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  • 计算机分子模拟分子模拟机制,计算机分子模拟技术。计算机分子模拟是指利用计算机来构造、显示、分析分子模型,用理论方法与计算技术,模拟或仿真分子运动的微观行为,使分子结构直观化,通过计算机模拟出分子的立体...

    计算机分子模拟

    分子模拟机制,计算机分子模拟技术。计算机分子模拟是指利用计算机来构造、显示、分析分子模型,用理论方法与计算技术,模拟或仿真分子运动的微观行为,使分子结构直观化,通过计算机模拟出分子的立体构象,能形象地观察到药物小分子与生物大分子间的相互作用的过程,判断药物小分子与受体大分子结合的可能活性位点,还能对药物小分子的结构进行修正,提出改善药效学和药动力学性质的改良方案。

    蛋白质分子模拟

    利用物理数学的方法和原理,以计算机为工具,模拟蛋白质、药物等物质分子中原子、分子的结构及相关性质;并按照一定的规律,改造天然分子,设计自然界不存在的全新分子。其理论基础有X射线衍射晶体学、核磁共振波谱学、电势能、分子动力学等。主要应用有蛋白质结构预测、蛋白质和多肽分子的结构预测,蛋白质分子与抑制剂等复合物的分子对接、蛋白质与其他分子之间的相互作用、药物设计等。

    分子模拟与药物设计

    药物设计,即研究蛋白质与小分子药物之间的相互作用,包含两个方面,基于配体的药物设计和基于受体的药物设计。涉及的方法有,QSAR with CoMFA,即可以建立分子性质(包括生物活性)与它们结构之间相关的统计学与图形化模型,以便设计出活性更好的新化合物。高通量虚拟筛选,计算高通量筛选可以增加筛选数据集中合适化合物的占有率并且能降低先导物发现的成本。同源模建是一个根据模板蛋白将以及序列转变成3D结构的技术总称,包括了threading和homology两种。

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  • 分子建模:分子模拟
  • 分子模拟电子结构

    2018-06-27 12:10:17
    原子核电子结构,分子模拟常用资料,内容包含常见分子
  • 分子模拟实验参考

    2020-10-14 14:24:11
    分子模拟实验参考
  • 分子模拟计算

    2015-01-10 17:09:03
    讲解了分子模拟的一般知识,对初学者有很大的帮助。
  • 分子模拟经典书籍

    2018-10-14 17:45:16
    分子模拟(Molecular Simulation) 利用计算机以原子水平的分子模型来模拟分子结构与行为,进而模拟分子体系的各种物理、化学性质的方法。它是在实验基础上,通过基本原理,构筑起一套模型和算法,从而计算出合理的...
  • 文档介绍:--------------------------校验:_____________-----------------------日期:_____________浅谈计算机分子模拟技术《计算机分子模拟》文献综述浅谈计算机分子模拟技术专业班级:应用化学1301班姓名:张盼...

    文档介绍:

