A fast parallel clustering algorithm for molecular simulation trajectories

We implemented a GPU‐powered parallel k‐centers algorithm to perform clustering on the conformations of molecular dynamics (MD) simulations. The algorithm is up to two orders of magnitude faster than the CPU implementation. We tested our algorithm on four protein MD simulation datasets ranging from the small Alanine Dipeptide to a 370‐residue Maltose Binding Protein (MBP). It is capable of grouping 250,000 conformations of the MBP into 4000 clusters within 40 seconds. To achieve this, we effectively parallelized the code on the GPU and utilize the triangle inequality of metric spaces. Furthermore, the algorithm's running time is linear with respect to the number of cluster centers. In addition, we found the triangle inequality to be less effective in higher dimensions and provide a mathematical rationale. Finally, using Alanine Dipeptide as an example, we show a strong correlation between cluster populations resulting from the k‐centers algorithm and the underlying density. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.     

CoSAPO-34分子筛的合成、表征及其光催化脱氮性能

利用水热合成法,以三乙烯四胺（TETA）为模板剂,正硅酸乙酯、磷酸、氢氧化铝及乙酸钴为原料,合成了CoSAPO-34分子筛。通过扫描电子显微镜（SEM）、粉末X射线衍射（XRD）、热重（TG）、N2吸附-脱附和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等方法对合成的分子筛进行表征。以吡啶-正辛烷体系为模拟油品对分子筛催化剂的脱氮效果进行评价,考察了样品的用量、光催化时间及循环催化次数对其脱氮性能的影响。结果表明：当合成原料的物质的量之比为n_P2O5：n_AL2O3：n_SiO2：n_Co：n_TETA=1：0.26：0.82：0.81：2.05,在200 ℃晶化24 h,合成得到粒径约为50 μm、仍保持了SAPO-34分子筛的骨架结构、形貌为立方体的CoSAPO-34分子筛,而且该分子筛具有较好的热稳定性。在500 W氙灯光照条件下反应150 min,样品对质量分数为100 μg·g^-1模拟油品的脱除率达到70%,循环3次光催化脱氮活性基本保持不变。     

Asymmetric Synthesis, Antifungal Activity and Molecular Modeling of Iodiconazole Isomers

Iodiconazole is a novel antifungal agent that was developed in its racemic form. In order to investigate the ef- fects of the chiral center on the antifungal activity, R- and S-isomers of iodiconazole were prepared on the basis of the asymmetric Sharpless epoxidation. （S）-Iodiconazole was proved to have better antifungal activity than the （R）- isomer. The binding modes of the two isomers with lanosterol 14~z-demethylase were clarified by molecular dock- ing.     

激酶ABL与肉豆蔻酰位点小分子作用机理的分子动力学模拟及自由能计算

采用分子动力学方法研究激酶ABL 与ATP 位点小分子imatinib、P16 及变构位点小分子STJ、MS7、MS9、3YY、MYR等的结合, 并用GBSA (generalized Born surface area)方法将结合自由能分解到各残基. 自由能计算结果表明, 小分子STJ、MS7、MS9 有利于imatinib 与ABL 结合; 小分子STJ、MS7、MS9 与激酶ABL的结合自由能接近, 绝对值均大于ABL 与3YY、MYR 的结合自由能. 能量分解表明, ABL 残基ILE502、VAL506、LEU510与STJ和MYR的相互作用是αI 螺旋处于弯曲状态的重要原因. 模拟过程中ABL肉豆蔻酰口袋残基均方根偏差(RMSD)变化值表明, STJ等小分子抑制剂与ABL结合后降低了肉豆蔻酰口袋残基的柔性.     

径向电场对纳米管中水分子通量的影响

水分子在纳米通道中的运动对于生命活动、纳米器件的设计等都有着重要的意义. 现在已经证实, 在(6,6)的碳纳米管中, 水分子会以单分子水链的形式协同通过碳纳米管. 但是如何控制水分子的流量仍然是一个困难的课题. 本文研究了在径向电场作用下, 碳纳米管中水分子通量的变化趋势和碳纳米管的开关行为.发现在碳纳米管两端存在200 MPa的压力差时, 电场强度从1 V·nm^-1增加到3 V·nm^-1, 水分子通量线性减小. 当径向电场强度增加到3 V·nm^-1时, 碳纳米管处于关闭状态, 水分子无法通过碳纳米管. 进一步, 我们发现水偶极与碳纳米管管轴夹角的平均值的概率分布和翻转频率都与水分子在纳米管中的个数有很大关系.     

氢键准则在DMSO水溶液中应用的评价

利用分子动力学模拟方法, 分别采用几何准则和能量准则分析了不同浓度下的二甲基亚砜(DMSO)水溶液的氢键统计和动力学等特性. 结果显示, 两种氢键准则可以很好地反映出溶液的氢键性质随浓度的变化趋势. 通过分析比较发现, 由于几何准则不能有效地排除具有弱对势能的分子对, 因此其统计的氢键数量要大于能量准则的结果.此外, 能量准则对于分子间相对取向的区分存在不足, 进而引起氢键寿命的计算结果偏大.因此,为使氢键分析更加准确, 本文建议使用几何-能量混合型氢键准则.     

