー、ml_region.pdb は QM 原子を選ぶ PDB です。

mlmm oniom-export --mode g16 --parm7 real.parm7 -i result_tsopt/final_geometry.pdb \
    --model-pdb ml_region.pdb -o ts_refine.com -q 0 -m 1

端末に [oniom-gaussian] Wrote 'ts_refine.com' と、QM 原子・可動原子・リンク境界の数が出ます。

原子の並びがすでに確かなときは、--no-element-check でトポロジーとの元素の 1 原子ずつの照合を省けます。

mlmm oniom-export --mode g16 --parm7 real.parm7 -i result_tsopt/final_geometry.pdb \
    --model-pdb ml_region.pdb -o ts_refine.gjf -q 0 -m 1 --no-element-check

2. ORCA QM/MM（--mode orca）¶

同じ構造を ORCA QM/MM の入力に書き出します。拡張子 .inp で ORCA モードに決まるので、--mode orca は省けます。

mlmm oniom-export --parm7 real.parm7 -i result_tsopt/final_geometry.pdb \
    --model-pdb ml_region.pdb -o ts_refine.inp -q 0 -m 1

端末に [oniom-orca] Wrote 'ts_refine.inp' が出て、ORCA 用の力場ファイルがそろうと [oniom-orca] ORCAFF.prms: <path> が続きます。

QM+MM 系全体の電荷と多重度（Charge_Total、Mult_Total）を自分で指定します。

mlmm oniom-export --mode orca --parm7 real.parm7 -i result_tsopt/final_geometry.pdb \
    --model-pdb ml_region.pdb -o ts_refine.inp -q 0 -m 1 --total-charge -1 --total-mult 1

手元にある ORCAFF.prms を使い、変換の手順を省きます。

mlmm oniom-export --mode orca --parm7 real.parm7 -i result_tsopt/final_geometry.pdb \
    --model-pdb ml_region.pdb -o ts_refine.inp -q 0 -m 1 \
    --orcaff ./ORCAFF.prms --no-convert-orcaff

3. 手法・プロセッサ数・メモリ¶

QM の手法と、Gaussian の入力に書くリソース（%nprocshared、%mem）を変えます。

mlmm oniom-export --mode g16 --parm7 real.parm7 -i result_tsopt/final_geometry.pdb \
    --model-pdb ml_region.pdb -o ts_refine.com -q 0 -m 1 \
    --method 'wb97xd/def2-svp' --nproc 16 --mem 32GB

処理の仕組みと計算仕様¶

トポロジーと層: parm7 から原子・結合・電荷・Amber パラメータを、-i の PDB から座標と B-factor を読みます。PDB は parm7 と同じ原子を同じ順に並べたものが必要で、--element-check で元素を 1 原子ずつ照合します。B-factor の 0・10・20（±1.0 以内）が ML・可動 MM・固定 MM を表します。
QM 領域: --model-pdb を指定すると、その原子が QM 領域です。原子名・残基名・chain・残基番号・挿入コードで -i の原子に対応づけます。指定しなければ、B-factor が 0 の原子が QM 領域です。固定 MM 以外のすべての原子が可動で、QM 原子は常に可動です。
QM/MM 境界: Gaussian では、切った QM–MM 結合ごとに MM 原子をリンク水素に置き換え、入力には QM 側の親原子の番号を書きます。位置は Gaussian が決めます。ORCA は QMAtoms と ORCAFF.prms からキャップを自分で作り、入力には推定したキャップの位置をコメントとしてだけ書きます。--link-atom-method（scaled は g-factor、fixed は 1.09/1.01 Å）が変えるのは、この推定位置だけです。
入力の書き出し: Gaussian の入力には、route の #p oniom(<method>:amber=softonly)、可動フラグ（0 は可動、-1 は固定）と層（H か L）つきの座標、結合の情報、Amber パラメータを書きます。電荷と多重度の行は 3 組で、系全体（トポロジーの総電荷と -m）、続いて QM 領域を 2 回（-q と -m）です。ORCA の入力には、! <method> と ! QMMM、ORCAFFFilename・QMAtoms・ActiveAtoms・Charge_Total・Mult_Total を含む %qmmm ブロック、QM 領域の電荷と多重度（-q、-m）つきの * xyz の座標を書きます。ORCA モードでは ORCAFF.prms を探すか作ります。%qmmm のキーワードは ORCA 6.0 マニュアル（QM/MM）にあります。

主な出力ファイル¶

Gaussian の入力（--mode g16）: -o のファイル（.com か .gjf）。端末に [oniom-gaussian] Wrote '<file>'、QM atoms: N, Movable atoms: M、Link boundaries: K が出ます。
ORCA の入力（--mode orca）: -o のファイル（.inp）。端末に [oniom-orca] Wrote '<file>'、QM atoms: N, Active atoms: M、Link boundaries (auto-capped by ORCA): K が出ます。
ORCAFF.prms（ORCA）: --orcaff のファイル、または -o と同じディレクトリの <parm7 stem>.ORCAFF.prms。あれば使い、無ければ --convert-orcaff が有効で orca_mm が PATH にあるときに orca_mm -convff -AMBER <parm7> で作ります。それでも無いときは端末に [oniom-orca] NOTE: ORCAFF.prms not found at '<path>'. Run manually: cd <dir> && orca_mm -convff -AMBER <parm7> が出ます。このコマンドを実行するまで .inp は完成しません。

