分子模拟的原理及应用-陈正隆

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1、分子模拟的原理及应用Principles&ApplicationsofMolecularModeling陈正隆中山大学化学系计算在化学报告的百分比重图资料来源:美国化学会(AmericanChemicalSociety,ACS)分子模拟(MolecularModeling)1.力场(ForceField)2.分子力学原理(PrincipleofMolecularMechanics,MM)3.分子力学的应用(ApplicationofMolecularMechanics)4.分子动力学原理(Princ

2、ipleofMolecularDynamics,MD)5.分子动力学计算(MolecularDynamicsSimulation)6.分子动力学的应用(ApplicationofMolecularDynamics)ForceField力场力场ForceField力场:将分子的势能表示为分子中原子几何坐标的简单函数双原子分子振动范德华势能VanderWaals12-6potential典型的范德华势能参数原子或分子/kB(K)(Å)He10.412.602Ne42.02.755Ar141.63.3

3、50Kr199.83.581Xe281.03.790CH4161.33.721CF4156.54.478SF6207.75.252MM形式力场的远程作用项atom(kcal/mol)(A)C0.0272.04H0.021.62VDW远程作用键伸缩势能AllingerMM2(1977)Bondr0(A)Kb(kcalmol-1A-2)Csp3-Csp31.523317Csp3-Csp21.497317Csp2=Csp21.337690Csp2=O1.208777Csp3–Nsp31.438367C

4、–N(amide)1.345719任何2个连续的原子A-B键角弯曲势能(anglebendingpotential)任何3个连续的原子A-B-CAngle0k(kcalmol-1deg-1)Csp3-Csp3-Csp3109.479.910-3Csp3-Csp3-H109.477.910-3H-Csp3-H109.477.010-3Csp3-Csp2-Csp3117.29.910-3Csp3-Csp2=Csp2121.41.2110-2Csp3-Csp2=O122.51.0110-2

5、双面角,扭转角dihedralangle,torsionangleH2O2分子的双面角扭转角任何4个连续的原子A-B-C-D扭转角势能O-C-C-O扭转角力常数typicaltorsionalconstantsTorsionalconstantKcal/molangleV1V2V3Csp3-Csp3-Csp3-Csp30.1850.1700.52Csp2-Csp3-Csp3-Csp25.000Csp2-Csp2-Csp2-Csp2016.252.00Csp3-Csp2-Csp2-Csp2-0.316

6、.250Csp3-Csp2-Csp2-Csp3-0.716.250H-Csp3-Csp3-Csp3000.28H-Csp2-Csp3-Csp3001.00H-Csp2-Csp2-Csp20.416.250H-Csp3-Csp3-H000.238离平面振动out-of-planebending倾向形成共平面的4个原子:Csp2特殊的作用项SpecialInteractionterms氢键作用H-bondingInteraction12-10potentialYETI氢键作用YETIH-bondingI

7、nteractionVedaniA.,J.ofComputationalChemistry9,269(1988)芳香环间-作用-InteractionforaromaticringsC3H8的势能:常见的力场形式力場參數的互通性(transferable)决定力场参数DeterminationofForceFieldParameters实验:红外光谱,热力学性质,偶极矩,….计算:高阶量子力学计算结果(DFT,abinitio,…)拟合计算的物理量以决定力场参数◎不同的力场,针对特殊的体系与

8、物理特性第一代力场MM形态力场:Allinger,MM2,MM3,有機分子,聚合物AMBER力场:PeterKollman(AssistedModelBuildingwithEnergyMinimization)蛋白质,核酸,多醣等生化分子。CHARMM力场:MartinKarplus(ChemistryatHarvardMacromolecularMechanics)蛋白质,核酸,多醣等生化分子CVFF力场:DauberOsguthope(ConsistentVal