mmff和mmffs分子力场
反应力场(reaxff)的分子动力学模拟后处理
反应力场(reaxff)的分子动力学模拟后处理1.引言1.1 概述反应力场（ReaxFF）是一种用于分子动力学模拟的强大工具，它结合了量子力学的精确性和经典力场的计算效率。
ReaxFF模型能够模拟化学反应的过程，涵盖了分子的构型变化、键断裂和形成以及原子间相互作用的动力学行为。
因此，ReaxFF在材料科学、催化剂设计、生物化学以及能源领域等众多领域中得到了广泛的应用。
本文旨在探索反应力场（ReaxFF）在分子动力学模拟后处理中的重要性和实用性。
通过对分子体系进行动力学模拟并从模拟结果中提取信息，后处理方法能够帮助我们深入理解化学反应的机理和动力学过程。
这对于研究新材料的合成、理论催化研究、药物设计等具有重要意义。
在本文的正文部分，我们将首先介绍反应力场（ReaxFF）模型的基本原理和特点。
通过详细讨论其原子间相互作用的表达式以及参数的调整方法，我们将全面了解ReaxFF模型在化学反应模拟中的优势和局限性。
接着，我们将探讨分子动力学模拟的基本原理，包括算法和计算流程。
了解这些基础知识将有助于我们更好地理解后续章节中的后处理方法。
在结论部分，我们将重点介绍反应力场（ReaxFF）的分子动力学模拟在不同领域的应用情况。
通过实例分析，我们将展示ReaxFF模型对材料性质、催化机制和生物化学反应的模拟结果，并探讨其在相关研究中的意义和贡献。
同时，我们将讨论后处理方法在研究中的重要性，并介绍常用的后处理技术，如分子动力学轨迹分析、聚类算法等。
这些方法可以帮助我们从庞大的模拟数据中提取高质量的信息，从而更好地理解化学反应的本质。
综上所述，本文将以反应力场（ReaxFF）的分子动力学模拟后处理为核心内容进行探讨。
通过深入分析ReaxFF模型的原理和应用，以及后处理方法的意义和方法，我们将对化学反应的机理和动力学行为有更深入的认识。
希望本文能为广大研究者在相关领域的研究提供一些参考和借鉴。
1.2文章结构文章结构是指文章的整体组织框架，它有助于读者理解文章的逻辑结构和内容安排。
如何选择力场-力场与拓扑之二
力场与拓扑之二：如何选择力场已有9886 次阅读 2015-12-9 13:01 |系统分类:科研笔记2015-12-08 22:27:19待补充, 参考Sobereva力场瞎总结, 磷脂膜模拟的力场瞎总结.性能模拟有机小分子热力学性质用Charmm generalized >= OPLS-AA >= GAFF，但实际上GAFF已经很好了。
它们计算各种有机分子的密度、蒸发焓都很准确，但是介电常数、等温压缩系数计算得都一般。
GAFF对于带有硝基的分子不好。
OPLS和GAFF对于苯甲醛、甲酸，以及有两个及以上Br或Cl相距较近的情况都不好。
对蛋白质构象的模拟: ff99SB+ildn+nmr >CHARMM27 >OPLS »f99。
•Berger：专门用于磷脂的力场•PFF=Polarizable Force Field•VAMM=Virtual atom molecular mechanics材料力场•cvff(consistent valence forcefield)：参数用于有机分子、蛋白质模拟，函数形式略复杂。
cvff_aug是对其扩展，可以用于研究硅酸盐、铝硅酸盐、磷酸盐、泥土•CFF(consistent family of forcefield)：包括CFF91和CFF95。
适用面很广，涵盖有机无机小分子、聚合物、多糖和生物大分子，还支持金属。
函数形式挺复杂。
参数由从头算获得，非键参数从CVFF弄来，不适合凝聚相模拟。
•pcff：基于CFF91，适用范围做了扩展，主要用于聚合物和有机材料，也能用于无机材料，还有糖、核酸、脂的参数。
•COMPASS=Condensed-phase Optimized Molecular Potentials for Atomistic Simulation Studies：在pcff基础上改进的新版本，同样由从头算获得参数，在凝聚相模拟方面大有改善。
1计算材料物理-第一章
MM力场
