src/gromacs/gmxlib/calch.c

   1 /*
   2  *
   3  *                This source code is part of
   4  *
   5  *                 G   R   O   M   A   C   S
   6  *
   7  *          GROningen MAchine for Chemical Simulations
   8  *
   9  *                        VERSION 3.2.0
  10  * Written by David van der Spoel, Erik Lindahl, Berk Hess, and others.
  11  * Copyright (c) 1991-2000, University of Groningen, The Netherlands.
  12  * Copyright (c) 2001-2004, The GROMACS development team,
  13  * check out http://www.gromacs.org for more information.
  14
  15  * This program is free software; you can redistribute it and/or
  16  * modify it under the terms of the GNU General Public License
  17  * as published by the Free Software Foundation; either version 2
  18  * of the License, or (at your option) any later version.
  19  *
  20  * If you want to redistribute modifications, please consider that
  21  * scientific software is very special. Version control is crucial -
  22  * bugs must be traceable. We will be happy to consider code for
  23  * inclusion in the official distribution, but derived work must not
  24  * be called official GROMACS. Details are found in the README & COPYING
  25  * files - if they are missing, get the official version at www.gromacs.org.
  26  *
  27  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  28  * the papers on the package - you can find them in the top README file.
  29  *
  30  * For more info, check our website at http://www.gromacs.org
  31  *
  32  * And Hey:
  33  * GROningen Mixture of Alchemy and Childrens' Stories
  34  */
  35 #ifdef HAVE_CONFIG_H
  36 #include <config.h>
  37 #endif
  38
  39 #include "macros.h"
  40 #include "calch.h"
  41 #include "maths.h"
  42 #include "vec.h"
  43 #include "physics.h"
  44
  45 #define xAI xa[0]
  46 #define xAJ xa[1]
  47 #define xAK xa[2]
  48 #define xAL xa[3]
  49 #define xH1 xh[0]
  50 #define xH2 xh[1]
  51 #define xH3 xh[2]
  52 #define xH4 xh[3]
  53
  54 /* The source code in this file should be thread-safe.
  55       Please keep it that way. */
  56
  57 static void gen_waterhydrogen(int nh, rvec xa[], rvec xh[], int *l)
  58 {
  59 #define AA 0.081649
  60 #define BB 0.0
  61 #define CC 0.0577350
  62     const  rvec   matrix1[6] = {
  63         { AA,     BB,     CC },
  64         { AA,     BB,     CC },
  65         { AA,     BB,     CC },
  66         { -AA,    BB,     CC },
  67         { -AA,    BB,     CC },
  68         { BB,     AA,    -CC }
  69     };
  70     const  rvec   matrix2[6] = {
  71         { -AA,   BB,   CC },
  72         { BB,    AA,  -CC },
  73         { BB,   -AA,  -CC },
  74         { BB,    AA,  -CC },
  75         { BB,   -AA,  -CC },
  76         { BB,   -AA,  -CC }
  77     };
  78 #undef AA
  79 #undef BB
  80 #undef CC
  81     int        m;
  82     rvec       kkk;
  83
  84     /* This was copied from Gromos */
  85     for (m = 0; (m < DIM); m++)
  86     {
  87         xH1[m] = xAI[m]+matrix1[*l][m];
  88         xH2[m] = xAI[m]+matrix2[*l][m];
  89     }
  90     if (nh > 2)
  91     {
  92         copy_rvec(xAI, xH3);
  93     }
  94     if (nh > 3)
  95     {
  96         copy_rvec(xAI, xH4);
  97     }
  98
  99     *l = (*l+1) % 6;
 100 }
 101
 102 void calc_h_pos(int nht, rvec xa[], rvec xh[], int *l)
 103 {
 104 #define alfaH   (acos(-1/3.0)) /* 109.47 degrees */
 105 #define alfaHpl (2*M_PI/3)     /* 120 degrees */
 106 #define distH   0.1
 107
 108 #define alfaCOM (DEG2RAD*117)
 109 #define alfaCO  (DEG2RAD*121)
 110 #define alfaCOA (DEG2RAD*115)
 111
 112 #define distO   0.123
 113 #define distOA  0.125
 114 #define distOM  0.136
