《分子模擬》(第二版)第一篇為分子模擬原理，在介紹分子模擬的物理和化學(xué)原理，如統(tǒng)計(jì)力學(xué)、力場(chǎng)、能量最小化和量子化學(xué)等內(nèi)容的基礎(chǔ)上，介紹了一些模擬基本方法，如Monte Carlo 模擬、分子動(dòng)力學(xué)模擬、介觀模擬、定量結(jié)構(gòu)性質(zhì)關(guān)系等。第二篇為分子模擬實(shí)驗(yàn)，以具體實(shí)例介紹了分子模型的創(chuàng)建與優(yōu)化、分子性質(zhì)的計(jì)算和分析、勢(shì)能面的構(gòu)建、化學(xué)反應(yīng)模擬、分子光譜計(jì)算、均相體系和多相體系的分子動(dòng)力學(xué)模擬、固體材料表面吸附行為的Monte Carlo 模擬、粗粒化及介觀模擬、定量構(gòu)效關(guān)系預(yù)測(cè)等內(nèi)容。為了提高讀者的操作能力，本書附有一些計(jì)算實(shí)例和運(yùn)行腳本，讀者可掃二維碼學(xué)習(xí)。附錄為Materials Studio、Gromacs 的簡(jiǎn)明操作手冊(cè)，Orgin 自定義函數(shù)擬合及構(gòu)建三維勢(shì)能面、能量折線圖的方法等內(nèi)容,讀者掃描二維碼可查看。
《分子模擬》(第二版)可作為化學(xué)、化工、材料、生命科學(xué)、醫(yī)藥等專業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的教材，也可供相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者參考使用。
苑世領(lǐng)，山東大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，教授、博導(dǎo)，自1999年開(kāi)始，為化學(xué)院本科生講授《物理化學(xué)》，并從2005年為研究生開(kāi)設(shè)《分子模擬及其應(yīng)用》課程。自2000年以來(lái)從事分子模擬計(jì)算工作，先后承擔(dān)五個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目及多個(gè)油田橫向項(xiàng)目，發(fā)表SCI論文一百余篇。
第一篇分子模擬原理/1
第1章緒論2
1.1分子模擬基本概念2
1.1.1坐標(biāo)系4
1.1.2分子圖形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模擬方法7
1.2分子模擬發(fā)展史9
1.2.1早期的剛性球勢(shì)和Lennard-Jones勢(shì)9
1.2.2小的非極性分子9
1.2.3極性分子和離子10
1.2.4鏈分子和聚合物10
1.2.5分子模擬中的系綜10
1.2.6多體相互作用10
1.2.7非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬11
1.3分子模擬軟件和資源11
1.4分子模擬學(xué)習(xí)方法17
參考文獻(xiàn)19
第2章統(tǒng)計(jì)力學(xué)基礎(chǔ)21
2.1統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理21
2.1.1系綜21
2.1.2熱力學(xué)平均22
2.1.3其他漲落熱力學(xué)性質(zhì)23
2.1.4輸運(yùn)系數(shù)26
2.2粒子動(dòng)力學(xué)26
2.2.1非約束粒子的運(yùn)動(dòng)26
2.2.2受約束粒子的運(yùn)動(dòng)27
2.2.3位力定理31
參考文獻(xiàn)31
第3章力場(chǎng)32
3.1勢(shì)函數(shù)33
3.2簡(jiǎn)正模式34
3.2.1特征運(yùn)動(dòng)34
3.2.2分子光譜35
3.2.3光譜與力常數(shù)35
3.3簡(jiǎn)單體系的分子力場(chǎng)36
3.4勢(shì)能函數(shù)的具體形式37
3.4.1鍵伸縮勢(shì)38
3.4.2鍵角彎曲勢(shì)39
3.4.3二面角扭轉(zhuǎn)勢(shì)40
3.4.4離平面的彎曲勢(shì)42
3.4.5交叉項(xiàng)43
