《分子模拟》(第二版)**篇为分子模拟原理,在介绍分子模拟的物理和化学原理,如统计力学、力场、能量*小化和量子化学等内容的基础上,介绍了一些模拟基本方法,如Monte Carlo 模拟、分子动力学模拟、介观模拟、定量结构性质关系等。第二篇为分子模拟实验,以具体实例介绍了分子模型的创建与优化、分子性质的计算和分析、势能面的构建、化学反应模拟、分子光谱计算、均相体系和多相体系的分子动力学模拟、固体材料表面吸附行为的Monte Carlo 模拟、粗粒化及介观模拟、定量构效关系预测等内容。为了提高读者的操作能力,本书附有一些计算实例和运行脚本,读者可扫二维码学习。附录为Materials Studio、Gromacs 的简明操作手册,Orgin 自定义函数拟合及构建三维势能面、能量折线图的方法等内容,读者扫描二维码可查看。《分子模拟》(第二版)可作为化学、化工、材料、生命科学、医药等专业高年级本科生和研究生的教材,也可供相关领域的科研工作者参考使用。

**篇分子模拟原理/1 第1章绪论2 1.1分子模拟基本概念2 1.1.1坐标系4 1.1.2分子图形5 1.1.3分子表面6 1.1.4原子模型和粗粒模型6 1.1.5模拟方法7 1.2分子模拟发展史9 1.2.1早期的刚性球势和Lennard-Jones势9 1.2.2小的非极性分子9 1.2.3极性分子和离子10 1.2.4链分子和聚合物10 1.2.5分子模拟中的系综10 1.2.6多体相互作用10 1.2.7非平衡分子动力学模拟11 1.3分子模拟软件和资源11 1.4分子模拟学习方法17 参考文献19 第2章统计力学基础21 2.1统计力学基本原理21 2.1.1系综21 2.1.2热力学平均22 2.1.3其他涨落热力学性质23 2.1.4输运系数26 2.2粒子动力学26 2.2.1非约束粒子的运动26 2.2.2受约束粒子的运动27 2.2.3位力定理31 参考文献31 第3章力场32 3.1势函数33 3.2简正模式34 3.2.1特征运动34 3.2.2分子光谱35 3.2.3光谱与力常数35 3.3简单体系的分子力场36 3.4势能函数的具体形式37 3.4.1键伸缩势38 3.4.2键角弯曲势39 3.4.3二面角扭转势40 3.4.4离平面的弯曲势42 3.4.5交叉项43 3.4.6van der Waals势44 3.4.7静电相互作用45 3.4.8氢键势46 3.5常见的力场47 3.5.1OPLS力场47 3.5.2ECEPP/3力场48 3.5.3AMBER力场48 3.5.4CHARMM力场48 3.5.5MM3力场49 3.5.6CFF力场50 3.5.7通用力场51 3.5.8COMPASS力场51 3.6联合原子和约化处理52 3.7粗粒力场53 3.7.1MARTINI力场53 3.7.2从全原子到粗粒模型55 3.8多体势56 3.9水分子力场57 3.9.1简单水分子模型57 3.9.2可极化水分子模型59 3.10无机材料力场59 3.10.1CLAYFF力场59 3.10.2INTERFACE力场60 3.11极化力场60 3.12反应力场62 3.13选择力场65 3.13.1力场的命名66 3.13.2力场的发展趋势66 3.13.3如何选择力场67 参考文献68 附表力场简介71 第4章能量*小化74 4.1势能面74 4.2势函数的极小值75 4.3非导数求极值法77 4.3.1单纯形法77 4.3.2按序单坐标逼近法78 4.4导数求极值法79 4.5一级导数求极值法80 4.5.1*速下降法80 4.5.2共轭梯度法83 4.6二级导数求极值法85 4.6.1牛顿-拉森法85 4.6.2准牛顿-拉森法86 4.6.3沿对角线分块牛顿-拉森法87 4.7能量*小化方法的选择和收敛性判据87 4.8过渡态结构与反应路径88 4.8.1鞍点和二次区域89 4.8.2搜寻鞍点90 4.8.3反应路径91 4.9溶剂化效应92 4.10应用实例93 