分子模拟的原理及应用.pptVIP

分子模拟的原理及应用 计算在化学报告的百分比重图 分子模拟 (Molecular Modeling) 1. 力场 (Force Field) 2. 分子力学原理 (Principle of Molecular Mechanics, MM) 3. 分子力学的应用 (Application of Molecular Mechanics) 4. 分子动力学原理 (Principle of Molecular Dynamics, MD) 5. 分子动力学计算 (Molecular Dynamics Simulation) 6. 分子动力学的应用 (Application of Molecular Dynamics) Force Field 力场 力场 Force Field 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 典型的范德华势能参数 MM 形式力场的远程作用项 VDW 远程作用 键伸缩势能 Allinger MM2 (1977) 键角弯曲势能 (angle bending potential) 双面角, 扭转角 dihedral angle, torsion angle 扭转角势能 扭转角力常数 typical torsional constants 离平面振动 out-of-plane bending 特殊的作用项 Special Interaction terms YETI 氢键作用 YETI H-bonding Interaction 芳香环间 ?-? 作用 ?-? Interaction for aromatic rings 力場參數的互通性 (transferable) 决定力场参数Determination of Force Field Parameters 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, ab initio, … ) 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: Peter Kollman (Assisted Model Building with Energy Minimization) 蛋白质, 核酸, 多醣等生化分子。 CHARMM 力场: Martin Karplus ( Chemistry at Harvard Macromolecular Mechanics) 蛋白质, 核酸, 多醣等生化分子 CVFF 力场: Dauber Osguthope (Consistent Valence Force Field) 以生化分子为主,适用于胺基酸, 水, 及各种官能基。各种多肽, 蛋白质, 与大量的有机分子。 AMBER 力场 第二代力场 CFF91力场: 碳氢化合物, 蛋白质, 蛋白质-配位基。含 H, Na, Ca, C, Si, N, P, O, S, F, Cl, Br, I, Ar 等原子参数。 PCFF 力场: 由 CFF91 力场衍生而出, 聚合物及有机物, 多糖类 (polysaccharides), 碳水化合物, 脂肪类, 核酸, 有机物, 20 种无机物。除 CFF91 力场参数外, PCFF 含有 He, Ne, Kr, Xe 等钝气原子及 Li, K, Cr, Mo, W, Fe, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Al, Sn, Pb 等金属原子的力场参数。 一致性力场 (Consistent Force Field, CFF) 耦合作用項 Cross terms 涵盖周期表元素的力场 ESFF 力场: 可用于预测气态与凝态的有机分子, 无机分子, 有机金属分子系统的结构。但不能用以计算构形能, 或准确的振动频率。涵盖周期表中由氢至氡的元素。 DREDING力场: 可计算分子聚集体的结构及各项性质, 但其力场参数并未涵盖周期表的全部元素。 UFF 力场: (Universal Force Field ) 适用于周期表所涵盖的所有元素, 适用于任何分子与原子系统。以 UFF 力场所计算的分子结构优于由DREDING力场所得的结果, 但计算与分子间作用有关的性质, 则有较大的偏差。 ESFF, UNIVERSAL 力场 ESFF力场 Universal Force Field (UFF) 特殊的力场 全原子 (all-atom) 力场: 考虑系统中所有的原子 联合原子 (united-atom) 力场: 将原子基