3.4.6van der Waals勢(shì)44
3.4.7靜電相互作用45
3.4.8氫鍵勢(shì)46
3.5常見(jiàn)的力場(chǎng)47
3.5.1OPLS力場(chǎng)47
3.5.2ECEPP/3力場(chǎng)48
3.5.3AMBER力場(chǎng)48
3.5.4CHARMM力場(chǎng)48
3.5.5MM3力場(chǎng)49
3.5.6CFF力場(chǎng)50
3.5.7通用力場(chǎng)51
3.5.8COMPASS力場(chǎng)51
3.6聯(lián)合原子和約化處理52
3.7粗粒力場(chǎng)53
3.7.1MARTINI力場(chǎng)53
3.7.2從全原子到粗粒模型55
3.8多體勢(shì)56
3.9水分子力場(chǎng)57
3.9.1簡(jiǎn)單水分子模型57
3.9.2可極化水分子模型59
3.10無(wú)機(jī)材料力場(chǎng)59
3.10.1CLAYFF力場(chǎng)59
3.10.2INTERFACE力場(chǎng)60
3.11極化力場(chǎng)60
3.12反應(yīng)力場(chǎng)62
3.13選擇力場(chǎng)65
3.13.1力場(chǎng)的命名66
3.13.2力場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)66
3.13.3如何選擇力場(chǎng)67
參考文獻(xiàn)68
附表力場(chǎng)簡(jiǎn)介71
第4章能量最小化74
4.1勢(shì)能面74
4.2勢(shì)函數(shù)的極小值75
4.3非導(dǎo)數(shù)求極值法77
4.3.1單純形法77
4.3.2按序單坐標(biāo)逼近法78
4.4導(dǎo)數(shù)求極值法79
4.5一級(jí)導(dǎo)數(shù)求極值法80
4.5.1最速下降法80
4.5.2共軛梯度法83
4.6二級(jí)導(dǎo)數(shù)求極值法85
4.6.1牛頓-拉森法85
4.6.2準(zhǔn)牛頓-拉森法86
4.6.3沿對(duì)角線分塊牛頓-拉森法87
4.7能量最小化方法的選擇和收斂性判據(jù)87
4.8過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu)與反應(yīng)路徑88
4.8.1鞍點(diǎn)和二次區(qū)域89
4.8.2搜尋鞍點(diǎn)90
4.8.3反應(yīng)路徑91
4.9溶劑化效應(yīng)92
4.10應(yīng)用實(shí)例93
4.10.1硅表面上烷烴自組裝膜93
4.10.2AOT分子的結(jié)構(gòu)性質(zhì)95
4.10.3催化反應(yīng)中的QM/MM方法96
4.10.4化學(xué)反應(yīng)機(jī)理99
參考文獻(xiàn)102
第5章模擬中的基本原理104
5.1短程相互作用105
5.1.1相互作用力105
5.1.2周期邊界條件 105
5.1.3非周期邊界方法106
5.1.4最近鏡像方法107
5.1.5近鄰列表108
5.1.6連鎖格子方法109
5.1.7后續(xù)處理問(wèn)題110
5.2長(zhǎng)程相互作用113
5.2.1Ewald求和法113
5.2.2反應(yīng)場(chǎng)方法116
5.2.3PPPM方法118
5.2.4樹(shù)狀方法119
5.3模擬過(guò)程121
5.3.1選擇初始構(gòu)型122
5.3.2判斷平衡123
5.3.3模擬結(jié)果和偏差分析125
參考文獻(xiàn)126
第6章Monte Carlo 模擬128
6.1Monte Carlo模擬中的配分函數(shù)128
6.2Monte Carlo原理130
6.2.1函數(shù)積分130
6.2.2Metropolis取樣和Markov鏈131
6.3基本Monte Carlo模擬133
6.3.1算法134
6.3.2平動(dòng)134
6.3.3取向運(yùn)動(dòng)135
6.4不同系綜中的Monte Carlo模擬140
6.4.1正則系綜140
6.4.2等溫等壓系綜141
6.4.3巨正則系綜143
6.4.4微正則系綜143
6.5應(yīng)用實(shí)例145
