第八章分子模拟
第八章地下水化学的研究方法
• 地球化学或水文地 球化学模型：为地 质系统开发的化学 模型。
• Speciation: the equilibrium distribution of aqueous species among free ions, ion pairs, and complexes (an integral part of phase distribution, mass transfer, and reactionpath calculation)
• A chemical model, which describes the the behavior of solutes in the water.
这种预测通常基于以下模型： • 一个是描述水流动的水文学模型； • 一个是描述水中溶质行为的化学模型.
Aqueous geochemical modeling began more than 30 years ago as an attempt to apply more quantitative techniques to the interpretation of water-rock interactions.
现场过滤 N2作保护气
4、有机物：棕色玻璃瓶；无机物用硬质塑料瓶； 重金属样品分析：加1：1盐酸使pH < 2.0； TOC分析：加H2SO4使pH < 2.0； S同位素分析：加CuCl2灭菌； As形态分析：加0.25M EDTA； 微生物分析：冷藏（2-5 0C）；
二、地下水样品的分析
1、IC：主要离子（HCO3-除外）； 2、AFS：As、Hg、Se、Sb等； 3、ICP-AES：金属元素； 4、GC：挥发-半挥发性有机物； 5、LC：不易挥发性有机物； 6、ICP-MS：微量元素；
分子动力学模拟
分子动力学模拟分子动力学模拟是一种重要的计算方法，用来研究分子体系的运动和相互作用。
该方法基于牛顿力学和统计力学的原理，通过数值模拟来预测和描述分子在不同条件下的行为。
在分子动力学模拟中，通过计算每个分子的受力和相互作用，可以得到关于分子位置、速度和能量等物理量的时间演化。
这些信息可以被用来研究分子体系的动力学、热力学和结构性质等。
为了进行分子动力学模拟，需要确定分子的力场和初始状态。
力场是一组描述分子分子间相互作用的数学函数，包括键的强度、键角的刚度、电荷分布等。
初始状态则是给定分子的初始位置和速度。
在分子动力学模拟中，分子受到的力主要来自于势能函数的梯度。
通过运用牛顿运动方程，可以计算得到每个分子的加速度，并进一步更新位置和速度。
这个过程重复进行，直到达到所需的模拟时间。
分子动力学模拟可以用来研究各种不同类型的分子体系。
例如，可以模拟液体中分子的运动和结构，以研究其流变性质和相变行为。
还可以模拟气体中分子的运动和相互作用，以研究化学反应和传输过程。
此外，分子动力学模拟还可以用来研究固体材料的力学性质和热导率等。
通过模拟材料内部原子的动力学行为，可以计算材料的弹性模量、杨氏模量等力学性质。
同时，还可以计算材料的热导率，从而了解其热传导性能。
分子动力学模拟已经成为了许多领域的重要工具。
它在材料科学、生物科学、化学工程和环境科学等领域中都得到了广泛应用。
通过模拟和理解分子体系的行为，我们可以更好地设计新材料、药物和催化剂，以及解决各种科学和工程问题。
然而，分子动力学模拟也有一些局限性。
首先，模拟的时间尺度受到限制，通常只能模拟纳秒或微秒级别的时间。
其次，模拟的精度也受到一定的限制，特别是在处理量子效应和极化效应等方面。
为了克服这些限制，研究人员正在发展和改进分子动力学模拟的方法。
