表面活性剂胶团形成的自由能改变——碳氢链卷曲构象证据之一

用两种方法对各种类型表面活性剂水溶液胶团形成的碳氢链部分的标准自由能改变进行了计算: 一种是根据表面活性剂同系物的临界胶团浓度实验数据; 另一种是按照分子结构与碳氢链构象的模型。两种计算结果相符, 说明假设的分子结构与构象模型合理, 首次提供了表面活性剂长碳氢链在水中自卷曲的一种证据。     

聚合物链构象的Monte Carlo模拟:单链的构象熵

本工作提出了一种新的直接用Monte Carlo模拟方法计算聚合物链构象熵,我们称这种方法为构象计数法。在本文中首先叙述了这个方法的计算原理,然后将它应用到简单立方格子中的无规自避行走问题上。具体计算了短链(链步数n=7～19)和长链(n～2100)时的熵在短链下所得到的熵数据与准确值相比偏差在0.04％以内(2000个样本)。在长链下所得到的熵数据与重整化群理论的结果相比,误差在0.8％左右(样本数为300)。同时本文还计论了限制在边长为2的立方体内,最大链步数n=26的受限链的构象熵。由本方法所求得的数据和用直接计算构象数得到的熵准确值也符合得很好。偏差在0.6％以内(2000个样本)。本文还对权重因子进行了讨论,提出改进数据准确度的方法。     

高分子单链热力学量的Monte Carlo模拟

提出了一种Monte Carlo模拟方法,可以计算高分子链的热力学量.该方法采用简单立方格子上的自避行走链和紧邻相互作用模型,计算了链长200以内的链在无量纲相互作用参数△_ε/(?)T不同数值下的构象熵和Helmholtz自由能,其中△_ε为一次接触的能量,(?)为Boltzmann常数,T为绝对温度.模拟结果和直接计数法的准确结果显示出较好的一致性 并且得到排除体积和相互作用效应互相抵消的(?)条件下的参数△_ε/(?)T之值大约为-0.6且与链长无关.     

葡萄糖苷酶抑制剂作用机理的分子动力学模拟和自由能计算

含有锍离子的葡萄糖苷酶抑制剂如kotalanol (SK)和它除去磺酸基团后的衍生物(DSK), 是潜在的毒副作用较小的治疗II 型糖尿病的候选药物. α-葡萄糖苷酶抑制活性实验显示, DSK活性比SK略高, 而将二者环上的S原子替换成NH后(分别称为DSN和SN), DSN的活性要比SN高1500倍左右. 本文用分子动力学模拟, 结合自由能计算和自由能分解的方法对上述四个抑制剂的作用机理进行了研究. 研究结果表明活性的巨大差异是由NH基团取代效应和磺酸基团立体效应共同作用的结果, 由于N―C键长比S―C键长短, NH基团取代导致烷基链的翻转, 同时, 磺酸基团限制了链的翻转, 因此改变了抑制剂的结合模式. 计算结果与实验基本一致.本文的研究结果有助于进一步理解含锍离子的葡萄糖苷酶抑制剂的结合机理, 并为设计更有潜力的葡萄糖苷酶抑制剂提供了有价值的信息.     

环糊精二聚体的分子动力学模拟与自由能计算

采用分子动力学方法模拟了天然α,β,γ-环糊精（cyclodextrin,CD）二聚体以及6-O-（4-hydroxybenzoyl）-β-CD（HB-β-CD）二聚体在真空和水溶液环境下的结构和相互作用．利用自由能微扰方法计算了三种取向二聚体的结合自由能,以判断其稳定性差异．结果表明,在真空中由于分子间氢键作用,3种天然CD均以大口端．大口端为优势稳定取向,在溶液中三种天然CD二聚体平衡后的结构受到水的影响发生了很大的变化,且稳定性降低,而两个HB—β-CD形成的相互包结的二聚体的结构变化不大．自由能计算的结果表明,无论在真空还是溶液中,由于包结作用HB-β-CD二聚体的小口端-小口端为明显的优势取向,且稳定性要远远大于天然β-CD二聚体．     

吉布斯自由能的某些应用

吉布斯自由能的某些应用严宣中（北京大学化学系１００８７１）化学反应倾向取决于吉布斯自由能（凸Ｇ），后者是培变（凸Ｈ）及在一定温度下嫡变（Ｔ凸Ｓ）①综合判据，即面Ｇ一面Ｈ—Ｔ凸Ｓ。具体判据是：凸Ｇ＞０，正向非自发反应（逆反应为自发反应）；凸Ｇ—０，反应...     