6.5.1蛋白質(zhì)與弱聚電解質(zhì)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有機(jī)分子的模板誘導(dǎo)沉積149
參考文獻(xiàn)152
第7章分子動(dòng)力學(xué)模擬153
7.1積分運(yùn)動(dòng)等式153
7.2Verlet預(yù)測(cè)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預(yù)測(cè)校正方法156
7.3.1基本的Gear算法156
7.3.2Gear算法的改進(jìn)方法157
7.4分子體系中的積分方法157
7.4.1小分子158
7.4.2大分子158
7.5不同系綜中的分子動(dòng)力學(xué)163
7.5.1微正則系綜163
7.5.2正則系綜164
7.5.3恒壓恒焓系綜168
7.5.4等壓等溫系綜170
7.5.5巨正則系綜171
7.6相關(guān)函數(shù)173
7.6.1時(shí)間相關(guān)函數(shù)173
7.6.2空間相關(guān)函數(shù)176
7.6.3輸運(yùn)性質(zhì)176
7.7自由能178
7.7.1熱力學(xué)微擾法178
7.7.2熱力學(xué)積分法179
7.7.3緩慢生長(zhǎng)法179
7.7.4計(jì)算實(shí)例180
7.8均力勢(shì)181
7.8.1傘式抽樣181
7.8.2應(yīng)用實(shí)例182
7.9性質(zhì)分析183
7.9.1熱力學(xué)性質(zhì)183
7.9.2徑向分布函數(shù)184
7.9.3空間分布函數(shù)185
7.9.4擴(kuò)散系數(shù)185
7.9.5氫鍵185
7.9.6弛豫時(shí)間186
7.9.7表面張力187
7.9.8水-水角188
7.9.9弱相互作用188
7.9.10均力勢(shì)（傘式抽樣）189
7.10應(yīng)用實(shí)例190
7.10.1硅表面上自組裝膜的潤(rùn)濕性190
7.10.2表面活性劑膠束化過(guò)程中的熵驅(qū)動(dòng)191
7.10.3親油固體表面的潤(rùn)濕翻轉(zhuǎn)193
7.10.4納米孔道中聚合物的運(yùn)移（非平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬）196
7.10.5單晶硅表面的氧化反應(yīng)（反應(yīng)力場(chǎng)分子動(dòng)力學(xué)模擬）198
參考文獻(xiàn)200
第8章介觀模擬203
8.1耗散粒子動(dòng)力學(xué)模擬203
8.1.1基本原理203
8.1.2步幅和噪聲選擇206
8.1.3排斥參數(shù)選擇207
8.1.4Flory-Huggins參數(shù)選擇208
8.1.5應(yīng)用實(shí)例209
8.2介觀動(dòng)力學(xué)模擬212
8.2.1熱力學(xué)部分213
8.2.2動(dòng)力學(xué)部分215
8.2.3參數(shù)部分216
8.2.4應(yīng)用實(shí)例217
參考文獻(xiàn)219
第9章定量結(jié)構(gòu)性質(zhì)關(guān)系221
9.1定量構(gòu)效關(guān)系221
9.2典型結(jié)構(gòu)參數(shù)222
9.2.1辛醇-水分配系數(shù)222
9.2.2Hammett取代基常數(shù)223
9.2.3量子化學(xué)參數(shù)224
9.2.4分子拓?fù)渲笖?shù)224
9.2.5其他結(jié)構(gòu)參數(shù)225
9.3數(shù)學(xué)方法226
9.3.1回歸分析227
9.3.2多元統(tǒng)計(jì)分析231
9.3.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法234
9.4應(yīng)用實(shí)例237
9.4.1抗真菌藥物的分子設(shè)計(jì)237
9.4.2分子對(duì)接與3D-QSAR238
9.4.3預(yù)測(cè)CO2與原油的最小混相壓力240
參考文獻(xiàn)242
第10章量子化學(xué)244
10.1Schrdinger方程244
10.1.1Born-Oppenheimer近似245
10.1.2單電子近似246
10.1.3原子軌道線性組合近似247