例如，开发更精确的势能函数和更高效的计算算法，可以提高模拟的时间尺度和精度。
同时，与实验相结合，通过验证和修正模型，也可以提高模拟的可靠性和预测能力。
第八章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式
干酪根演化过程中三个阶段的特征： （1）成岩阶段：刚形成的年轻干酪根结构松散、芳香片排列无序，缩聚 程度甚低，故镜质体反射率低，小于0.5％-0.7%，颜色较浅，荧光强。 含氧高，O/C原子比大。随着演化，O/C原子比迅速下降。总之，该阶段 主要以脱氧为特征。 （2）深成阶段：温度升高，镜质体反射率增大，Ro0.5-0.7%—2.0％， 干酪根开始降解，伴随着大量烃类的生成，H/C原子比迅速下降，干酪根 颜色由于芳核的缩合而发生明显的变化，逐渐变深，荧光减弱。该阶段 以主要以脱氢为特征。
（3）变质阶段：温度继续升高，镜质体反射率继续增大，Ro>2.0％，残 留的干酪根中仅含少量短烷基链。H/C和O/C原子比均降到最低值。干酪 根颜色变为黑色，荧光消失，芳香片层排列定向，干酪根形成了愈来愈 稳定的结构。该阶段以富碳、缩聚为特征。
第三节 生烃演化模式 —————————————————————————
第二节 干酪根的演化 ————————————————————————— 一、含量上的变化
实验室同样模拟出干酪根生成石油的过程。干酪根 在人工加温热降解过程中，先是生成液态烃，然后 液态烃裂解，生成气态烃。
法国石油研究院人工加热现代沉积物中的干酪根实验结果 （以产物占干酪根质量分数表示）
加热温度 ℃
2012-9-18
三、不同类型干酪根的生烃模式
不同显微组份生烃演化模式的比较 （据程克明，1990；赵长毅等，1996）
2012-9-18
第三节 生烃演化模式 ————————————————————————— 油气生成改进模式
第三节 生烃演化模式 —————————————————————————
一、成岩作用
对整个沉积体系而言，成岩作用的结果是将松 散的沉积物变成固结的沉积岩，主要的作用因素是 压实和胶结。但对有机质而言，成岩作用的主要结 果是形成干酪根，同时释出H2O、CO2、CH4、NH3、 N2 、H2S等，并伴有一定量的继承性的可溶烃类和 非烃类，该阶段起作用的主要因素是微生物（细 菌），在有利的条件下，可以生成大量的生物甲烷 气。
临床执业医师考试大纲分析与真题解析(医学免疫学)
临床执业医师考试真题解析(基础医学综合)-医学免疫学第一章免疫学概论【考纲要点】1 .免疫学的基本概念2 .免疫系统的组成3 .固有免疫和适应性免疫4 .免疫系统的主要功能【考点纵览】1 .免疫(immunity)是机体免疫系统识别“自己"，解除,，异己”(如外来病原体及其有害产物和自身苍老、渊亡、您变的体细胞等)，以维持机体内环境槎定的爱护性机制。
2 .免疫系统的由免疫器官、免疫细胞、免疫分子三部分组成3 .免授系统的主要功能包括：免疫防卫、免疫监视、免疫自稳【历年试题】其次章免疫涔官和组织【考纲要点】1 .中枢免疫器守(1)概念(2)组成(3)主要功能2 .外周免疫器官⑴概念⑵组成(3)主要功能【考点纵览】1 .中枢免疫器官包括骨■惆和胸腺2 .骨的是造血冷官：各种免疫细胞的发源地，是人类B细胞、NK细胞发育、分化、成熟的部位。
体液免疫应答的发牛.场所：造血干细胞系的分化：3 .T细胞在胸腺中发行成熟，是T细胞分化成熟的场所；诱导臼身免疫耐受，削减自身免疫病的发生：免疫调整功能。
4 .外周免疫器官包括：淋巴结、脾脏、粘膜伴随(或相关)淋巴组织5 .淋巴结主要功能：滤过淋巴液，捕获抗原并递呈给免疫活性细胞，启动免疫应答。