谷氨酰胺结合蛋白的分子动力学模拟和自由能计算

谷氨酰胺结合蛋白(Glutamine-binding protein, GlnBp)是大肠杆菌透性酶系统中一个细胞外液底物专一性结合蛋白, 对于细胞外液中谷氨酰胺(Gln)的运输和传递至关重要. 本文运用分子动力学(Molecular dynamics, MD)模拟采样, 考察了GlnBp关键残基与底物Gln之间的相互作用和GlnBp两条铰链的功能差别; 并采用MM-PBSA方法计算了GlnBp与底物Gln的结合自由能. 结果表明: Ph13, Phe50, Thr118和Ile69与底物Gln的范德华相互作用和Arg75, Thr70, Asp157, Gly68, Lys115, Ala67, His156与底物Gln的静电相互作用是结合Gln的主要推动力; 复合物的铰链区85～89柔性大, 对构象开合提供了结构基础; 而铰链区181～185柔性小, 其作用更多是在功能上把底物Gln限制在口袋中; 自由能预测值与实验值吻合. 本研究很好地解释了GlnBp结构与功能的关系, 为进一步了解GlnBp的开合及转运Gln的机制提供了重要的结构信息.     

气流床粉煤气化的Gibbs自由能最小化模拟

用Gibbs自由能最小化方法对粉煤气化过程进行了热力学平衡分析。对一混合煤种,在3.0 MPa和气化温度限制在1 200 ℃～1 450 ℃时,研究了氧-煤比、蒸气-煤比对气化炉出口气体组成、温度和有效气产率的影响,并由此确定了可行的操作域是氧-煤比545m3/t～605 m3/t、蒸气-煤比为152.64 kg/t～313.92 kg/t及其对应的工艺指标。从操作域中选择有代表性的工艺条件为氧-煤比578 m3/t、蒸气-煤比为187 kg/t,对应的气化炉出口温度1 358 ℃,CO+H2干基体积分数为91.5%,有效气产率为2.123(CO+H2)m3/kg。同时,研究了碳转化率和热损失对气化工艺指标的影响,其影响是显著的。     

基于分子动力学模拟和连续介质模型的自由能计算方法*

近些年,基于分子动力学模拟和连续介质模型的自由能计算方法受到了越来越多的关注,其中MM/PBSA就是最具代表性的方法.在MM/PBSA中,体系的焓变采用分子力学(MM)的方法计算得到;溶剂效应中极性部分对自由能的贡献通过解Poisson-Boltzmann(PB)方程的方法计算得到;溶液效应中非极性部分对自由能的贡献则通过分子表面积(SA)计算得到.本文结合我们科研组的工作,就近几年MM/PBSA方法的最新进展做了较为详细的阐述,同时对MM/PBSA的发展前景进行了展望.     

低自由能固体表面的制备及其应用*

低自由能表面具有一些独特的性能,在工业和日常生活中具有广泛的应用,本文就低自由能表面的制备及其发展概况进行综述,共引用文献83篇。     

接触角法研究医用聚醚聚氨酯材料表面自由能与界面自由能

<正> 表面性质在医用材料与生物体的相互作用中起着至关重要的作用,如血液相容性材料的表面对血细胞具有吸附、变形、凝血、溶血等作用。表面能和界面能是医用材料的重要研究内容之一,材料的表面能及其极性与非极性分量在影响或控制材料与生物体的相互作用之面一直是医用材料的重要课题。Raier曾提出当材料的临界表面张力在20-30erg/cm~2时,血液相容性好,也有人认为,血液与材料的界面自由能趋于零时,才能     

吉布斯自由能的多功能性质探讨

在物理化学常用的热力学函数中,吉布斯自由能是一个用途最为广泛、最具有明确意义的热力学函数,它除了在特定条件下可作为过程与方向的判据外,还具有狭义化学势、最大非膨胀功和狭义表面自由能等功能。本文就吉布斯自由能的多功能特性展开讨论,并通过两个实例说明实际体系中ΔG的计算方法及用途,以帮助学生在物理化学学习过程中深入理解吉布斯自由能。     

计算高聚物增塑体系混合自由能新方法

高聚物增塑体系混合自由能与浓度关系 ΔGm=f(ω1) ,不仅反映了增塑体系热力学稳定性好坏 ,而且可以预测溶液各组分间的作用能力 [1,2 ] .通过实验可直接得到增塑体系混合自由能的相关数据 ,其中包括偏蒸气压值测量法、渗透压法、反相气相色谱法及小角 X射线散射法等[3～ 8] .这些方法可以测量增塑体系挥发性组分的偏摩尔化学位值 ,利用下面公式计算Δμ1/RT =ln(p1/p1,S)式中 p1,p1,S是某温度下增塑体系增塑剂的偏蒸气压值和纯增塑剂的饱和蒸气压 .1　现有的高聚物混合体系自由能 ηGm计算方法对于低分子溶液体系各组分的偏摩尔化学位Δ…     