水分子对α相CL-20热分解机理影响的分子动力学研究

研究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)晶体不同晶型在不同温度下的反应机理, 对于深入认识含能材料在极端条件下的冲击起爆、冲击点火和爆轰过程等具有重要意义. 基于反应力场, 研究水分子在纯α相CL-20及其水合物的晶体结构中数量随时间的变换, 分析水分子对两种体系的初始分解和第二阶段的分解路径的影响. 计算结果表明: CL-20 分子的初始分解路径与水分子无关, 第二阶段的分解反应与水分子有关. 在低温(T<1500 K)下, 水分子对两种体系没有影响, 二者的初始分解路径均为N-NO₂键生成NO₂自由基; 在1500 K≤T≤2500 K时, 水分子作为反应物或与NO₂、、OH自由基等组成催化体系, 生成O₂、H₂O₂等产物, 加速水合物体系在高温下的第二阶段反应, 使得高温下水合物体系的化学反应速率和反应生成的NO₂自由基的数量比纯CL-20体系的化学反应速率和反应生成的NO₂自由基的数量大; 在T>2500 K时, 水分子的催化反应抑制CL-20初始分解反应, 使得在3000 K时纯CL-20体系的反应速率大于水合物体系中CL-20的反应速率.     

Al-MCM-41 负载离子液体双酸位催化剂及制备生物柴油

采用不同硅铝比的MCM-41负载离子液体,制备得到一系列负载型双酸位催化剂,并用XRD、FTIR、N₂-吸脱附、热重分析及TEM对其进行表征,以大豆油与甲醇的酯交换反应为探针实验考察了其催化活性.结果表明,离子液体成功固载于介孔分子筛并能保持其介孔结构,且在酯交换反应中表现出良好的反应活性.在ILs负载量为30%,醇油物质的量的比为36:1,140 ℃下反应5 h,生物柴油收率在90%以上;而分子筛中Al的引入为活性组分离子液体构建了有益的酸环境,促进了其催化活性的提高;与均相离子液体相比,负载型催化剂又能明显提高生物柴油的收率,且回收利用4次后,生物柴油收率仍接近88%.     

CuSAPO-5分子筛的合成、表征及对甲苯吸附性能

采用水热合成法,以三乙烯四胺（TETA）为模板剂,合成CuSAPO-5分子筛。通过扫描电子显微镜（SEM）、粉末X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、热重（TG）、N₂吸附及元素分析等手段对分子筛样品进行表征,考察了不同硅铝比对合成分子筛晶体的影响,并测定了分子筛样品对甲苯的吸附性能。结果表明,将合成液的pH值调节为4.8～5.0,于150～170℃晶化1 d,可合成晶体形貌为球体的CuSAPO-5分子筛,粒径约为30 μm。分子筛样品具有较好的热稳定性,仍保持了SAPO-5分子筛的AFI骨架结构,属于微孔分子筛,孔径约为0.70nm,比表面积约为265 m²·g^-1。元素分析结果表明分子筛中P、Si、Al和Cu的含量分别为12.56%、4.48%、7.17%和6.25%。样品对甲苯的吸附约在120 min时达到饱和,吸附量约为180 mg·g^-1。     

CO2在氨基改性MIL-101(Cr)中吸附的分子模拟

采用实验与分子模拟结合的方法研究298 K下CO₂在氨基改性得到的MIL-101（Cr）-NH₂和MIL-101（Cr）-ED（ED：乙二胺）上的吸附性能。比较MIL-101（Cr）、MIL-101（Cr）-NH₂和MIL-101（Cr）-ED的吸附等温线与吸附热的结果,表明采用直接合成改性法得到的MIL-101（Cr）-NH₂比采用合成后再改性得到的MIL-101（Cr）-ED有更高的CO₂吸附容量。进一步比较密度分布图和径向密度分布曲线,分析CO₂在氨基改性MIL-101（Cr）中的吸附位,表明在低压下CO₂首先吸附在MIL-101（Cr）微孔的超级四面体中,随着吸附压力的增大逐渐填充到更大的孔中。氨基的存在增加了CO₂的吸附位点,使MIL-101（Cr）-NH₂具有较高CO₂吸附容量;同时MIL-101（Cr）-ED中的ED分子的存在增加了CO₂的吸附位点,使MIL-101（Cr）-ED也具有较高CO₂吸附容量;但是MIL-101（Cr）-ED中的ED分子占据了MIL-101（Cr）中Cr的吸附位点,使Cr对CO₂的吸附强度减弱,同时可吸附位点少于MIL-101（Cr）-NH₂,导致其对CO₂的吸附容量少于MIL-101（Cr）-NH₂。