6 .脾脏：主要功能：储存和调整循环血量，泄过血液，捕获抗原并递呈给免疫活性细胞，后动免疫应答.7 .粘膜伴随(或相关)淋巴组织(mucosa1.-associated1.ymphoidtissue.MA1.T)8 .MIS的主要功能：产生IgA类抗体和细胞因子等，执行黏膜免疫功能。
【历年试题】1.属于粘膜免疫系统的免疫器官是(C)——2013年A.胸腺B.脾脏C.扁桃体D.骨髓E.肝脏2.B细胞发育成熟的场所是（八）——2010年A.件畅B.淋巴结C.胸腺D.外周免疫器官E.脾3.免疫应答发生的基地是(D)一—2010年A.骨髓B.淋巴结C.胸腺D.外周免疫罂官E牌.第一:章抗原【考纲要点】1 .基本概念(I)抗原及其特性(2)抗原表位(3)T细胞抗原衣位和B细胞抗原表位(4)共同抗原(5)交叉抗原(6)耐受原与变应原2 .抗原的分类(1)完全抗原和半抗原(2)胸腺依靠性抗原ITD-AG)和胸腺非依靠性抗原(T1.AG)(3)异嗜性抗原、异种抗原、同种异型抗原、自身抗原和独特型抗原3.超抗原⑴概念(2)种类(3)与一般抗原的区分(4)与临床疾病的关系4佐剂⑴概念(2)种类(3)作用机制【考点纵览】1 .抗原是一类能刺激机体免疫系统使之产生特异性免疫应答，并能与相应的免疫应答产物(指抗体或致敏淋巴细胞〉在体内外发生特异性反应的物质2 .抗原表位(CPitoPc)：又称抗原确定孩，是指抗原分子中被相应抗体或淋巴细胞受体识别的特定部位或化学基团。
分子间的相互作用力-物理教案
分子间的相互作用力-物理教案第一章：引言1.1 课程背景在物理学中，分子间的相互作用力是解释和预测物质性质的基础。
通过本章的学习，让学生了解分子间相互作用力的概念和重要性。
1.2 学习目标1. 了解分子间相互作用力的概念；2. 掌握分子间相互作用力在不同条件下的变化规律；3. 培养学生的实验观察能力和科学思维。
1.3 教学内容1.4 教学方法采用讲授法、讨论法和实验法相结合的方式进行教学。
第二章：分子间相互作用力概述2.1 分子间相互作用力的定义分子间相互作用力是指分子之间的相互吸引和排斥作用力。
2.2 分子间相互作用力的类型2.2.1 范德华力：分子之间的一种较弱的吸引力，包括取向力、诱导力和色散力。
2.2.2 氢键：分子之间的一种较强的吸引力，主要存在于含有氢原子的极性分子之间。
2.2.3 离子键：带正电荷的离子和带负电荷的离子之间的相互吸引作用力。
2.2.4 共价键：共享电子对的原子之间的强烈吸引力。
2.3 分子间相互作用力与物质性质的关系2.3.1 熔点：分子间相互作用力越强，熔点越高。
2.3.2 沸点：分子间相互作用力越强，沸点越高。
2.3.3 密度：分子间相互作用力越强，密度越大。
2.3.4 溶解度：分子间相互作用力与溶质在溶剂中的溶解度有关。
2.4 分子间相互作用力的实验测定2.4.1 表面张力：液体表面分子间相互作用力的宏观表现。
2.4.2 黏度：流体内部分子间相互作用力的宏观表现。
2.4.3 红外光谱：分子间相互作用力的测定方法之一。
2.5 分子间相互作用力的实际应用2.5.1 药物设计：通过研究分子间相互作用力，提高药物与靶标之间的结合能力。
2.5.2 材料科学：研究分子间相互作用力，开发新型材料。
本章内容较为抽象，需要通过实验和实例来帮助学生理解和掌握分子间相互作用力的基本概念和性质。
第三章：范德华力3.1 范德华力的定义和特点范德华力是分子之间的一种较弱的吸引力，包括取向力、诱导力和色散力。
分子动力学模拟定义初始速度
分子动力学模拟定义初始速度