    --------------------------校验:_____________-----------------------日期:_____________浅谈计算机分子模拟技术《计算机分子模拟》文献综述浅谈计算机分子模拟技术专业班级:应用化学1301班姓名:张盼学号:1303030126任课教师:赵联明开课时间:2015-2016学年第2学期成绩教师签名浅谈计算机分子模拟技术摘要:计算机分子模拟技术的发展至今已有半个世纪的历史,现被广泛应用于解决各种复杂化学和生物学问题,比如药物设计口材料设计。从分子水平来研究化工过程及产品的开发和设计,无疑是21世纪化学工程的一个重要方向【1】。2013年诺贝尔化学奖授予给卡普拉斯、莱维特和瓦谢尔三位美国科学家以表彰他们在发展多尺度模型研究复杂化学体系上的贡献。这次授奖表明对于今天的化学家来说计算机分子模拟已和试管实验同等重要,理论和实践要密切合作才能解决复杂问题。关键词:计算机,分子模拟,应用前言:分子模拟是80年代初兴起的一种计算机辅助实验技术,它利用计算机以原子水平的分子模型来模拟分子的结构与行为,进而模拟分子体系的各种物理化学性质。分子模拟不仅可以模拟分子的静态结构,也可以模拟分子体系的动态行为(如氢键的缔合与解缔、吸附、扩散等)。分子力学(MolecularMechanics)模拟基本原理:该方法通过对实验结果或者高级计算(密度泛函,从头算等)结果进行拟合得到的参数,以及牛顿经典力学对分子体系进行考察。分子力场主要通过分子内部的化学健以及分子间的非键作用来描述。分子的键长键角调节分子的构象。通过分子力学进行几何优化就是通过调整分子的几何形状,使得其健长值和键角值尽可能接近标准值,同时调整分子间距离,使非键相互作用处于最小的状态。体系的几何优化过程就是改变原子坐标对能量函数求极小化的过程。这些键长、键角、二面角以及相应的力常数就称为力场。不同的力场对能量函数形式和相应的键长、键角等参数有不同的定义。因而能准确描述研究体系的力场是分子力学进行精确计算的前提。有关系统介绍分子模拟的专著见文献,近期国内外有关评述性文章见文献【2】。1.分子模拟的相关概念1.1分子模拟的定义分子模拟,是指利用理论方法与计算技术,模拟或仿真分子运动的微观行为,广泛的应用于计算化学,计算生物学,材料科学领域,小至单个化学分子,大至复杂生物体系或材料体系都可以是它用来研究的对象。1.2分子模拟的优势利用适当的简化条件,将原子间的作用等效为质点系的运动,从而避免了求解繁琐的量子力学方程。原子的运动遵从牛顿第二定律,质点系整体遵从哈密顿原理。与之对应,完全从量子力学出发进行的原子计算称为”第一性原理(abinto)计算“。第一性原理计算虽然精度高,但是计算复杂,难以实现大规模的模拟。而分子模拟则在保证精度的同时,大大扩展了原子的计算机模拟的使用范围。第一性原理计算通常不过几十、几百个原子,而分子模拟甚至可以实现百万甚至千万个原子的运算。1.3分子模拟的分类分子模拟的工作可分为两类:预测型和解释型。预测型工作是对材料进行性能预测、对过程进行优化筛选,进而为实验提供可行性方案设计。解释型工作即通过模拟解释现象、建立理论、探讨机理,从而为实验奠定理论基础。计算机分子模拟基本原理2.1从头计算法:在量子化学计算中指基于量子力学基本原理直接求

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  • 物理设计分子模拟

    2013-12-22 22:10:38
    分子模拟的简单框架,通过C编程模拟分子运动的简单过程。
  • 分子模拟辅助设计合成葛根异黄酮分子印记整体柱,赵家伟,张丽颖,目的:通过分子模拟辅助设计合成对葛根异黄酮具有特异性识别能力的分子印记整体柱,并从理论上探究其特异性分子识别机制。方法:
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  • 分子模拟与设计基本理论的课件,具体包含Force Fields,Solvation Models,Molecular Dynamics,Advanced Topics on MD,Molecular Design。文件长达90多页,内容较为详细。
  • sparky 分子模拟

    2018-10-24 08:17:10
    用于有机化学分子构型模拟,能量最小化计算,键能键长测量等相关
  • 高分子溶液的计算机模拟高分子稀溶液的计算机模拟摘要:综述了近年来高分子溶液领域的分子模拟研究进展。介绍了国内外研究者基于分子动力学法(MD)和蒙特卡洛(MC)法对高分子溶液的相形为,溶解动力学性质以及流变性质...

    高分子溶液的计算机模拟

    高分子稀溶液的计算机模拟

    摘要:综述了近年来高分子溶液领域的分子模拟研究进展。介绍了国内外研究者基于分子动力学法(MD)和蒙特卡洛(MC)法对高分子溶液的相形为,溶解动力学性质以及流变性质的模拟。同时还介绍了利用计算机模拟技术对高分子稀溶液溶液进行的一些新的研究方向。

    关键词:高分子稀溶液;计算机模拟

    Abstract: The development of polymer dilute solution study with molecular simulate recent years was reviewed.The phase of polymer solution, the dynamic properties of dissolution and the properties of rheology studied by researcher at home and abroad with molecular dynamics and Monte Carlo were introduced in this paper. At the same time some new aspects about polymer solution study with molecular simulate also be introduced.

    Keywords: polymer dilute solution; Computer simulation

    1 前言

    聚合物以分子状态分散在溶剂中所形成的均相体系称为高分子溶液。其中油漆、涂料、胶粘剂及凝胶为浓溶液的范畴,对这方面的研究工作,具有很大的实际意义(如浓溶液的流变性能与成型工艺的关系等)。但是由于体系性质的复杂性,至今还没有很成熟的理论,仅有一些定性的规律,浓度在1%以下的溶液为稀溶液。由于传统的实验方法难以实现在微观条件下研究高分子溶液,尤其是溶解过程中聚合物-溶剂间相互作用力的大小、聚合物溶解前后的构象以及体系能量的变化等难以得到。为此分子模拟技术作为80年代初兴起的一种计算机辅助技术[1],不仅能够降低科研开发成本,缩短研发周期,还能弥补实验上的不足,所以越来越受到人们的关注。随着计算方法、计算机以及软件的发展,分子模拟技术的应用越来越广泛,模拟的系统由原来的几百个原子发展到今天的上万个原子系统,这就给我们研究高分子溶液提供了可能。国内外研究者一般基于分子动力学(MD)和蒙特卡洛(MC)法来研究高分子溶液,文章总结了近几年来研究人员在高分子稀溶液的分子模拟技术的研究进展。