Norman L. Allinger (University of Georgia) /wiki/Norman_Allinger /people/faculty/allinger director of UGA's Computational Center for Molecular Structure and Design and professor emeritus of chemistry, has won the Benjamin Franklin Medal, a major international career achievement award that is often referred to as the "American Nobel.“ /doi/abs/10.1021/ja00205a001 主要用于有机物
势能面与能量最小化
势能函数可以用势能面来表示 Potential energy surface (PES) 势能面上的每个点对应一个可能的结构 寻找稳定的结构即为寻找势能面上的极小值点
/wiki/Potential_energy_surface
势能函数（势能面）的维数
对于含有N个原子的分子，有3N个笛卡尔坐标，因 此势能可以看作3N个坐标变量的函数 U(x1, y1, z1; x2, y2, z2; …; xN, yN, zN) 如果考虑内坐标，只有3N-6个内坐标，因此势能可 以看作3N-6个坐标变量的函数？
Why
势能面
势能面
1 2 U O k O 0 2
此项并非总是必须的
力场的势函数形式
基于分子动力学的常用力场算法及结果分析
基于分子动力学的常用力场算法及结果分析分子动力学（Molecular Dynamics，MD）是一种用于模拟分子体系的计算方法。
它通过数值积分牛顿运动方程，在不同的时间步长上模拟分子系统中的粒子的运动轨迹，从而可以研究分子体系的结构、动态性质等。
在这个过程中，力场、算法和结果分析是MD模拟的三个重要方面。
常用力场：力场是描述粒子间相互作用的形式化数学模型。
传统的力场分为两类：力场拟合和量子力场。
力场拟合是通过拟合实验数据得到的经验势能函数。
常见的力场拟合方法有AMBER力场、CHARMM力场和GROMOS力场等。
而量子力场则是以量子力学理论为基础的理论方法，它通过求解电子结构问题进一步得到粒子的势能函数。
常见的量子力场有DFT力场（密度泛函理论力场）和Hartree-Fock力场等。
不同的力场适用于不同的体系和研究目的。
常用算法：MD模拟中常用的算法有Verlet算法、Leap-Frog算法和Velocity Verlet算法。
这些算法的核心思想都是利用牛顿力学中的数值积分方法对分子的运动方程进行求解。
Verlet算法通过使用离散时间点上的速度和位置信息来计算下一个时间点上的位置；Leap-Frog算法在计算速度和位置之间采用了半步的时间差；Velocity Verlet算法则在时间差计算上进一步改进了Leap-Frog算法，提高了计算精度。
此外，还有更高级的算法，如多时间步算法和并行计算等，以提高计算效率。
结果分析：MD模拟得到的结果可以通过多种方式进行分析。
最基本的分析方法是计算体系的物理性质，如能量、压力、温度等物理量的变化。
此外，还可以通过结构分析来研究分子体系的结构演变和特性。
结构分析常用的方法有径向分布函数分析、键长分析、键角分析等。
动力学性质的分析可以通过计算自相关函数、速度自由时间分布等来得到。
此外，模拟结果还可以通过与实验数据的对比来验证模拟的合理性，并根据实际问题选择合适的结果表达方式，如动画、图表等。
分子模拟第二章
1
坐标体系（Coordinate systems）
笛卡尔坐标（Cartesian coordinates）
即用原子的xyz值来表征分子构型。
如：甲烷分子的笛卡尔坐标表示法
C1 H2 H3 H4 H5 -2.8116 -2.4550 -2.4549 -2.4549 -4.7083 3.2611 2.2523 3.7655 3.7655 2.7550 0.0000 0.0000 0.8737 -0.8737 0.8727
利用牛顿力学原理,通过解力学方程,得到分子 体系的运动轨迹,从而研究分子体系的能量和各 种性质.由于使用的势函数和参数都是有经验和 实验值拟合获得,故亦称经验力场方法 (Empirical force field method ). 分子力学方法的建立和正确使用在于它的背景和 若干假设.