分子动力学模拟是一种计算模拟方法，用于研究原子和分子在
时间上的演化过程。
在分子动力学模拟中，定义初始速度是非常重
要的，因为它会影响模拟结果的准确性和可靠性。
初始速度的定义
通常涉及到以下几个方面：
1. 温度分布，根据所模拟系统的期望温度，可以使用
Maxwell-Boltzmann分布来随机生成符合该温度分布的速度。
这样
可以确保系统在模拟开始时具有合适的热力学性质。
2. 初始动量，除了速度的大小和分布外，还需要考虑速度的方
向和动量的分布。
通常会遵循动量守恒的原则，确保系统总动量为
零或者符合特定的期望值。
3. 系统相互作用，根据模拟系统的相互作用势能函数，可以通
过随机生成速度来确保系统在初始时刻具有合适的动能分布，以便
在模拟过程中能够准确地描述分子之间的相互作用。
4. 边界条件，在定义初始速度时，还需要考虑系统的边界条件，例如周期性边界条件或者固定边界条件，这会影响速度的分布和生
成方式。
总的来说，定义初始速度需要综合考虑系统的热力学性质、相互作用势能函数以及边界条件等因素，以确保模拟系统在初始时刻具有合适的动力学特性，从而能够准确地模拟系统在时间上的演化过程。
化学反应原理综合教案：结合课件、实验、练习等资源,全方位教学
化学反应原理综合教案：结合课件、实验、练习等资源，全方位教学第一章：化学反应基本概念1.1 化学反应与化学变化引导学生理解化学反应与化学变化的概念及区别。
通过实例分析，让学生掌握化学反应的基本特征。
1.2 化学反应的类型讲解化合反应、分解反应、置换反应和复分解反应的定义及特点。
通过PPT展示各类反应的实例，加深学生对反应类型的理解。
1.3 化学反应的计量数讲解化学反应中物质的摩尔概念。
引导学生运用化学方程式计算反应物与物的物质的量。
第二章：化学反应速率与化学平衡2.1 化学反应速率讲解化学反应速率的定义及表示方法。
分析影响化学反应速率的因素，如浓度、温度、压强等。
2.2 化学平衡讲解化学平衡的概念及特征。
引导学生理解平衡常数及其应用。
2.3 化学反应速率和化学平衡的应用通过实例分析，让学生掌握化学反应速率和化学平衡在实际问题中的应用。
第三章：化学反应动力学3.1 化学反应动力学基本概念讲解化学反应动力学的定义及研究内容。
引导学生理解反应速率与时间的关系。
3.2 零级反应、一级反应和二级反应讲解零级反应、一级反应和二级反应的定义及特点。
通过实例分析，让学生掌握各类反应的计算方法。
3.3 化学反应动力学的应用通过实例分析，让学生了解化学反应动力学在工业生产、药物研发等领域的应用。
第四章：化学实验技能4.1 化学实验基本操作讲解化学实验的基本操作，如称量、溶解、过滤等。
演示实验操作步骤，让学生掌握实验技能。
4.2 化学实验方案设计引导学生掌握化学实验方案设计的方法。
通过实例分析，让学生学会编写化学实验报告。
4.3 化学实验安全与环保讲解化学实验安全的基本知识。
引导学生关注化学实验过程中的环保问题。
第五章：化学反应与生活5.1 生活中的化学反应分析生活中常见的化学反应现象，如饮食、洗涤剂等。
引导学生了解化学反应在生活中的应用。
5.2 化学反应与能源讲解化学反应在能源领域的应用，如燃烧、电池等。
引导学生关注化学反应与能源开发的关系。
第八章 分子设计育种
高效率，能够实现从“经验育种”到“精确育种”的转 化。
相关背景
在我国人口、资源、环境等刚性条件约束下，培育高产、优质、高效作物 新品种是确保我国粮食安全、促进农业可持续发展的重要途径之一。 作物分子（设计）育种成为国家相关战略规划确定的优先发展方向并得到 了国家科技计划的重点支持。 2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年） 》将动植物品种与药物分子设计技术确定为前沿技术。