    2 高分子稀溶液的计算机模拟

    对高分子稀溶液的研究能够获得高分子溶液的热力学性质(高分子-溶剂体系的混合熵、混合热和混合自由能)、动力学性质(高分子溶液的粘度、高分子在溶液中的扩散和沉降)以及聚合物的分子量和分子量分布、高分子在溶液中的形态和尺寸、高分子链段间及链段与溶剂分子间的相互作用[2]。因此,研究者一直热衷于高分子稀溶液的研究,Flory-Huggins晶格模型理论和Flory-Krigbaum稀溶液理论就是在此基础上发展出来的。

    分子模拟技术已经成为研究者研究高分子稀溶液的主要手段之一。聚合物的溶解过程很复杂,对于无定性聚合物来说,一般要经过溶剂化、溶胀,最后才是溶解;而交联聚合物不会发生溶解,只能溶胀;结晶聚合物还必须先破坏晶格,然后才能溶剂化、溶胀和溶解。聚合物分子链则从当初的缠结蜷曲状态转变成伸展状态,对不同的溶剂,由于它们之间的作用,聚合物在其中的构象也不一样;同时由于在溶液中要达到均一的相平衡态,溶剂分子的构象也会有所变化。分子动力学(MD)模拟是研究分子在溶液中构象变化的主要模拟手段之一,可以模拟分子在溶液中的状态。侯艳君[3]等人采用分子动力学模拟方法,研究了酰胺类化合物分子在各种极性不同的溶剂中构象的变化,经量化计算结果分析发现,该酰胺类化合物构象在水和乙醇溶液中偶极矩均大于在四氯化碳溶液中构象的偶极矩,而特殊伸展构象及卷曲式构象的偶极矩均较完全伸展构象大。Susumu Fujiwara[4]等利用分子动力学模拟研究了单个聚合物分子链在真空和溶液中的构象,通过对无规构象的高温淬火,发现两种情况中在一个低的温度形成了重叠取向有序结构,同时研究发现溶液中形成的重叠取向有序结构的主干要比在真空中长。这是由于聚合物分子链的余辉长度在溶液中比在真空中长的缘故。Basel Abu-Sharkh[5]等通过分子动力学模拟研究了支链含量对Ziegler-Natta低密度聚乙烯在稀溶液中的构象影响。真空条件下,模拟了温度在400K和500K时不同水平支链含量的辛烯低密度聚乙烯,模拟时依据模拟的ZN-LLDPE分子链随机分布。研究发现增大支链含量减少了链折叠以及改变了链的构象。当支链/主链比值接

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  • 分子模拟相关原理

    2018-12-21 14:25:00
    分子模拟定义及方法 将一定数量的分子输入计算机内进行分子微观结构的测定和宏观性质的计算。按照获得微观态的方法不同,分子模拟可以分为: 1.Monte Carlo蒙特卡罗方法,MC:1.构型平均,不包含动力学部分;2....

    分子模拟定义及方法

    将一定数量的分子输入计算机内进行分子微观结构的测定和宏观性质的计算。按照获得微观态的方法不同,分子模拟可以分为:

    1.Monte Carlo蒙特卡罗方法,MC:1.构型平均,不包含动力学部分;2.利用概率行走产生微观态。

    2.Molecular Dynamics分子动力学,MD:1.时间平均,产生动力学性质;2.利用运动轨线随时间的变化来产生一系列微观态。

    主要依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动,以在分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本,从而计算体系的构型积分,并以构型积分的结果为基础,进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质。目的是用少量粒子的长时间平均行为,来试着取代大量粒子的瞬间平均行为。

    3.hybrid method混合方法,HM

    分子模拟涉及的几个基本概念

    1.Simulation box(cell)模拟计算盒子或模拟胞腔:装有一定数目流体分子的研究对象,它是我们要研究的宏观体系的微缩模型。设盒子边长为L,则体积为V=L3,分子的质量为m,则系统的密度为d=Nm/L3,系统的密度=实验室测定的密度。

    2.Periodic boundary condition周期边界条件,PBC:

