应用从头计算和ABEEMσπ极化力场方法对ML_n(M=Na~+/K~+;L=NMA,H_2O;n=1～6)的研究

本文使用从头计算MP2/6-311++G(2d,2p)//B3LYP/6-31+G(d,p)和ABEEM??极化力场(ABEEM??/MM)方法,对MLn(M=Na+/K+;L=N-methlylacetamide,H2O;n=1~6)体系的结构、结合能和电荷分布进行系统研究.研究结果表明,ABEEM??/MM所获得的各种物理量与从头算结果符合很好,其中键长的平均绝对偏差(AAD)接近0.03?,键角的AAD小于0.69°,结合能的AAD小于5%,ABEEM??的电荷分布与从头算的电荷分布的线性相关系数均在0.97以上.     

从头算和ABEEMσπ/MM对(CH_3OH)_n(n=3～12)和[Na(CH_3OH)_n]~+(n=3～6)体系的研究

采用从头算方法(ab initio)和原子-键电负性均衡浮动电荷分子力场方法(ABEEMσπ/MM),对甲醇团簇(CH_3OH)n(n=3~12)和[Na(CH_3OH)_n]~+(n=3~6)体系的结构、电荷分布和结合能进行研究.依据从头算结果构建上述体系的ABEEMσπ/MM浮动电荷势能函数,并确定相关参数.结果表明,ABEEMσπ/MM所获得的结构和结合能等均优于OPLS/AA力场,并与从头算结果相符,其中键长的平均绝对偏差(AAD)小于0.004 nm,键长、键角和结合能的相对均方根偏差(RRMSD)分别小于3.8%,1.7%和6.8%;电荷分布与从头算结果的线性相关系数均大于0.99.     

发展尿素与丙氨酸二肽相互作用的ABEEM/MM可极化力场

基于ABEEM/MM浮动电荷模型，尝试建立了一个新的可合理描述尿素-丙氨酸二肽-水分子之间相互作用的可极化力场.采用量子力学(QM)ωB97X-D/6-311++G(3df, 2p)//MP2/aug-cc-pVTZ方法对(Urea)(Ala)₂的结构、电荷分布及结合能进行计算，以及HF/STO-3G方法计算电荷分布.构建尿素-丙氨酸二肽-水体系的ABEEM/MM势能函数，基于QM计算结果，优选确定相关参数.结果表明，与QM相比，ABEEM/MM获得的(Urea)(Ala)₂的键长、键角、二面角和结合能的AAD(平均绝对偏差),RMSD(均方根偏差)和RRMSD(相对均方根偏差)分别为0.000 8 nm, 0.001 4 nm, 1.2%;1.36°,1.72°,1.5%;4.10°,5.56°,5.0%;6.07 kJ·mol^-1,6.82 kJ·mol^-1和10.2%,电荷分布的线性相关系数为0.988.将上述势能函数应用于(Ala)₂(Urea)₂...     

应用ABEEMσπ/MM方法计算一些有机分子的总能量

应用ABEEMσπ/MM方法计算烷烃Cn H2n+2(n=1~14)的总能量,以从头算(MP2/6-311+G(d,p))的结果为依据,拟合了不同类型原子的价态能量参数.通过这些参数又计算了环烷烃Cn H2n(n=6~12)、烯烃Cn H2n(n=2~8)和一元醇Cn H2n+1OH(n=1~8)体系的总能量,将结果与从头算(MP2/6-311+G(d,p))方法相比,绝对偏差均小于27.878 9kJ/mol,相对偏差均小于3.874 4×10-5,环烷烃、烯烃、醇的均方根偏差分别为5.581 1,10.255 6,7.921 9kJ/mol;相对均方根偏差分别为0.327 3,0.910 9,0.565 0,线性相关系数全部达到1.000 0.由此可见,ABEEMσπ/MM方法计算的分子能量与从头算(MP2/6-311++G(d,p))相比具有很好的一致性,验证了我们所拟合的参数的合理性和可转移性,而且计算速度很快.     

碱基与氮甲基乙酰胺相互作用的从头算和ABEEMσπ研究

选取氮甲基乙酰胺(N-Methylacetamide,NMA)和DNA碱基为研究对象,应用ABEEMσπ/MM方法研究了NMA与碱基之间形成的二聚体的几何构型、电荷分布及结合能等性质,并进行了相应的从头算(abinitio)MP2水平研究,在B3LYP/6-311 ++G(d,p)水平下对结构进行了优化.将2种方法的研究结果进行比较发现,所获得的构型、电荷及结合能之间具有很好的一致性,NMA与DNA碱基相互作用的强度大小依次为:鸟嘌呤＞胸腺嘧啶＞胞嘧啶＞腺嘌呤,且证明了ABEEMσπ/MM模型的参数具有很好的可转移性.     