 115
 116     rvec sa, sb, sij;
 117     real s6, rij, ra, rb, xd;
 118     int  d;
 119
 120     s6 = 0.5*sqrt(3.e0);
 121
 122     /* common work for constructing one, two or three dihedral hydrogens */
 123     switch (nht)
 124     {
 125         case 2:
 126         case 3:
 127         case 4:
 128         case 8:
 129         case 9:
 130             rij = 0.e0;
 131             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 132             {
 133                 xd     = xAJ[d];
 134                 sij[d] = xAI[d]-xd;
 135                 sb[d]  = xd-xAK[d];
 136                 rij   += sqr(sij[d]);
 137             }
 138             rij    = sqrt(rij);
 139             sa[XX] = sij[YY]*sb[ZZ]-sij[ZZ]*sb[YY];
 140             sa[YY] = sij[ZZ]*sb[XX]-sij[XX]*sb[ZZ];
 141             sa[ZZ] = sij[XX]*sb[YY]-sij[YY]*sb[XX];
 142             ra     = 0.e0;
 143             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 144             {
 145                 sij[d] = sij[d]/rij;
 146                 ra    += sqr(sa[d]);
 147             }
 148             ra = sqrt(ra);
 149             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 150             {
 151                 sa[d] = sa[d]/ra;
 152             }
 153
 154             sb[XX] = sa[YY]*sij[ZZ]-sa[ZZ]*sij[YY];
 155             sb[YY] = sa[ZZ]*sij[XX]-sa[XX]*sij[ZZ];
 156             sb[ZZ] = sa[XX]*sij[YY]-sa[YY]*sij[XX];
 157             break;
 158     } /* end switch */
 159
 160     switch (nht)
 161     {
 162         case 1: /* construct one planar hydrogen (peptide,rings) */
 163             rij = 0.e0;
 164             rb  = 0.e0;
 165             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 166             {
 167                 sij[d] = xAI[d]-xAJ[d];
 168                 sb[d]  = xAI[d]-xAK[d];
 169                 rij   += sqr(sij[d]);
 170                 rb    += sqr(sb[d]);
 171             }
 172             rij = sqrt(rij);
 173             rb  = sqrt(rb);
 174             ra  = 0.e0;
 175             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 176             {
 177                 sa[d] = sij[d]/rij+sb[d]/rb;
 178                 ra   += sqr(sa[d]);
 179             }
 180             ra = sqrt(ra);
 181             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 182             {
 183                 xH1[d] = xAI[d]+distH*sa[d]/ra;
 184             }
 185             break;
 186         case 2: /* one single hydrogen, e.g. hydroxyl */
 187             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 188             {
 189                 xH1[d] = xAI[d]+distH*sin(alfaH)*sb[d]-distH*cos(alfaH)*sij[d];
 190             }
 191             break;
 192         case 3: /* two planar hydrogens, e.g. -NH2 */
 193             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 194             {
 195                 xH1[d] = xAI[d]-distH*sin(alfaHpl)*sb[d]-distH*cos(alfaHpl)*sij[d];
 196                 xH2[d] = xAI[d]+distH*sin(alfaHpl)*sb[d]-distH*cos(alfaHpl)*sij[d];
 197             }
 198             break;
 199         case 4: /* two or three tetrahedral hydrogens, e.g. -CH3 */
 200             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 201             {
 202                 xH1[d] = xAI[d]+distH*sin(alfaH)*sb[d]-distH*cos(alfaH)*sij[d];
 203                 xH2[d] = ( xAI[d]
 204                            - distH*sin(alfaH)*0.5*sb[d]
 205                            + distH*sin(alfaH)*s6*sa[d]
 206                            - distH*cos(alfaH)*sij[d] );
 207                 if (xH3[XX] != NOTSET && xH3[YY] != NOTSET && xH3[ZZ] != NOTSET)