    在小体系中,边界效应总是很显著。在模拟中,考虑具有真实边界的对象,不切合实际(增强了有限尺寸效应;人为造成的边界会影响流体的性质)。故需要以下算法:本体系的近似——中心盒子在x,y和z方向上无限扩展,消除人为形成的边界的表面效应,保证中心盒子中的粒子数恒定,只需要跟踪中心盒子中个粒子的运动。(当某个粒子运动出模拟盒子的某一边界时,另外一个影像粒子从另一对立边界进入到此盒子中)

     周期边界条件的算法:

              

    Fortran中常用函数:

    Dble(x)*把数据x转换成双精度实数,x:I

    ANINT(x[,kind])*对x四舍五入取整,并转换为实数(kind),x:R,kind:I,结果:R(kind)

     3.Minimum image convention最小影像转化原理:中心元胞中的一个粒子只与此元胞中的其它N-1个粒子,或它们的最近邻影像发生相互作用。适用条件:粒子间相互作用势能的截断距离必须不大于模拟中心元胞长度的一半。

    最小影像转化原理的算法:

    4.Truncating the Potential截断势能:粒子间的相互作用主要来自于截断范围内,而范围外的贡献很小,可忽略不计。(不大于最小边长的一半)

       

    Truncated Potential简单截断势能函数:                      Shifted and Truncated Potential位移截断势能函数:                  Shifted-Force Potential位移-力截断势能函数:

     势能在截断处不连续,能量不守恒                                常用于MC,MD模拟中,但势能在截断处连续                               常用于MD模拟中,分子间力和势能在截断处均连续

    分子间力在截断处不连续且无穷大,MD运动不稳定          分子间力在截断处不连续,不为无穷大但势能在截断处连续

    蒙特卡罗方法基础

    亦称为统计模拟或随机抽样方法,statistical simulationmethod-->利用随机数进行数值模拟的方法

    随机数具有的基本特性:1.随机数序列应是独立的、互不相关的uncorrelated;2.场长的周期long period;3.均匀分布的随机数应满足均匀性uniformity;4.有效性efficiency.

    得到一个可能的随机数列,是在计算机上实现Monte Carlo方法的关键。MC方法解决的问题:1.问题本身是确定性问题,要求我们去寻找一个随机过程,是该随机过程的统计平均就是所求问题的解;2.问题本身就是随机过程,我们可以根据问题本身的实际物理过程来进行计算机模拟和跟踪,并采用统计方法求得问题的解。

    正则系统蒙特卡罗模拟方法(NVT)Canonical Monte Carlo Simulation

    正则系综MC模拟算法的组织:                                                                                           正则系综MC模拟算法的流程:

    正则系综MC程序模拟资源:

    随机发生器资源:

    分子动力学基础

    1.如何实现纳米尺度的材料研究与宏观尺度的实验结果的比较?分子动力学元胞+周期边界条件

    要找到合适的元胞,需要对不同尺寸的元胞进行试验(收敛性试验),找到收敛趋势,得到截断值,由此得到代表性单元。(注意找收敛趋势的时候要画在同一坐标里)

    元胞模型的建立:(1).材料的原子结构——材料所含个原子的空间位置,可由x射线衍射法实验获得,详细信息可通过数据库查找:American Mineralogist Crystal Structure Datebase;(2).材料原子间立场的定义——个原子间的相互作用势,包括库仑力,分子内部原子相互作用力,分子间原子相互作用力(范德华力)。定义库伦力势与分子内部及分子间原子作用力势(简单为好)

    分子总能量=动能+势能(几何坐标的函数)

    非键结作用:最基本的应用最多的是二体势(对势),最常用的是Lennard-Jones对势,ε是能量参数,σ是长度参数,如下:

       

    将牛顿运动定律方程式对时间积分,可以预测原子经过时间t 后的速度和位置。其数值解法:verlet方法

     

    2.岩土材料的晶体结构——空间点阵

    晶胞——在晶格中最能表现出其结构一切特征的最小部分。(在三维空间有规则地重复排列变成了晶格或晶体)。6个参数,三个边(a,b,c),三个角(α,β,γ),七种晶系。

    晶体的基本类型:粒子晶体(NaCl),原子晶体(金刚石),分子晶体(CO2),金属晶体(Cu)。

     

    转载于:https://www.cnblogs.com/zll-52011/p/9819675.html

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  • fortran程序分子模拟

    2011-07-26 09:00:55
    fortran分子模拟程序,有边界条件及初始条件。
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  • 分子模拟教程.ppt

    2013-03-21 20:41:44
    很好的PPT分子模拟教程,比看文献好多了
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