碱基与氮甲基乙酰胺相互作用的从头算和ABEEMσπ研究

选取氮甲基乙酰胺(N-Methylacetamide,NMA)和DNA碱基为研究对象,应用ABEEMσπ/MM方法研究了NMA与碱基之间形成的二聚体的几何构型、电荷分布及结合能等性质,并进行了相应的从头算(abinitio)MP2水平研究,在B3LYP/6-311 ++G(d,p)水平下对结构进行了优化.将2种方法的研...     

水合氢离子团簇从头算和ABEEM/MM的理论研究

应用高水平的从头计算方法和ABEEM/MM模型, 研究了水合氢离子团簇H3O＋(H2O)n (n＝1～6), 优化得到了低能构象, 探讨了其结合能和稳定性, 显示出H3O＋(H2O)3局域结构的优势存在．对H3O＋(H2O)6VIa团簇的ABEEM电荷分布进行分析, 表明第一水合层水分子与水合氢离子之间的氢键相互作用要明显强于与第二水层水分子的氢键相互作用. 研究结果表明, ABEEM/MM方法计算的结果和从头算得到的结果存在很好的一致性.     

应用ABEEM/MM模型研究水分子团簇(H2O)n (n=11～16)的性质

应用ABEEM/MM 模型计算了较大的水分子团簇(H2O)n (n=11~16)的各种性质,如：优化的几何构型, 氢键个数, 结合能, 稳定性, ABEEM 电荷分布, 偶极矩, 以及结构参数、平均氢键个数和强度, 增加的团簇结合能等.结果表明,从立方体结构到笼状结构的过渡出现在n=12的水分子团簇中,随着类似于笼状结构特点的不断增强,五元环的富集程度有所增加.     

鸟嘌呤四链体中Na~+的移动

Na+-G-四链体复合物是一个明显的极化体系,其形成或解离过程中,Na+的移动路线目前还不十分明确.σπ水平的原子-键电负性均衡方法融合进分子力学(ABEEMσπ/MM)模型除原子位点外,还明确地定义了孤对电子、σ键和π键的位置,并且各位点电荷随分子环境改变而浮动,因此能更好地反映该体系的极化现象.本文应用ABEEMσπ/MM方法研究了Na+-G-四平面复合物的性质,包括它的几何构型、电荷分布和结合能等,并在MP2/6-31G(d,p)水平上做了相应的从头算,两种结果十分吻合.Na+的存在改变了G-tetrad的氢键方式.通过比较Na+各条移动路线中体系的结合能,预测G-四链体中三个Na+最有可能沿α方向依次移出.以上研究为进一步应用ABEEMσπ/MM模型进行G-四链体中离子交换通道的动力学模拟打下坚实的基础.     

应用ABEEM/MM力场模型研究水分子团簇(H2O)n(n=7～35)的性质

应用ABEEM/MM模型研究和计算了水分子团簇(H2O)n(n=7～35)的各种性质,如:优化的几何构型,氢键个数,结合能,稳定性,ABEEM电荷分布,偶极矩,以及结构参数、平均氢键个数和强度、团簇的递增结合能等,并描述了六聚水区域中所反映的从二维结构(从二聚水到五聚水)到三维结构(n>6的水分子团簇)的过渡,又进一步地预测了从立方体结构到笼状结构的过渡出现在n=12的水分子团簇中,随着类似于笼状结构特点的不断增强,五元环的富集程度有所增加.以上研究不仅系统研究和分析了水团簇的各种性质,而且对比Ab initio研究和实验结果,进一步验证了ABEEM/MM模型的合理性以及参数的正确性和可转移性.     

应用ABEEM/MM模型研究水分子团簇(H2O)n(n=7~10)的性质

应用ABEEM/MM模型计算了中等大小水分子团簇(H₂O)_n(n=7~10)的各种性质, 如: 优化的几何构型、氢键个数、结合能、稳定性、ABEEM电荷分布、偶极矩、结构参数的描述等, 并描述了六聚水区域中所反映的从二维结构(从二聚水到五聚水)到三维结构(n>6的水分子团簇)的过渡.     

