诺森分子模拟(第2版)苑世领主编9787122415059化学工业出版社

篇子模拟原理/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早期的刚球势和Lennard-Jones势9

1.2.2小的非极分子9

1..极分子和离子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涨落热力学质

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..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..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能量化方法的选择和收敛判据7

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分子的结构质95

4.10.3催化反应中的M/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..PPPM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1

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 Carl原理30

6.2.1函数积分130

6.2.2Metropolis取样和Markv链31

6.3基本Monte Carl模拟33

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 Carl模拟40

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..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质分析183

7.9.1热力学质13

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190

7.10.2表面活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..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2

9..量子化学参数224

9.2.4分子拓扑指数224

9.2.5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1

9.3.3人工神经网络方法4

9.4应用实例

9.4.1真药物的分子设计

9.4.2分子对接与3D-SAR

9.4.3预测CO2与原油的混相压力240

参考文献242

0章量子化学244

10.1Schrdinger方程244

10.1.1Born-Oppenheimer近似245

10.1.2单近似246

10.1.3原子轨道线组合近似247

10.1.4Roothaan方程247

10.2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（NO）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

1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

2章分子质的计算和分析273

12.1分子轨道等值面图273

12.2总密度图276

1.静电势图276

12.4电荷分布图278

12.5分子表面279

思考题280

3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

4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

5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线衍光谱315

思考题318

6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

7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

8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

9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质372

思考题377

2章聚集体系的分子动力学模拟378

21.1表面活剂分子的构型熵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

苑世领，山东大学化学化工学院，教授、博导，自1999年开始，为化学院生讲授《物理化学》，并从2005年为开设《分子模拟及其应用》课程。自2000年以来从事分子模拟计算工作，先后承担五个自然科学项目及多个油田横向项目，发表SCI一百余篇。

《分子模拟》(第二版)篇为子模拟原理，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、医药等专业高年级生和的教材，也可供相关领域的科研工作者参考使用。

夯实分子模拟理论基础

直击研究案例，开拓研究领域和研究方法