4.10.1硅表面上烷烃自组装膜93 4.10.2AOT分子的结构性质95 4.10.3催化反应中的QM/MM方法96 4.10.4化学反应机理99 参考文献102 第5章模拟中的基本原理104 5.1短程相互作用105 5.1.1相互作用力105 5.1.2周期边界条件 105 5.1.3非周期边界方法106 5.1.4*近镜像方法107 5.1.5近邻列表108 5.1.6连锁格子方法109 5.1.7后续处理问题110 5.2长程相互作用113 5.2.1Ewald求和法113 5.2.2反应场方法116 5.2.3PPPM方法118 5.2.4树状方法119 5.3模拟过程121 5.3.1选择初始构型122 5.3.2判断平衡123 5.3.3模拟结果和偏差分析125 参考文献126 第6章Monte Carlo 模拟128 6.1Monte Carlo模拟中的配分函数128 6.2Monte Carlo原理130 6.2.1函数积分130 6.2.2Metropolis取样和Markov链131 6.3基本Monte Carlo模拟133 6.3.1算法134 6.3.2平动134 6.3.3取向运动135 6.4不同系综中的Monte Carlo模拟140 6.4.1正则系综140 6.4.2等温等压系综141 6.4.3巨正则系综143 6.4.4微正则系综143 6.5应用实例145 6.5.1蛋白质与弱聚电解质相互作用145 6.5.2云母表面吸附水分子146 6.5.3冰表面氯代甲烷的吸附148 6.5.4有机分子的模板诱导沉积149 参考文献152 第7章分子动力学模拟153 7.1积分运动等式153 7.2Verlet预测方法154 7.2.1Verlet算法154 7.2.2蛙跳Verlet算法155 7.2.3速度Verlet算法155 7.2.4Beeman算法156 7.3Gear预测校正方法156 7.3.1基本的Gear算法156 7.3.2Gear算法的改进方法157 7.4分子体系中的积分方法157 7.4.1小分子158 7.4.2大分子158 7.5不同系综中的分子动力学163 7.5.1微正则系综163 7.5.2正则系综164 7.5.3恒压恒焓系综168 7.5.4等压等温系综170 7.5.5巨正则系综171 7.6相关函数173 7.6.1时间相关函数173 7.6.2空间相关函数176 7.6.3输运性质176 7.7自由能178 7.7.1热力学微扰法178 7.7.2热力学积分法179 7.7.3缓慢生长法179 7.7.4计算实例180 7.8均力势181 7.8.1伞式抽样181 7.8.2应用实例182 7.9性质分析183 7.9.1热力学性质183 7.9.2径向分布函数184 7.9.3空间分布函数185 7.9.4扩散系数185 7.9.5氢键185 7.9.6弛豫时间186 7.9.7表面张力187 7.9.8水-水角188 7.9.9弱相互作用188 7.9.10均力势(伞式抽样)189 7.10应用实例190 7.10.1硅表面上自组装膜的润湿性190 7.10.2表面活性剂胶束化过程中的熵驱动191 7.10.3亲油固体表面的润湿翻转193 7.10.4纳米孔道中聚合物的运移(非平衡分子动力学模拟)196 7.10.5单晶硅表面的氧化反应(反应力场分子动力学模拟)198 参考文献200 第8章介观模拟203 8.1耗散粒子动力学模拟203 8.1.1基本原理203 8.1.2步幅和噪声选择206 8.1.3排斥参数选择207 8.1.4Flory-Huggins参数选择208 8.1.5应用实例209 8.2介观动力学模拟212 8.2.1热力学部分213 8.2.2动力学部分215 8.2.3参数部分216 8.2.4应用实例217 参考文献219 第9章定量结构性质关系221 9.1定量构效关系221 9.2典型结构参数222 9.2.1辛醇-水分配系数222 