鸟嘌呤四链体中K+移动路径的预测

结合鸟嘌呤四链体(G4)的结构特点,取G4中的一个K+与一片g-tetrad(g-tetrad-K+)为研究对象,和一个K+与两片g-tetrad(1,2-g-tetrads-K+和2,3-g-tetrads-K+)为研究对象.为g-tetrad-K+,1,2-g-tetrads-K+和2,3-g-tetrads-K+三体系中的K+设计了几种移动路径,来探讨G4中K+与g-tetrad的作用.首先分别应用从头计算MP2/6-31G(d,p)和ABEEMσπ/MM(σπ水平的原子键电负性均衡原理融入到分子力学)方法,对g-tetrad-K+中K+移动过程中体系的结构和能量变化进行了详细研究.结果表明ABEEMσπ/MM方法能够准确地描述g-tetrad-K+体系的结构、结合能等性质.为了更接近实际体系,进而用ABEEMσπ/MM方法预测了更大的体系:一个K+和两片g-tetrad.由于体系较大,MP2方法无法计算其结合能.ABEEMσπ/MM方法对g-tetrad-K+,1,2-g-tetrads-K+和2,3-g-tetrads-K+体系中K+移动而产生的结合能变化表明:如果吸收足够的能量,G4中K+最容易沿α方向移出.     

应用QM与ABEEM/MM结合的方法研究NAMI-A的结构性质

应用量子力学(QM)与ABEEM浮动电荷力场(ABEEM/MM)相结合的方法研究了抗癌药物NAMI-A在水溶液中的结构性质. 所有的结构优化都是在DFT的B3LYP方法下采用6-31G(d,p)和LanL2DZ基组完成的, 没有加入任何限制性条件. 结果表明, 优化得到的NAMI-A构型受不同环境及方法的影响均有变化. 与气相中得到的构型相比, QM/MM迭代优化得到构型要比PCM的构型变化更明显. QM/MM (ABEEM/MM)迭代优化得到的NAMI-A构型比QM/MM (OPLS-AA)的变化要小. 总之, 溶剂通过极化效应对NAMI-A结构、电荷分布及径向分布函数等性质均有影响, 客观地处理极化效应才能正确地反映QM区的性质.     

Sr2+和Ba2+水分子体系结构和结合能的从头算和ABEEM/MM研究

应用从头算方法和ABEEM/MM浮动电荷分子力场, 研究了水合碱土离子团簇Sr²⁺/Ba²⁺(H₂O)_n (n=1-6), 构建了离子-水相互作用的ABEEM/MM势能函数, 获得了水合离子团簇的稳定结构, 计算了结合能. 计算结果表明, ABEEM/MM方法的结果和从头算方法的结果有很好的一致性. 进一步应用ABEEM/MM对Sr²⁺和Ba²⁺水溶液进行了分子动力学模拟. 对Sr²⁺水溶液, 得到的Sr²⁺-水中氧原子的径向分布函数的第一和第二最高峰分别位于0.257和0.464 nm处, 第一和第二水合层的配位水分子数分别为9.2和11.4; 对Ba²⁺水溶液, 得到的Ba²⁺与水中氧原子的径向分布函数的第一和第二最高峰分别位于0.269和0.467 nm处, 第一和第二水合层的配位水分子数分别为9.9和12.4. 这与实验值或其它理论模拟结果有较好的一致性. 对比外层的水分子, 金属离子的极化作用使得溶液中第一水合层中水分子的O―H键长增长, HOH键角减小.     

鸟嘌呤四链体中Na+的移动

Na+-G-四链体复合物是一个明显的极化体系, 其形成或解离过程中, Na+的移动路线目前还不十分明确. σπ水平的原子-键电负性均衡方法融合进分子力学(ABEEMσπ/MM)模型除原子位点外, 还明确地定义了孤对电子、σ键和π键的位置, 并且各位点电荷随分子环境改变而浮动, 因此能更好地反映该体系的极化现象. 本文应用ABEEMσπ/MM方法研究了Na+-G-四平面复合物的性质, 包括它的几何构型、电荷分布和结合能等, 并在MP2/6-31G(d,p)水平上做了相应的从头算, 两种结果十分吻合. Na+的存在改变了G-tetrad的氢键方式. 通过比较Na+各条移动路线中体系的结合能, 预测G-四链体中三个Na+最有可能沿α方向依次移出. 以上研究为进一步应用ABEEMσπ/MM模型进行G-四链体中离子交换通道的动力学模拟打下坚实的基础.     