自由能微扰法研究系列烷基芳基磺酸盐的胶束化焓-熵补偿现象

为了研究不同结构的表面活性剂分子在水溶液中的胶束化焓-熵补偿现象, 采用自由能微扰(FEP)法计算了系列烷基芳基磺酸盐的溶剂化自由能, 并根据胶团化过程的质量作用模型讨论了相关热力学性质. 结果表明: 自由能微扰法得到的溶剂化自由能大小与用传统热力学表面张力法测定的吉布斯自由能相近, 能够用于比较不同结构的烷基芳基磺酸盐间胶束化能力; 烷基芳基磺酸盐在水溶液中的胶束化过程是自发进行的, 且存在焓-熵补偿现象, 补偿温度范围均在(302±2) K; 随着分子结构中芳环向长烷基链中间位置移动, 胶束化能力和胶束的稳定性均下降; 而随着芳环上短烷基链或长烷基链碳数的增加, 形成胶束的能力与稳定性均提高.     

烷基芳基磺酸盐的分子动力学模拟与自由能微扰计算

为研究不同结构的表面活性剂分子在溶液中胶束化能力的差异, 采用分子动力学方法模拟三种烷基芳基磺酸盐在真空和水溶液环境下的结构与相互作用. 利用自由能微扰(FEP)方法计算了水合自由能, 发现与用传统热力学表面张力法测定自制的烷基芳基磺酸盐结果一致. 研究表明: 烷基芳基磺酸盐在水溶液中的胶束化过程是自发进行的, 随着分子结构中芳环向长烷基链中间位置移动, 胶束化能力和胶束稳定性均下降; 疏水基周围水分子的“冰山结构”会影响胶束的稳定性, 而水分子中氢键的生存周期是反映冰山结构变化的重要指标; 同时, 亲水基与水分子间形成氢键的数目会增强或减弱分子脱离胶束体的趋势, 从而影响胶束结构的稳定性.     

一种可溶性低表面自由能聚合物的制备及其表面性质

用全氟辛酸和甲基丙烯酸羟丙酯 (HPMA)为原料 ,合成了具有低表面自由能 ( 1 4 2mN m)的聚合物聚甲基丙烯酸全氟辛酰氧丙基酯 (PFPMA) ,接触角的测定表明聚合物具有较好双疏性 (疏水 疏油性 ) ,其对水的接触角高达 1 1 5°,对正十六烷的接触角为 75°.     

关于表面张力和表面自由能的讨论

简要地回顾了表面物理化学中表面张力和表面吉布斯自由能(以下简称为表面自由能)两个基本概念的发展历史,讨论了表面张力和表面自由能形成的机制,以及键能与表面张力的关系,最后指出了尽管表面相可以在理论上抽象为几何面,但它是真实存在的独立相,而且由于表面自由能的原因它始终处于亚稳定状态.     

FKBP12蛋白与其抑制剂结合的分子动力学模拟和结合自由能计算

FKBP12 (FK506-binding protein-12)是一种具有神经保护和促神经再生作用的蛋白. 采用分子动力学模拟取样, 运用MM-GBSA方法计算了FKBP12和3个抑制剂(GPI-1046, 308和107)的绝对结合自由能, GPI-1046的结合能最小, 308小于107的结合能. 通过能量分解的方法考察了FKBP12蛋白的主要残基与抑制剂之间的相互作用和识别, 计算结果表明: 3个抑制剂具有相似的结合模式, Ile56和Tyr82主要表现为氢键作用, Tyr26, Phe46, Val55, Ile56, Trp59, Tyr82, Tyr87和Phe99形成疏水作用区. 计算结果和实验结果吻合.     

含醇溶液的热力学研究IV.超额Gibbs自由能

利用先前提出的含醇溶液形成的热力学模型，以及释放和充入组分间引力势能 的方法，建立了超额Bibbs自由能方程，它可以避开计及化学作用对超额Gibbs自由 能的贡献，使方程的推导大为简化。这个模型能够联立地用来关联各种含醇溶液， 包括含醇水溶液的超额焓、超额Gibbs自由能和超额熵。对17个有代表性的含醇溶 液关联结果表明，与实验值的一致性是很令人满意的。