分子力学简介.ppt

在分子力学计算中,静电相互作用项有各种数学表达式,最早采用的是偶极-偶极相互作用.如果用分子力学计算有多个极性键的较大分子,采用偶极矩法就太费时间了。一种简单的处理就是把电荷放在原子核上,这样就可以用库仑定律来表示静电相互作用。通过经验规则或者量化计算确定每个原子上的部分电荷（partial charge），两个原子之间的静电作用用库仑公式来计算. * 在选定了分子力场的解析形式后,接下来的问题是确定参数—力场的参数化. 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。 * 以前都是通过拟合实验数据来优化参数,所以往往把分子力学称为“经验力场计算”(Empirical force field calculation). 拟合所需的实验数据包括几何结构,构象能,生成热,光谱数据等。分子内相互作用参数的拟合主要采用分子结构方面的实验数据。 常用的实验方法有用于气体检测的微波谱法,电子衍射法;用于晶体检测的X-射线衍射,中子散射,红外及拉曼光谱分析;扭转位能参数则来自于NMR谱带和驰豫间;构象能可以从光谱及热化学数据得到;非键参数主要由晶格参数和液体的物理性质数据拟合得到。拟合的方法常用的有两种。一种是最小二乘法,另一种是试探法。可用的实验数据越多,用试探法优化参数就越困难,而最小二乘法就显得更实用。在实际应用中,往往把两种方法结合起来。 * 最初仅为蛋白质和核酸体系提供相应的原子类型和力场参数 1990，发展了适用于多糖模拟的力场参数（Homan 1990） 1995, 2000，加入了适用于有机小分子的原子类型和参数 * 适用于各种分子性质的计算和模拟 对于从孤立的小分子到溶剂化的大生物体系的多种模拟体系都可以给出较好的结果 但不适合于有机金属配合物 improper dihedral可以更好的限制分子的空间构型,保证分子中的原子共平面 Urey-Bradley component (cross-term accounting for angle bending using 1,3 nonbonded interactions * 首先，给出所计算分子的试探结构。不一定是分子的稳定构象，而且往往不是稳定构象。 * 由于数学上只能保证求得局部极小值，即实现局部优化，而不一定能求得全局最小值。所以得到的是在这一构象附近的一相对稳定的构象。 * 在相邻的两个迭代点上的两个梯度方向是相互直交的，也就是说两个有哪些信誉好的足球投注网站方向相互直交，产生了锯齿形状。当接近极小点时，步长越小，前进越慢。 * 共轭梯度法最初由Hesteness和Stiefel于1952年为求解线性方程组而提出的。 * * * * MM 区域电荷分布对 QM 区域所产生的极化作用 , 可以看作是 QM 区域电子结构计算 的一部分 * 原理上任何的量 子力学方法都可以用来处理 QM 部分 , 但是在文献中报道的一般都是 DFT 和半经验理论计算的结果 * * * * * * * 能量极小化算法-共轭梯度法（CONJ） 共轭梯度法是一个典型的共轭方向法，它的每一个有哪些信誉好的足球投注网站方向是互相共轭的，而这些有哪些信誉好的足球投注网站方向d仅仅是负梯度方向与上一次迭代的有哪些信誉好的足球投注网站方向的组合，因此，存储量少，计算方便。 分子动力学模拟的基本步骤 读入模型参数、模拟控制参数 初始化 能量优化 升温 长时间平衡模拟 数据分析 避免局部分子重叠 根据所有分子的当前坐标计算分子的受力 根据受力更新分子的坐标 在此过程中收据用于计算宏观性质的有关信息 SD+CONJ 能量极小化算法- Newton-Raphson 法 以函数 为例， 能量极小化算法比较 最陡下降法： 计算简单，需记忆的容量小；远离极小点时收敛快，常作为其他方法的第一步。 收敛速度较慢。原因是最陡下降方向只有在该点附近有意义。 共轭梯度法 收敛快，易陷入局部势阱，对初始结构偏离不大 Newton-Raphson法 计算量较大，当微商小时收敛快 分子力学的特点 概念清楚，便于理解及应用 概念简明易于接受。分子力学中的总“能量”被分解成键的伸缩、键角弯曲、键的扭曲和非键作用等，比起量子化学计算中的Fock矩阵等概念来要直观易懂。 分子力学的特点 计算速度快 量子化学从头算的计算量随原子轨道数目的增加，按4次方的速度上升，而分子力学的计算量仅与原子数目的平方成正比。 计算时间 - MM正比于原子数m的平方m2 QM正比于轨道数n的n4或n3 分子力学的特点 与量子化学计算相辅相成 分子力学是一种经验方法，其力场是在大量的实验数据的基础上产生的。分子力学宜用于对大分子进行构象分析、研究与空间效应密切相关的有机反应机理、反应活