基于粗粒化模型对有机溶剂的分子动力学模拟

摘要

这篇论文介绍了基于电多极展开势(EMP)和Gay—Berne(GB)势的粗粒化分子力学模型．把有机小分子处理成单轴的椭球体，用各向异性的GB函数表示两个单轴椭球体之间的相互作用势，从而实现了对van der Waals相互作用势的粗粒化。分子体系的电荷分布由电多极展开表示，包括位于质心处的点电荷，偶极矩和四极矩。在基于Boltzmann分布对四种基本的分子构象进行了Monte Carlo取样之后，通过与全原子模型的van derWaals相互作用势比较得到了GB参数。又在对用量子化学方法计算得到的分子体系的静电相互作用势进行了电荷，偶极矩和四极矩的拟合之后，得到了EMP参数。
　　 利用得到的粗粒化参数，基于此粗粒化模型，本文对CHCl3，CH2Cl2，C5H5N，DMF，DMSO，THF六种有机小分子进行了分子动力学模拟，并将其结果同全原子模型进行了比较。计算得到的结果表明了用此粗粒化模型从整体上能够重复全原子模型的结果，但是在某些细节的计算上与全原子模型有些偏差，其因为可能是在目前的工作中仅仅考虑了单个位点的情况。因此，今后在对具有复杂结构的分子体系进行粗粒化模拟时还应该考虑合理地放置相互作用位点以及增加相互作用位点的数目。用此粗粒化模型进行分子动力学模拟的主要优点是它可以在保证能够获得一定精度的条件下较大幅度地提高了计算的效率，这主要是由于用粗粒化的GB—EMP相互作用代替了多对原子之间的相互作用，从而减少了自由度的数目。另外的一个重要的因素是忽略了键长，键角和二面角的高频运动，使增大了模拟时间尺度。还需要指出的是，由于引入的dw参数较好地控制了GB势的柔性，所以用在本论文中介绍的粗粒化模型还可以被用来模拟更大，更复杂的分子体系。此外在考虑了能够更精确地描述静电相互作用势的电多极展开势效应之后。使基于此粗粒化模型模拟带高电量的生物大分子体系成为可能。

目录

文摘

英文文摘

1.绪论

1.1 分子模拟与粗粒化模型

1.1.1 分子模拟的概况

1.1.2 粗粒化模型

1.2 分子力学与分子力场

1.2.1 分子力学

1.2.2 分子力场简述

1.2.3 分子力场参数化

1.3 分子动力学模拟

1.3.1 分子动力学模拟的基本原理

1.3.2 周期性边界条件

1.3.3 截断半径与最近镜像

1.3.4 积分步长的选取

1.3.5 分子动力学模拟的计算流程

1.3.6 分子动力学模拟的初始设定和平衡态

1.3.7 系综

2 基于Gay-Berne势和电多极展开势的粗粒化模型

2.1 描述非球形分子的Gay-Berne势

2.1.1 分子相互作用的高斯模型势

2.1.2 修正重叠势模拟位点-位点势

2.1.3 Gay-Berne势

2.2 电多极展开势

2.2.1 中心多极展开法

2.2.2 电多极展开势

3 粗粒化模型力场参数的确定

3.1 Gay-Berne参数的拟合

3.1.1 力场的选取

3.1.2 基于蒙特卡罗计算方法对构象的选取

3.1.3 遗传算法

3.2 EMP的参数拟合

4 应用粗粒化模型于有机小分子的分子动力学模拟

4.1 模拟体系与分子动力学模拟方法

4.2 结果与讨论

4.2.1 对Van der Waals相互作用的分析

4.2.2 对径向分布函数的比较分析

结论

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