分子力場及其在分子動力學(xué)模擬中的應(yīng)用

1、分子立場及其在分子動力學(xué)模擬中的應(yīng)用分子力場及其在分子動力學(xué)模擬中的應(yīng)用分子力場及其在分子動力學(xué)模擬中的應(yīng)用一分子模擬的概述分子模擬的概述自從20世紀(jì)量子力學(xué)的快速發(fā)展后，幾乎有關(guān)分子的一切性質(zhì)，如結(jié)構(gòu)、構(gòu)想、偶極矩、電離能、電子親和力、電子密度等，皆可由量子力學(xué)計算獲得。計算與實驗結(jié)果往往想當(dāng)吻合，并且可由分析計算的結(jié)果得到一些實驗無法獲得的資料，有助于對實際問題的了解。與實驗相比較，利用計算機(jī)計算研究化學(xué)有下列幾項優(yōu)點：（1）成本降

2、低；（2）增加安全性；（3）可研究極快速的反應(yīng)或變化；（4）得到較佳的準(zhǔn)確度；（5）增進(jìn)對問題的了解?；谶@些原因，分子的量子力學(xué)計算子1970年后逐漸受到重視。利用計算先行了解分子的特性，一成為合成化學(xué)家和藥物設(shè)計學(xué)家所依賴的重要方法。化學(xué)家們借此可設(shè)計出最佳的反應(yīng)途徑，預(yù)測合成的可能性，并評估所欲合成的分子的適用性，節(jié)省許多時間和避免材料的浪費。以歐美的許多大型藥廠為例，在采用計算以前，合成新藥的成功率約為17%20%，但自從198

3、0年后，由于在合成前先利用計算預(yù)測，其成功率已提高到50%60%。圖一為1955年美國化學(xué)會數(shù)據(jù)庫（ACSdatabase）所作的統(tǒng)計圖。圖中的縱坐標(biāo)為引用計算機(jī)計算程序報告所占的比例，橫坐標(biāo)為年份。由圖中可清楚看出計算受重視的程度逐年增加。圖一美國化學(xué)會所發(fā)表的計算機(jī)計算在化學(xué)報告中的比例分子動力模擬（MD），是時下最廣泛為人采用的計算龐大復(fù)雜系統(tǒng)的方法。自1970年起，由于分子力學(xué)的發(fā)展迅速，人們又系統(tǒng)地建立了許多適用于生化分子體系

4、、聚合物、金屬與非金屬材料的力場，使得計算復(fù)雜體系的結(jié)構(gòu)與一分子立場及其在分子動力學(xué)模擬中的應(yīng)用5）離平面振動項分子中有些部分的原子有共平面的傾向，碳原子與氧原子的平衡位置位于共同平面。這些原子有形成共平面的傾向，通常共平面的四個原子的中心原子離平面小幅度振動。描述此種振動的勢能項稱為離平面振動項。6）庫倫作用項離子或分子中的原子帶有部分電荷，則這些帶電荷的粒子間存在靜電吸引或排斥作用。描述靜電作用的勢能項為昆侖作用項。圖二綜合顯示分子

5、中勢能的各種作用項。圖二綜合顯示分子中勢能的各種作用項2.2力場作用項的一般式力場作用項的一般式計算非鍵結(jié)作用，通常將原子視為位于其原子核坐標(biāo)的一點。一般力場中最常見的非鍵結(jié)勢能形式為lennardjones（LJ）勢能。此種勢能又稱為126勢能，其數(shù)學(xué)式為])()[(4)(612rrrU?????式中，r為原子對間的距離；ε與σ為勢能參數(shù)，因原子的種類而異。鍵伸縮勢能項之一般形式為簡諧振動，即：20)(21iiibbrrkU???式中