12
分子力学应用背景
•
为相因子（phase factor），
29
指单键旋转通过能量极小值时二面角的数值。
分子力学的势函数形式
扭曲势的三项展开式：
V(ω)=(1+cosω) +(1-cos2ω)+ (1+cos3ω) 在MM2立场中，对此的物理解释为: • 一倍项对应于键偶极子间的相互作用，因成键原子间的电负性 不同产生； • 二倍项是由于超共轭作用（烷烃CnH2n+2）和共轭作用（在烯烃 CnH2n）。 • 三倍项对应于在1，4原子间的相互作用。 对含有四原子的体系，扭曲势中的附加项特别重要，例如卤代的 碳氢化合物和含有CCOC和CCNC片段的分子。
不同的力场可以有相同的函数形式，但不同的参数。 不同力场的参数（即使是描述相同对象）不能混用。 力场的参数具有力场内部的可移植性
gaff力场分子模型
gaff力场分子模型（原创实用版）目录1.GAFF 力场分子模型简介2.GAFF 力场的发展历程3.GAFF 力场的特点和优势4.GAFF 力场在我国的应用现状与前景正文一、GAFF 力场分子模型简介GAFF（General Amino Acid Force Field）力场分子模型是一种用于描述生物大分子（如蛋白质和核酸）中分子间相互作用力的物理模型。
在生物物理学、生物信息学和药物设计等领域具有广泛应用。
该模型通过大量实验数据和理论计算参数化，以模拟生物大分子在各种条件下的结构和动力学行为。
二、GAFF 力场的发展历程GAFF 力场分子模型的发展始于 20 世纪 90 年代，由美国加州大学洛杉矶分校的研究团队提出。
该团队基于早期的力场模型，如 MM3、MM4 和MM5 等，结合大量实验数据，对力场参数进行了优化和改进，最终形成了GAFF 力场。
此后，GAFF 力场经过多次更新和完善，现已成为生物大分子研究领域的重要工具。
三、GAFF 力场的特点和优势1.高精度：GAFF 力场分子模型通过大量的实验数据和理论计算参数化，具有较高的模拟精度，能够较好地反映生物大分子在实际环境中的结构和动力学特征。
2.广泛适用性：GAFF 力场适用于多种生物大分子，包括蛋白质、核酸、多糖等，为研究不同类型生物大分子的相互作用提供了便利。
3.灵活性：GAFF 力场提供了多种算法和参数设置，可以根据研究者的需求和计算资源进行选择，适应不同应用场景的需求。
4.开源性：GAFF 力场分子模型的源代码和相关工具对外公开，便于研究者进行二次开发和定制，促进了该领域的技术创新和应用拓展。
四、GAFF 力场在我国的应用现状与前景近年来，我国在生物物理学、生物信息学和药物设计等领域取得了显著进展，GAFF 力场分子模型在这些成果中发挥了重要作用。
目前，我国已有多个研究团队在 GAFF 力场的基础上，开展了针对特定生物大分子或疾病的研究，取得了一系列原创性成果。
第三章分子力场介绍
2010年3月26日Itbonded) (R Eir•OPLS(O ptimized P arameters for L iquid S imulation)developed by Jorgensen group at Yale University(1988)They differ from each other in the energy terms included, potential functions employed, and parameterization procedure.The OPLS Force FieldOPLS-ua (united atom) and OPLS-aa (all-atom)Intra-molecular non-bonded interactions (E ab ) are only counted for atoms three or more bonds apart; 1-4 interactions are scaled down by f ij = 0.5; otherwise, f ij = 1.0. All the interaction sites are centered on the atoms; there are no "lone pairs".+ +Energy DecompositionE total = E stretch + E bend + E torsion+ E vdW + E electrostatic + E cross + E otherBonded energies Non-bonded energies High-order terms such as E stretch-bend Specially included such as E H-bondingTypical Energy Functions]r B r A [r q q )(2k)]n cos(1[2V)(k 21)l l (k 21)r (V 6ijijLJ12ij ij elec ijji 20improper torsions n angles 20bonds 20r N −++ω−ω+δ−φ++θ−θ+−=∑∑∑∑∑∑θBond stretching Angle bending Torsional rotation Improper torsion Electrostatic interaction Van der WaalsE•RRBonded Terms: Torsions•Torsion energy: rotation about a bond (dihedral angles))]n cos(1[2V E torsions ntorsion δ−φ+=∑iljkφCCC H•When ABCD in a plane,Coulomb Potentialpair distanceV e l e c~1/rVan der Waals Energy•Interactions between atoms that RRepulsion is due to overlap of electron clouds of two•Lennard-Jones interactions∑<⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡−=ji ijijijijijLJ rrV6612124σσε•Combinationrules for LJijεijσijσAtom types (AMBER)CCC H⎤⎡612σσWhere do these parameters comefrom?Force Field Parameterization (力场参数化)•Equilibrium bond distances and angles: X-ray crystallography •Bond and angle force constants: vibrational spectra, normal mode calculations with QM•Dihedral angle parameters: difficult to measure directly experimentally; fit to QM calculations for rotations around a bond with other motions fixed•Atom charges: fit to experimental liquid properties, electrostatic potential charge fitting to reproduce electrostatic potentials of high level QM, X-ray crystallographic electron density •Lennard-Jones parameters: often most difficult to determine, fit to experimental liquid properties, intermolecular energy fittingForce Field