InnNa和InnNa+(n=2-8)的团簇结构和电子性质

在密度泛函理论B3LYP水平上, 对InnNa和InnNa+(n=2-8)团簇进行了结构优化和振动频率计算. 计算结果表明, InnNa(n=2、3、4、6)最稳定结构中的对称性分别为C2v、C3v、C4v和C2v, 而InnNa(n=5、7、8)的最稳定结构的对称性为C1点群. 从InnNa(n=4-8)的最稳定结构可以看出, Na原子均位于四个In原子形成的四边形面上. 对于InnNa+(n=2-8), 除了In2Na+、In4Na+和In7Na+, 其它结构都与其中性结构相似. 进一步计算InnNa(n=2-8)团簇的平均结合能、能量的二阶差分以及绝热电离能表明, InnNa(n=2-8)团簇能量的二阶差分呈现奇偶交替特征, In4Na和In6Na较其它团簇更为稳定, 而且理论计算得到的绝热电离能和实验结果吻合得很好.     

ABEEM/MM浮动电荷力场应用于血红素结构的研究

运用拟合的参数, 应用ABEEM/MM浮动电荷力场对血红素分子结构进行了模拟. 结果表明, 该力场与CHARMM力场相比, 能更好地模拟晶体结构. 计算的ruffing构象能与B3LYP/6-31G*计算结果的线性相关系数在0.98以上, 同时表明血红素分子中twist-angle对ruffing构象具有明显影响. ABEEM/MM力场计算的细胞色素c552中血红素分子的电荷分布与CHARMM固定电荷力场的比较, 更准确地反映了血红素分子的电荷分布以及极化现象.     

离子液体中硝基苯的扩散系数与量子化学参数的相关研究

采用量子化学半经验AM1方法,分别对[CMIM]+(1,3-二甲基咪唑离子)、[C2MIM]+(1-甲基-3-乙基咪唑离子)、[C4MIM]+(1-甲基-3-丁基咪唑离子)、[C6MIM]+(1-甲基-3-己基咪唑离子)和硝基苯,以及它们1∶1复合物构象进行优化,在此基础上以DFT(B3LYP/6-31+G)计算它们的...     

InnNa和InnNa^＋（n=2—8）的团簇结构和电子性质

在密度泛函理论B3LYP水平上,对Innna和InnNa+(n=2-8)团簇进行了结构优化和振动频率计算.计算结果表明,InnNa(n=2、3、4、6)最稳定结构中的对称性分别为C2v、C3v、C4v和C2v而InnNa(n=5、7、8)的最稳定结构的对称性为C1点群.从InnNa(n=4-8)的最稳定结构可以看出,Na原子均位于四个In原子形成的四边形而上.对于InnNa+(n=2-8),除了In2Na+和In7Na+,其它结构都与其中性结构相似.进一步计算InnNa(n=2-8)团簇的平均结合能、能量的二阶差分以及绝热电离能表明,InnNa(n=2-8)团簇能量的二阶差分呈现奇偶交替特征,In4Na和In6Na较其它团簇更为稳定,而且理论计算得到的绝热电离能和实验结果吻合得很好.     

n(H_2O)(n=1,2)在HO_2+NO→HNO_3反应中的催化机制研究

采用CCSD(T)/aug-cc-p VTZ//B3LYP/6-311+G(2df,2p)方法对n(H_2O)(n=0,1,2)参与HO_2+NO→HNO_3反应的微观机理和速率常数进行了研究.结果表明,由于水分子与HO_2形成的复合物(H_2O…HO_2,HO_2…H_2O)结合NO与水分子形成的复合物(NO…H_2O,ON…H_2O)的反应方式具有较高能垒和较低有效速率,其对HO_2+NO→HNO_3反应的影响远小于双体水(H_2O)2与HO_2(或NO)形成复合物然后再与另一分子反应物NO(或HO_2)的反应方式,因此n(H_2O)(n=1,2)催化HO_2+NO→HNO_3反应主要经历了HO_2…(H_2O)_n(n=1,2)+NO和NO…(H_2O)_n(n=1,2)+HO_22种反应类型.由于HO_2…(H_2O)_n(n=1,2)+NO反应的低能垒和高速率,HO_2…(H_2O)_n(n=1,2)+NO反应优于NO…(H_2O)_n(n=1,2)+HO_2反应.与此同时,由于计算温度范围内HO_2…H_2O+NO反应的有效速率常数比HO_2…(H_2O)2+NO反应对应的有效速率常数大了10~12数量级,可推测(H_2O)_n(n=1,2)催化HO_2+NO→HNO_3反应主要来自于单个水分子.此外,在216.7~298.6 K范围内水分子对HO_2+NO→HNO_3反应起显著的正催化作用,且随温度的升高有明显增大的趋势,在298.2 K时增强因子k'RW1/ktotal达到67.93%,表明在实际大气环境中水蒸气对HO_2+NO→HNO_3反应具有显著影响.