10.1.4Roothaan方程247
10.2電子相關(guān)和后HF方法248
10.2.1組態(tài)相互作用249
10.2.2多體微擾方法250
10.3密度泛函理論251
10.4基函數(shù)（基組）的選擇253
10.4.1LCAO254
10.4.2STO（Slater type orbital）254
10.4.3雙ζ及三ζ基254
10.4.4GTO（Gaussian type orbital）255
10.4.5簡(jiǎn)縮的Gaussian基組255
10.4.6分裂價(jià)基256
10.5半經(jīng)驗(yàn)分子軌道方法256
10.5.1全略微分重疊方法（CNDO）257
10.5.2間略微分重疊方法（INDO）257
10.5.3忽略雙原子微分重疊方法（NDDO）257
參考文獻(xiàn)258
第二篇分子模擬實(shí)驗(yàn)/259
第11章分子模型的創(chuàng)建與優(yōu)化260
11.1分子模型的繪制260
11.2分子構(gòu)型優(yōu)化262
11.3復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建264
11.3.1聚合物模型的構(gòu)建265
11.3.2晶體結(jié)構(gòu)的構(gòu)建267
11.4自組裝單層膜的構(gòu)建與優(yōu)化269
思考題271
第12章分子性質(zhì)的計(jì)算和分析273
12.1分子軌道等值面圖273
12.2總電子密度圖276
12.3靜電勢(shì)圖276
12.4電荷分布圖278
12.5分子表面279
思考題280
第13章勢(shì)能面的構(gòu)建281
13.1鍵解離勢(shì)能曲線的掃描282
13.2分子間相互作用勢(shì)能曲線的掃描286
13.3分子的構(gòu)象搜索288
13.4化學(xué)反應(yīng)的勢(shì)能曲線291
思考題293
第14章化學(xué)反應(yīng)模擬296
14.1計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的自由能296
14.2優(yōu)化搜索過(guò)渡態(tài)300
思考題304
第15章分子光譜計(jì)算306
15.1紅外和拉曼光譜306
15.2紫外可見(jiàn)光譜310
15.3X射線衍射光譜315
思考題318
第16章均相體系的分子動(dòng)力學(xué)模擬319
16.1分子及團(tuán)簇——丙氨酸二肽體系320
16.2均相體系——液態(tài)水325
思考題331
第17章多相體系的分子動(dòng)力學(xué)模擬333
17.1氣液界面——水/氣體系333
17.2固液界面——石墨烯表面水層336
17.3固液界面——自組裝單層膜表面水層339
17.4固氣界面——金屬表面的自組裝膜341
思考題342
第18章固體材料表面吸附行為的Monte Carlo模擬345
18.1吸附等溫線345
18.2吸附構(gòu)型349
18.3吸附動(dòng)力學(xué)350
思考題352
第19章粗粒化及介觀模擬353
19.1生物膜的粗�；M353
19.2DPD方法模擬表面活性劑在溶液中的聚集行為361
19.3MesoDyn方法模擬嵌段共聚物的相行為366
19.4MesoDyn方法模擬受限狀態(tài)下的聚集結(jié)構(gòu)368
思考題370
第20章定量構(gòu)效關(guān)系預(yù)測(cè)苯并咪唑類緩蝕劑的性質(zhì)372
思考題377
第21章聚集體系的分子動(dòng)力學(xué)模擬378
21.1表面活性劑分子的構(gòu)型熵378
21.2膠束增溶383
21.3電場(chǎng)下的乳化油滴390
思考題396
參考文獻(xiàn)397
第22章二氧化硅表面反應(yīng)力場(chǎng)分子動(dòng)力學(xué)模擬398
思考題403
參考文獻(xiàn)403
附錄404
附錄ⅠMaterials Studio軟件簡(jiǎn)介404
附錄ⅡGromacs軟件簡(jiǎn)介404
附錄ⅢOrigin自定義函數(shù)擬合及構(gòu)建三維勢(shì)能面、能量折線圖的方法404
第一版后記405
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