Δ Gramene
http: ///
禾本科作物比较基因组学的重要网站。提供水稻、玉米、大 麦、小麦、高粱、拟南芥的序列信息, 特点是重视水稻与其 他作物的比较。该网站搜罗了禾本科各作物的重要遗传标记 连锁图, 提供各种类型的分子标记, 水稻、玉米、小麦种质资 源等位基因SNP 和SSR变异的信息和水稻各种代谢途径图。
国家自然科学基金项目 — 2008年，“利用计算机模拟探索抗胞囊线虫大豆品种分子设计育种方法” 。
— 2009年，“基于单片段代换系（SSSL）的水稻分子设计育种技术体系的 建立”。
2008年，中国科学院启动了“小麦、水稻重要农艺性状的分子设计及新品 种培育推广”重大项目，最终目的是建立和完善多基因组装分子设计育种 的理论和技术体系，实现传统遗传改良向品种分子设计的跨越。
II. 在基因/QTL 定位和各种遗传研究的基础上 ,利用已经鉴 定出的各种重要育种性状基因的信息 , 包括基因在染色 体上的位置、遗传效应、基因之间的互作、基因与背景 亲本和环境之间的互作等，模拟预测各种可能基因型的 表现型，从中选择符合特定育种目标的基因型。 III. 分析达到目标基因型的途径，制定生产品种的育种方案, 利用设计育种方案开展育种工作，培育优良品种。
第八章主要组织相容性复合体
TCR的共受体
辅助性T细胞
三、 肽与MHC分子结合的结构基础
� 肽与MHC分子结合槽的结合是非共价结合，结合 和解离的速度均很慢，一旦两者结合后，能保证 与T细胞的作用。
� 不同的肽可与同一MHC结合而形成不同的表位， 再与不同的T细胞TCR结合。
� 两类MHC分子在结构上有差异，所以与之相结合 的肽也各有自己的特点。
Class II molecules
1/1
两端是开放的
13－17个氨基酸残 基 锚定残基沿肽全长 分布
连续地结合在结合 槽底部
三、 肽与MHC分子结合的结构基础
MHCⅠ分子与肽段的相互作用
� 在MHCⅠ分子结 合的肽段内，某 个位点和羧基端 常有相同（或性 质相似）的氨基 酸（锚定残基） 。
� 锚定位：抗原肽 上能和MHC分子 抗原结合槽相互 作用的特定位点 。
� 位于人体6号染色体和小鼠17号染色体。 � 概念区分：
� MHC、H-2复合体、HLA复合体------基因 � MHC分子、H-2分子、HLA分子------抗原
第二节 人类MHC分子的结构
一、第一类主要组织相容性抗原(MHCⅠ)分子
� 1、MHCⅠ类分子的基本结构 � 含有两条多肽链： α链和β链 � α链(重链) � 有五个结构域: 1、 2、 3、
一、 人的MHC（HLA）基因结构
TNF-肿瘤坏死因子
二、 MHC的遗传特性
� MHC的单体型遗传 � MHC在一条染色体上的组合，称单体型。 � 单体型：在同一条染色体上有紧密连锁的一系
列等位基因的特殊组合。 � MHC是以单体型遗传的。 � HLA各基因呈现连锁不平衡：HLA各基因并未完
全随机组成单元型，一些基因紧密连锁，一些基 因不常连锁。
第八章 蒙特卡洛方法
常用的几组和X如下 X
0.5 0.05 0.01
0.6745 1.96 3
特别称＝0.5时的误 差0.6745／N1/2为概 然误差。再如，取置 信水平为95％，则X ＝1.96，此时表明误 差不等式：以95％的 可能性具有精确度为 E＝1.960／N1/2 。