 208                 {
 209                     xH3[d] = ( xAI[d]
 210                                - distH*sin(alfaH)*0.5*sb[d]
 211                                - distH*sin(alfaH)*s6*sa[d]
 212                                - distH*cos(alfaH)*sij[d] );
 213                 }
 214             }
 215             break;
 216         case 5: /* one tetrahedral hydrogen, e.g. C3CH */
 217         {
 218             real center;
 219             rvec dxc;
 220
 221             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 222             {
 223                 center = (xAJ[d]+xAK[d]+xAL[d])/3.0;
 224                 dxc[d] = xAI[d]-center;
 225             }
 226             center = norm(dxc);
 227             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 228             {
 229                 xH1[d] = xAI[d]+dxc[d]*distH/center;
 230             }
 231             break;
 232         }
 233         case 6: /* two tetrahedral hydrogens, e.g. C-CH2-C */
 234         {
 235             rvec rBB, rCC1, rCC2, rNN;
 236             real bb, nn;
 237
 238             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 239             {
 240                 rBB[d] = xAI[d]-0.5*(xAJ[d]+xAK[d]);
 241             }
 242             bb = norm(rBB);
 243
 244             rvec_sub(xAI, xAJ, rCC1);
 245             rvec_sub(xAI, xAK, rCC2);
 246             cprod(rCC1, rCC2, rNN);
 247             nn = norm(rNN);
 248
 249             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 250             {
 251                 xH1[d] = xAI[d]+distH*(cos(alfaH/2.0)*rBB[d]/bb+
 252                                        sin(alfaH/2.0)*rNN[d]/nn);
 253                 xH2[d] = xAI[d]+distH*(cos(alfaH/2.0)*rBB[d]/bb-
 254                                        sin(alfaH/2.0)*rNN[d]/nn);
 255             }
 256             break;
 257         }
 258         case 7: /* two water hydrogens */
 259             gen_waterhydrogen(2, xa, xh, l);
 260             break;
 261         case 10: /* three water hydrogens */
 262             gen_waterhydrogen(3, xa, xh, l);
 263             break;
 264         case 11: /* four water hydrogens */
 265             gen_waterhydrogen(4, xa, xh, l);
 266             break;
 267         case 8: /* two carboxyl oxygens, -COO- */
 268             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 269             {
 270                 xH1[d] = xAI[d]-distOM*sin(alfaCOM)*sb[d]-distOM*cos(alfaCOM)*sij[d];
 271                 xH2[d] = xAI[d]+distOM*sin(alfaCOM)*sb[d]-distOM*cos(alfaCOM)*sij[d];
 272             }
 273             break;
 274         case 9:          /* carboxyl oxygens and hydrogen, -COOH */
 275         {
 276             rvec xa2[4]; /* i,j,k,l   */
 277
 278             /* first add two oxygens */
 279             for (d = 0; (d < DIM); d++)
 280             {
 281                 xH1[d] = xAI[d]-distO *sin(alfaCO )*sb[d]-distO *cos(alfaCO )*sij[d];
 282                 xH2[d] = xAI[d]+distOA*sin(alfaCOA)*sb[d]-distOA*cos(alfaCOA)*sij[d];
 283             }
 284
 285             /* now use rule 2 to add hydrogen to 2nd oxygen */
 286             copy_rvec(xH2, xa2[0]); /* new i = n' */
 287             copy_rvec(xAI, xa2[1]); /* new j = i  */
 288             copy_rvec(xAJ, xa2[2]); /* new k = j  */
 289             copy_rvec(xAK, xa2[3]); /* new l = k, not used */
 290             calc_h_pos(2, xa2, (xh+2), l);
 291
 292             break;
 293         }
 294         default:
 295             gmx_fatal(FARGS, "Invalid argument (%d) for nht in routine genh\n", nht);
 296     } /* end switch */
 297 }