Comparison•Ca RMSD, radius of gyration, SASA,are all comparable for three FF•Radius gyration and SASA slightlylarger than experimental values(structures opened up a bit)•Average structures from three FF arevery similar (small RMSDs). Thedifferences are comparable to twoindependent trajectories with thesame CHARMM force field.Force Field ComparisonForce Field Comparison•Backbone order parameters (S 2)•NMR order parameters for theseresidues are 0.85, 0.90, 0.81 for Calbindin, IL4 and GPILA respectively•Fluctuations are small in these regionsS 2is plateau value of the autocorrelation function of the 2nd -order Legendre polynomial of N-H vectorM. Shirt, J. Pitera, W. Swope, V. Pande, J. Phys. Chem. 2003 Relative Solvation Free Energy: Ala-> X mutationR. Zhou, et al, PNAS 98, 2001R. Zhou, and B. Berne, PNAS 99, 2002 Lowest free energy structures•Erroneous salt-bridges exist in all continuum solvent models •Overly strongly salt-bridge effects expelled F50 out of the hydrophobic core in SGB•AMBER94/GBSA and AMBER99/GBSA turned beta-hairpin into an alpha-helixWhich Force Field to Use?•Most popular force fields:CHARMM, AMBER and OPLSAA, GROMOS •OPLSAA(2000):Probably the best available force field for condensed-phase simulation of peptides. GB/SA solvation energies are good.•AMBER*/OPLS*:Good force fields for biopolymers and carbohydrates;GB/SA solvation energies range from moderate (AMBER*) to good (OPLS*).•AMBER94:An excellent force field for proteins and nucleic acids.However, there are no extensions for non-standard residues or organic molecules, also there is a alpha-helix tendency for proteins. AMBER99 fixes this helix problem to some degree, but not completely.•CHARMM22(27):Good general purpose force field for proteins and nucleic acids. A bit weak for drug-like organic molecules.•GROMOS96:Good general purpose force field for proteins, particularly good for free energy perturbations. Weak for reproducing solvation free energies of organic molecules and small peptides./docs/mm7.1/html/faqs/which_ffield.htmlSummary•Energy Decomposition•Bonded Energies:Stretch, Bend, Torsion, Improper Torsion•Non-bonded Energies:Van der Waals, Electrostatics•Special Terms:Cross Terms, H-bonding•Popular Force Fields and Programs•Force field comparison•Application Considerations。
gaff力场分子模型
gaff力场分子模型
摘要：
1.GAFF 力场分子模型的概述
2.GAFF 力场的原理
3.GAFF 力场模型的应用
4.GAFF 力场模型的优缺点
正文：
GAFF 力场分子模型是一种在计算机模拟中用于描述分子间相互作用的力场模型。
GAFF 是Gromos Atlas of Functional Force-fields 的缩写，意为“Gromos 功能力场图谱”。
这个模型主要用于计算分子体系的能量、力和矩，以模拟分子的动态行为。
GAFF 力场的原理主要基于分子力学和量子化学的理论框架。
首先，它使用分子的几何形状和原子类型来确定分子间的相互作用，包括范德华力、静电力和氢键等。
然后，通过计算分子体系的能量，可以得到分子在各个位置的势能分布。
根据这个势能分布，可以进一步计算分子间的作用力，从而模拟分子在空间中的运动轨迹。
GAFF 力场模型在生物分子模拟、药物设计、材料科学等领域有着广泛的应用。
例如，研究人员可以利用GAFF 模型模拟蛋白质的结构和功能，从而辅助药物设计和筛选过程。
此外，GAFF 模型还可以用于研究分子晶体的性质，如熔点、沸点等。
尽管GAFF 力场模型具有较高的计算效率和准确性，但仍存在一些优缺点。
优点包括：模型参数化程度高，适用于多种分子体系；计算速度快，适用
于大规模分子模拟；模型具有较好的通用性，可以用于研究不同类型的分子体系。
缺点则包括：模型对某些非共价相互作用的描述不够准确；计算过程中可能存在一定的误差；模型的参数需要定期更新以适应新的研究需求。
总之，GAFF 力场分子模型是一种在计算机模拟中描述分子间相互作用的有力工具。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
mmff和mmffs分子力场
MMFF和MMFFs分子力场是分子力学中常用的一类力场。
MMFF代表Merck Molecular Force Field，是由Merck和Dermer等人于1990年代初开发的一种力场。
它基于分子力学理论，使用草图简化方法生成分子的电荷分布、键长和键角等参数，并通过调整这些参数来更好地描述分子的结构和能量。
而MMFFs代表Merck Molecular Force Field with Small Molecules，是在MMFF基础上针对小分子进行改进的分子力场。
它考虑了小分子高分辨率的实验数据，并利用量子力学计算来修正电荷分布和键长等参数，从而提高了力场的精确性和适用范围。
MMFF和MMFFs分子力场在计算和模拟小分子的力学性质、结构和能量等方面具有广泛的应用。
它们可用于计算分子的构象、能量最小化、优化反应路径等，对于药物设计、材料科学等领域有重要的意义。