所以，MC方法对于误差的 估计具有概率性质。即对于 这个方法不能断言误差不超 过某值，而只能指出误差以 某种(如接近1)的概率不超过 某值。还可看出，当给定置 信度后，误差E由和N1/2 决定。要减小E，或者是增 大N，或者是减小方差2。 在固定下，要提高精度一 位数字，就要增加100倍工 作量，因此，单纯增大N， 不是一个有效的办法。
效率
一般来说，降低方差的技巧，往往会使观察一个子 样的时间增加。在固定时间内，使观察的样本数减少。 所以，一种方法的优劣，需要由方差和观察一个子样 的费用（使用计算机的时间）两者来衡量。 这就是蒙特卡罗方法中效率的概念。它定义为方差 的平方与 c 的乘积，其中 c 是观察一个子样的平均费用。 显然乘积越小，方法越有效。
蒙特卡罗是欧洲摩纳哥国的一个重要城市，以赌博著称。
蒙特卡罗方法是以概率论与数理统计学为基础的，是通过 统计试验达到计算某个量的目的。
而赌博时，概率论是一种有力的手段。所以，以蒙特卡罗 作为方法的名字，原因大概于此。
蒙特卡罗方法不仅可作为理论和实验的补充，同时可可以 给出关于体系的实验可观测物理量和通过现有实验所无法观 测的物理量的值。如光子和中子的联合输运问题的模拟实验 研究和可任意改变系统中的相互作用势；即便是对实验中难 以达到的某种极限条件，它也能很容易的实现！
2.2.3 伪随机数及其产生的方法
计算机不会掷骰子，它是利用数论的方法来产生随机数的。 由于这种办法属于半经验性质，因此只能近似地具备随机 数的性质，所以称为伪随机数。最初冯· 诺伊曼(Von Neumann)建议的“平方取中法”如下；首先取一个2S的 数，去它中间的S位数字作为第一个随机伪随机数；然后 其自乘构成一个新2S位数，再取中间的S位数作为第二个 伪随机数· · · · · ·
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聚合物的特殊运动
图8-18 PEEK中苯环扭转角的运动轨迹
聚合物的特殊运动
聚合物的特殊运动
Tasi等利用分子动力模拟的方法研究BPAPC系统中苯 环������翻转所消耗的能量： 首先，在如图8-19的坐标系统定义苯环的翻转运动：
图8-19 苯环翻转坐标的定义
聚合物的特殊运动
聚合物的特殊运动
链状分子的计算
链状分子的计算
链状分子的计算
再计算该系统的扩散系数，结果如下图：
链状分子的计算
链状双性体的分子动力计算
链状双性体（amphiphiles）分子为一根或数根碳氢链 连上头端的极性官能团所形成的分子，这种分子常见于生 物体与材料。下列为一些典型的链状双性分子：
辛酸
十二烷酸
二(十二酰基)磷脂酰乙醇胺
聚合物的特殊运动
聚合物的特殊运动
聚合物的特殊运动
表8-7 BPAPC中苯环翻转的时间与翻转的能量障碍
聚合物的特殊运动
朗格缪尔薄膜(Langmuir film): 在水/空气界面的单层结构。（单层） 朗格缪尔-布罗杰特膜(Langmuir-Blodgett，LB): 在固体基材表面形成的薄膜。 （单层(图8-9)、双层(图8-10)或多层）
链状双性体的分子动力计算
实验室中可控制薄膜的厚度与双性分子的排列向性， 作为半导体材料的绝缘体、过滤组件、抗反射镀膜等。 双性分子在生物系统中有非常重要的功能，例如细胞 膜即是由双性的双层脂质分子所构成。
形式为：
水分子系统的计算
水分子系统的计算
例：如图8-2所示，为由TIPS2力场计算的O-O径向分布
函数与X光衍射实验的比较。
实线为由 TIPS2力场计 算所得；虚 线为X射线衍 射实验所得
图8-2 各温度下水的O-O径向分布函数
水分子系统的计算
3、简单点电荷力场：
（simple point charge，SPC）
第八章 分子动力计算的应用实例
水分子系统的计算 正戊烷构象的研究 链状分子的计算