9.2.2Hammett取代基常数223 9.2.3量子化学参数224 9.2.4分子拓扑指数224 9.2.5其他结构参数225 9.3数学方法226 9.3.1回归分析227 9.3.2多元统计分析231 9.3.3人工神经网络方法234 9.4应用实例237 9.4.1抗真菌**的分子设计237 9.4.2分子对接与3D-QSAR238 9.4.3预测CO2与原油的*小混相压力240 参考文献242 第10章量子化学244 10.1Schrdinger方程244 10.1.1Born-Oppenheimer近似245 10.1.2单电子近似246 10.1.3原子轨道线性组合近似247 10.1.4Roothaan方程247 10.2电子相关和后HF方法248 10.2.1组态相互作用249 10.2.2多体微扰方法250 10.3密度泛函理论251 10.4基函数(基组)的选择253 10.4.1LCAO254 10.4.2STO(Slater type orbital)254 10.4.3双ζ及三ζ基254 10.4.4GTO(Gaussian type orbital)255 10.4.5简缩的Gaussian基组255 10.4.6分裂价基256 10.5半经验分子轨道方法256 10.5.1全略微分重叠方法(CNDO)257 10.5.2间略微分重叠方法(INDO)257 10.5.3忽略双原子微分重叠方法(NDDO)257 参考文献258 第二篇分子模拟实验/259 第11章分子模型的创建与优化260 11.1分子模型的绘制260 11.2分子构型优化262 11.3复杂分子结构的创建264 11.3.1聚合物模型的构建265 11.3.2晶体结构的构建267 11.4自组装单层膜的构建与优化269 思考题271 第12章分子性质的计算和分析273 12.1分子轨道等值面图273 12.2总电子密度图276 12.3静电势图276 12.4电荷分布图278 12.5分子表面279 思考题280 第13章势能面的构建281 13.1键解离势能曲线的扫描282 13.2分子间相互作用势能曲线的扫描286 13.3分子的构象搜索288 13.4化学反应的势能曲线291 思考题293 第14章化学反应模拟296 14.1计算化学反应的自由能296 14.2优化搜索过渡态300 思考题304 第15章分子光谱计算306 15.1红外和拉曼光谱306 15.2紫外可见光谱310 15.3X射线衍射光谱315 思考题318 第16章均相体系的分子动力学模拟319 16.1分子及团簇——丙氨酸二肽体系320 16.2均相体系——液态水325 思考题331 第17章多相体系的分子动力学模拟333 17.1气液界面——水/气体系333 17.2固液界面——石墨烯表面水层336 17.3固液界面——自组装单层膜表面水层339 17.4固气界面——金属表面的自组装膜341 思考题342 第18章固体材料表面吸附行为的Monte Carlo模拟345 18.1吸附等温线345 18.2吸附构型349 18.3吸附动力学350 思考题352 第19章粗粒化及介观模拟353 19.1生物膜的粗粒化模拟353 19.2DPD方法模拟表面活性剂在溶液中的聚集行为361 19.3MesoDyn方法模拟嵌段共聚物的相行为366 19.4MesoDyn方法模拟受限状态下的聚集结构368 思考题370 第20章定量构效关系预测苯并咪唑类缓蚀剂的性质372 思考题377 第21章聚集体系的分子动力学模拟378 21.1表面活性剂分子的构型熵378 21.2胶束增溶383 21.3电场下的乳化油滴390 思考题396 参考文献397 第22章二氧化硅表面反应力场分子动力学模拟398 思考题403 参考文献403 附录404 附录ⅠMaterials Studio软件简介404 附录ⅡGromacs软件简介404 附录ⅢOrigin自定义函数拟合及构建三维势能面、能量折线图的方法404 **版后记405