基于GB-EMP粗粒化模型对若干有机溶液的动力学模拟

摘要

计算机模拟技术在高分子科学领域得到了迅猛的发展，通过计算几乎可以获得有关分子的一切性质.但是对于计算微观尺度上的一些大分子体系，如生物蛋白质分子体系，依现在计算机的计算能力和全原子模型仍然是一件困难的事情，而粗粒化模型却恰好可以解决这个问题。
　　 本文将介绍一种基于Gay-Berne势与点电荷多极展开的一种粗粒化模型(GB-EMP)和如何建立AMOEBA全原子力场.首先，选取计算体系基本构象，然后计算每种构象van der Waals相互作用势并将之与AMOEBA全原子力场计算得到的van der Waals势进行比较进而拟合出粗粒化模型参数，为了得到更加准确的静电多极展开势(EMP参数)，本文将展开位点放在电负性最大的原子上并进行多极矩展开，得到相应的电荷、偶极矩、四极矩参数.在本文中，由于现有的AMOEBA全原子力场中不包含氯仿分子的参数，本文将利用Gaussview与Gaussian03等软件建立氯仿分子的AMOEBA全原子力场.最后，利用得到的GB-EMP参数，使用粗粒化模型对有机溶剂甲硫醇、乙醛、氯仿进行分子动力学模拟，计算密度、扩散系数、径向分布函数等结果，并将其结果与全原子模型结果和实验值进行比较，吻合比较好。
　　 在计算结果方面，粗粒化模型的计算结果与全原子结果和实验结果还是有一些偏差，若是将作用位点放在除质点和电负性较大原子外的其他更佳合理的点上或者增加一个或者几个作用位点，那么得到的结果可能会更合理.利用粗粒化模型进行分子动力学模拟可以在大幅度提高计算效率的前提下依然能够保证较高精度，这主要得利于粗粒化模型两个优点.第一是忽略了分子内部键长与键长之间的高频振动，键长与键角之间的高频振动以及键长与二面角之间的高频振动，忽略这些振动导致时间步长增加，效率得到提高.另一个优点是用粒子对之间相互作用代替了多对原子之间的相互作用，从而使自由度的数量大大减少.因此本文中介绍的粗粒化模型不仅可以模拟小分子体系，还可以用来模拟更大，更复杂的生物高分子体系。

目录

文摘

英文文摘

1、绪论

1.1 分子动力学模拟概况

1.2 力场概述与力场分类

1.2.1 力场概述

1.2.2 第一代力场

1.2.3 第二代力场

1.2.4 AMOEBA力场

1.3 粗粒化模型与粗粒化分子动力学

2、分子动力学基本原理

2.1 牛顿力学

2.2 积分方法

2.3 系综理论

2.4 周期边界条件

2.5 分子动力学元胞与元胞内粒子间的相互作用

2.5.1 分子动力学元胞

2.5.2 元胞内粒子间的相互作用

2.6 时间步长

2.7 分子动力学模拟的计算流程

3、GB-EMP理论与建立力场

3.1 GB-EMP理论与基于GB-EMP势的粗粒化模型

3.2 GB-EMP势

3.3 建立力场

3.3.1 建立氯仿分子结构

3.3.2 优化结构

3.3.3 计算单点能

3.3.4 计算多极矩

3.3.5 多极矩的平均和静电参数的重新拟合

3.3.6 添加其他力场参数

4、粗粒化模型参数确定与结果讨论

4.1 确定粗粒化模型参数

4.2 分子模拟过程

4.3 范德华相互作用的分析

4.4 径向分布函数、扩散系数与密度的分析

5、总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