链状双性体的分子动力计算
聚合物的特殊运动
水分子系统的计算
• 最常见的溶剂分 子 • 充分的实验研究 资料 • 易推广： 既具有多原子 分子运动模式；又 存在特殊的氢键
水分子系统的计算
水分子的力场
水分子自由能的计算
视任一时 空间的坐 时间间隔 运动轨迹 一个
间分子于 标，即某 内的分子 为分子的 构象
利用分子力学 能量最小化法 求构象附近的 构象异构体
正戊烷构象的研究
利用分子动力计算求取正戊烷的构象异构体的分布。 计算条件为300K与600K，时间间隔为0.5fs。当系统平衡 后，执行500ps的分子动力计算，并储存每皮秒的分子运 动轨迹，视为一个构象。 依玻尔兹曼分布定律，分子任一构象异构体出现的概 率为：
水分子系统的计算
表8-1 水分子各力场的分子几何结构及力场参数
水分子系统的计算
4、ab initio 水分子力场： NCC力场：由 Nieser，Corongiu与Clementi等人1990 年利用ab initio（从头算）方法，发展出适用于液体与 二聚集体及三聚集体等团簇体的水分子力场。该力场 各原子定义如下图（氢原子带负电，另一带正电的点 P位于HOH键角的平分线上）：
聚合物的特殊运动
BPAPC与PEEK： 一般安全玻璃的材料均为含有苯环的聚合物，最典 型的安全玻璃聚合物为双酚A聚碳酸酯(BPAPC)与聚醚醚 酮(PEEK)。这些聚合物均为韧性的材料。常温下，BPAPC 与PEEK均呈非晶型的结构，为透明的材质。其熔点与玻 璃转换温度都在400K以上。
图8-16 PEEK聚合物的单体结构
链状双性体的分子动力计算
图8-13 一般双层结构薄膜的参考轴方向及其与碳链的夹角的定义
链状双性体的分子动力计算
图8-14 碳链坐标轴的定义
链状双性体的分子动力计算
链状双性体的分子动力计算
因为这样的体系并无适当的力场，Kim等于是根据 一些实验的数据设计出了一个特定的势能函数。
链状双性体的分子动力计算
水分子系统的计算
1、中心力力场 (central force, CF)：
形式为：
水分子系统的计算
水分子系统的计算
图8-1 应用CF力场计算的水分子系统氢-氢原子径向分布函数
水分子系统的计算
水分子系统的计算
2、可转移的分子间势能：
（transferable intermolecular potential function，TIPS） TIPS力场是利用蒙特卡罗计算方法与精确的量子 计算计算结果相比较所推导出，除用于计算各种热力 学性质外，最重要的是用于比较水分子二聚体(dimmer) 的结构。此力场将水分子视为刚体分子，即其键长键 角的值恒定。此种形式的力场因其形式简单，并且不 用考虑分子中各种高频率的震动，因此常与其他立场 合并应用于生化系统的计算。
Kim等根据一些实验数据为这样的系统设计的特定的 势能函数为：
链状双性体的分子动力计算
图8-15 LB薄膜的分子轴排列
链状双性体的分子动力计算
聚合物的特殊运动
BPAPC与PEEK
苯环的“������翻转”运动 Chen等对PEEK系统的分子动力模拟计算
Tasi等对BPAPC系统的分子动力模拟计算
正戊烷构象的研究
正戊烷构象的研究
图8-5 分子动力计算正戊烷的构象异构体概率与实验值的比较
正戊烷构象的研究
图8-5 分子动力计算正戊烷的动力计算的结果，应可 得到所有先前由分子力学找出的构象 异构体。 由图8-5知，当计算温度为600K时， 构象异构体的出现概率与实验值相近， 因此该温度的分子动力计算可成功的 探测正戊烷的所有构象异构体。但在 较低的温度（300K）条件下，趋势一 致但分布有些不同，这表示分子动力 计算的时间不够长，并未涵盖所有的 构想空间。