主な CLI オプション¶

オプション	引数の型	デフォルト	説明
`--parm7`	パス	（必須）	全系の Amber トポロジー。CMAP 項を含まないもの
`-i, --input`	パス	（必須）	parm7 と同じ原子順の全系の PDB。B-factor に層（0、10、20）を持つもの
`--model-pdb`	パス	`None`	QM 原子の PDB。省略時は `-i` の B-factor が 0 の原子
`-o, --output`	パス	（必須）	書き出す入力ファイル。`.com` / `.gjf`（g16）または `.inp`（ORCA）
`--mode`	`g16` / `orca`	`-o` の拡張子から	書き出す先のプログラム
`--method`	文字列	`wB97XD/def2-TZVPD`（g16）、`B3LYP D3BJ def2-SVP`（ORCA）	QM の手法と基底関数。`oniom(<method>:amber=softonly)`（g16）または `!` の行（ORCA）に書く
`-q, --charge`	整数	（必須）	QM 領域の電荷
`-m, --multiplicity`	整数	`1`	QM 領域のスピン多重度
`--nproc`	整数	`8`	プロセッサ数（g16 は `%nprocshared`、ORCA は `%pal nprocs`）
`--mem`	文字列	`16GB`	g16: メモリ（`%mem`）
`--total-charge`, `--total-mult`	整数	トポロジーの総電荷、`-m`	ORCA: QM+MM 系全体の電荷と多重度（`Charge_Total`、`Mult_Total`）
`--orcaff`	パス	`-o` と同じディレクトリの `<parm7 stem>.ORCAFF.prms`	ORCA: 使う `ORCAFF.prms`（既存のファイル）
`--convert-orcaff/--no-convert-orcaff`	フラグ	`True`	ORCA: `--orcaff` を指定せず、デフォルトのファイルが無いときに `orca_mm -convff -AMBER` で作る
`--element-check/--no-element-check`	フラグ	`True`	`-i` の元素をトポロジーと 1 原子ずつ照合する
`--link-atom-method`	`scaled` / `fixed`	`scaled`	ORCA: コメントに書く推定位置の決め方（g-factor の `scaled` か、固定の結合長の `fixed`）。Gaussian の入力は変わらない

全オプションは自動生成のオプションの一覧（英語のみ）を参照してください。

使用上の注意点¶

CMAP: Gaussian ONIOM は parm7 の CMAP 項を表せず、ORCA の MM エンジンは CMAP 項を使わないため、CMAP を含むトポロジーではファイルを書く前に止まります。書き出しには CMAP を含まないトポロジーを作ってください。mlmm の ML/MM 計算は両方の MM 層に CMAP を適用するので、ふだんの計算では CMAP を残せます。
モードの決まり方: --mode が拡張子より優先です。--mode が無いと、.gjf・.com・.inp 以外の拡張子はエラーです。
原子の並び: -i は parm7 と原子数が同じ PDB（.pdb か .ent）が必要です。原子数が違うと --no-element-check でも止まり、照合が有効なら最初に元素が食い違った原子で Element sequence mismatch at atom index …（0 から数えた番号）を出して止まります。
系全体の電荷: Gaussian の real 系の電荷と、デフォルトの ORCA Charge_Total は、parm7 の部分電荷の和を整数に丸めた値です。和が整数から 0.05 を超えて離れていると止まります。ORCA モードでは --total-charge で指定してください。
Gaussian の境界: 切る QM–MM 結合ごとに別の MM 原子が必要です。2 つの QM 原子が同じ MM 原子に結合していると、Gaussian の書き出しは止まります。
ジョブの種類: 書き出した入力には、Gaussian の route の行にも ORCA の ! の行にもジョブのキーワード（opt、freq など）がないため、そのままでは 1 点計算です。実行する前に、目的のジョブのキーワードを足してください。
ORCA の前に ORCAFF.prms を確かめる: .inp は ORCAFF.prms を絶対パスで参照します。.inp を実行する前に、ほかのマシンへ移した場合も含めて、このファイルがあることを確かめてください。
原子順のマーカー: 書き出したファイルには MLMM_REF_PDB_ORDER_V1_SHA256=<digest> が入ります。-i の各原子の名前・番号などの識別欄のハッシュで、座標・occupancy・B-factor は含みません。oniom-import の --ref-pdb は、名前を書き戻す前にこのマーカーを照合します。
多重度: -m に 1 未満の値を指定すると、コマンドラインの段階で拒否されます。
必要なもの: Gaussian と ORCA は mlmm-toolkit に含まれません。別にインストールし、ライセンスを取得してください。
終了コード: 終了コードを参照してください。

oniom-export（Gaussian ONIOM・ORCA QM/MM の入力の書き出し）¶