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关于分子力学方法第1页，讲稿共32页，2023年5月2日，星期三二、分子力学方法的应用本章主要内容一、分子力学方法简介分子力学方法第2页，讲稿共32页，2023年5月2日，星期三分子力学（MolecularMechanics），又叫力场方法（forcefieldmethod），目前广泛地用于计算分子的构象和能量。1.1何谓分子力学分子力学从本质上说上是能量最小值方法，即在原子间相互作用势的作用下,通过改变粒子分布的几何位型,以能量最小为判据,从而获得体系的最佳结构。一、分子力学方法简介分子力学方法第3页，讲稿共32页，2023年5月2日，星期三在分子内部，化学键都有“自然”的键长值和键角值。分子要调整它的几何形状（构象），以使其键长值和键角值尽可能接近自然值，同时也使非键作用（vanderWaals力）处于最小的状态，给出原子核位置的最佳排布。1.2子的经典力学模型-1946，T.L.HillT.L.Hill提出用vanderWaals作用能和键长、键角的变形能来计算分子的能量，以优化分子的空间构型。分子内部的空间作用是众所周知的：1）基团或原子之间靠近时则相互排斥；2）为了减少这种作用，基团或原子就趋于相互离开，但是这将使键长伸长或键角发生弯曲，又引起了相应的能量升高。最后的构型将是这两种力折衷的结果，并且是能量最低的构型。分子力学方法第4页，讲稿共32页，2023年5月2日，星期三分子力学方法第5页，讲稿共32页，2023年5月2日，星期三虽然分子力学的思想和方法在40年代就建立起来了，但是直到50年代以后，随着电子计算机的发展，用分子力学来确定和理解分子的结构和性质的研究才越来越多。直到这时，才可以说分子力学已成为结构化学研究的重要方法之一。1.3分子力学的发展近几年来，随着现代技术的发展和应用，特别是计算机技术的发展，分子力学方法已不仅能处理一般的中小分子，也不仅主要应用于有机化学领域，而且能处理大分子体系。在其他的一些领域，如生物化学、药物设计、配位化学中，都有了广泛的应用。分子力学方法第6页，讲稿共32页，2023年5月2日，星期三1.4分子的空间能(力场的形式)分子力学从几个主要的典型结构参数和作用力出发来讨论分子结构，即用空间能函数来表示当键长、键角、二面角等结构参数以及非键作用等偏离“理想”值时分子能量（称为空间能，spaceenergy）的变化。采用优化的方法，寻找分子空间能处于极小值状态时分子的构型。分子力学方法第7页，讲稿共32页，2023年5月2日，星期三其中Ec是键的伸缩能，Eb是键角弯曲能，Et是键的二面角扭转能，Enb是非键作用能，它包括vanderWaals作用能，偶极（电荷）作用能、氢键作用能等。分子的空间能Es可表示为：分子力学方法第8页，讲稿共32页，2023年5月2日，星期三空间能函数描述了各种形式的相互作用力对分子能量的影响，它的有关参数、常数和表达式通常称为力场。分子力学方法第9页，讲稿共32页，2023年5月2日，星期三例:COMPASS-98力场(condensed-phaseoptimizedmolecularpotentialsforatomisticsimulationstudies)的表达式如下分子力学方法第10页，讲稿共32页，2023年5月2日，星期三1.5力场的参数化1、分子力学力场的性能即它的计算结果的准确性和可靠性主要取决于势能函数和结构参数。2、这些有关力常数，结构参数的“本征值”的置定过程称为力场的参数化。3、参数化的过程要在大量的热力学、光谱学实验数据的基础上进行，有时也需要由量子化学计算的结果提供数据。4、各类键长、键角的“本征值”一般取自晶体学、电子衍射或其他的谱学数据，键伸缩和角变力常数主要由振动光谱数据确定，扭转力常数经常要从分子内旋转位垒来推算。5、对于不同的力场不仅力场参数不同，函数形式也可能不同。因此，在将一个力场中的参数应用于另一个力场时应十分小心。6、一个好的力场不仅能重现已被研究过的实验观察结果，而且能有一定的广泛性，能用于解决未被实验测定过的分子的结构和性质。分子力学方法第11页，讲稿共32页，2023年5月2日，星期三QCFF/PI AWarshelMlevittMMI/MMPI NLAllingerMM2/MMP2 NLAllin