视水分子为刚体分子：键长键角恒定； 范德华作用：仅水分子间的氧-氧原子对间； 库伦作用：各原子对间（水分子的每个原子均带电荷） 形式为：
水分子系统的计算
利用SPC力场及分子动力计算可得到合理的水分子 径向分布函数与各种热力学性质，但以此力场计算的扩 散系数则与实验值有较大的偏差（200%--300%） 此外，继建立TIPS2力场之后，Jorgensen等又陆续 发展出3作用点的TIP3P与4作用点的TIP4P力场。 各种水分子的力场中应用最广的为TIP3P，尤其是 一些生化系统的计算，如AMBER、CHARM等均引用此 力场计算水分子溶剂的运动。
表8-5 正戊烷各构象的最佳化结果
正戊烷构象的研究
C1
C2
C3 C4
图8-4 分子力学所计算的正戊烷的构象异构体结构图
正戊烷构象的研究
分子动力计算研究分子构象：
分子动力计算 产生分子的运动轨迹
若计算的时间够长且温度够 高，则分子的运动可能翻越 所有的势能障，而产生所有 对应于势能极小值的构象异 构体
水分子系统的计算
SPC力场形式化为：
水分子系统的计算
计算流程为：
根据初始参数， 利用SPC力场， 计算系统的能量 执行分子动 力计算使系 统达到平衡
计算结果如下表：
表8-2 计算的水分子系统的超额自由能与实验值的比较
正戊烷构象的研究
构象： (conformation) 由于单键内旋转而产生的 分子在空间的不同形态。 构象异构： (conformational isomerism) 指具有一定构型的有机物 分子由于碳碳单键的旋转 或扭曲(不是把键断开)而 使得分子各原子或原子团 在空间产生不同的排列方 式的一种立体异构现象。
链状双性体的分子动力计算
十八烷酸
二甲基-二(十八烷基)胺
二(十四酰基)磷脂酰胆碱
链状双性体的分子动力计算
双性体 分子
极性的头端具有强的亲水性 (hydrophilic) 碳氢烷链常位于疏水性 (hydrophobic)环境
这样的分 子存在于 水/油界面 的两相中
最重要 的特性 是可以 形成延 伸的层 状结构
图8-3 NCC力场各参数的定义
水分子系统的计算
形式为：
水分子系统的计算
水分子系统的计算
Corongiu改进的NCC力场：加入水的内振动项，可 准确地计算水的振动光谱，形式如下：
水分子系统的计算
水分子系统的计算
水分子的力场
水分子自由能的计算
水分子系统的计算
依热力学，系统的超额自由能(excess free energy) 可由下式计算:
图8-9 单层LB膜
图8-10 双层LB膜
图8-11 双层(类脂)
链状双性体的分子动力计算
在高浓度的条件下，一些双性分子于水溶液中可形 成微胞(micelles)，如图8-12，为分子的头基朝外、碳链朝 内的团状结构。
图8-12 微胞
链状双性体的分子动力计算
双性分子通常具有很复杂的相区，且常发现其有液晶 (liquid crystal)相的存在。所谓的液晶相表示分子的排列在 特定的方向具有长距离的秩序性，并且形成层状的结构。
聚合物的特殊运动
������翻转：
图8-17 苯环������翻转示意
聚合物的特殊运动
Chen等利用分子动力模拟的方法检视安全玻璃聚合 物材质中苯环的翻转运动：
计算的温度分别为300K及410K，模拟的PEEK链含有 61个苯环。计算采用Beeman方法，积分步程为1fs，共 收集60ps的轨迹作为分析。
正戊烷构象的研究
分子的许多构 象主要因其单 键所对应的双 面角的旋转所 造成的
分子力学研究分子构象: （分子含n个双面角）
利用分子力学 定出每一构象附 近的最佳化结构 从而定出相应构 象所对应的能量
正戊烷构象的研究