生物大分子体系量子化学计算方法新进展

本文就近年来报道的４ 种研究生物大分子体系的量子化学计算方法 （计算显微镜方法、定域分子轨道方法、线性标度半经验量子化学方法和并行算法） 作了较为详细的介绍， 并展望了该领域的研究前景。

蛋白质分子量子化学计算方法的研究进展

蛋白质分子量子化学计算有以下的几种方法:计算显微镜方法、定域分子轨道方法、线性标度半经验量子化学方法、团簇埋入自洽循环计算法。并分析该领域的现状和存在的问题,最后预测了其未来的发展趋势。

淀粉分子电子结构的量子化学研究(Ⅱ):碎片分子轨道计算及结构单元间的相互作用

运用量子化学的碎片分子轨道计算方法研究淀粉结构单元间的相互作用。结果表明 ,各结构单元的分子轨道大多定域在自身范围内。结构单元间的相互作用集中在连接两环的成键性较弱的糖苷键上。

高能量密度材料分子设计——基于量子化学计算爆速和爆压

基于量子化学方法全优化分子几何构型，求得分子平均摩尔体积(V^-)和化合物的理论密度(ρ)以及生成热(△Hf)，进而可按Kamlet方程估算炸药的爆速(D)和爆压(p)。以氮杂环和有机笼状化合物为例，证实了该理论方法的可靠性。发现随环增大和羰基的引入，氮杂环类的ρ、D和p值增加。对于系列多硝基金刚烷，含相等硝基数(n)的同分异构体的ρ、D和P值相差不大；随硝基数n的增加，其ρ、D和p明显增大；当n≥7时，可能成为高能量密度化合物。

基于分块量子化学方法的生物大分子核磁共振化学位移计算

化学位移是核磁共振波谱(nuclear magnetic resonance spectrum,NMR)的一项重要参数,由于其对原子周围化学环境十分敏感,因此化学位移的理论计算在生物大分子的结构预测中扮演着重要的角色[1-2]。目前预测生物大分子NMR化学位移的理论方法主要分为两类:一类是从实验数据拟合得到的经验或者半经验方法[3-4];另一类是基于量子力学理论的从头计算方法[5-7]。与前者相比,量子力学方法不依赖数据集,针对不同体系具有很好的移植性。由于量子力学方法需要的计算时间随计算体系的大小呈多项式增长,因此人们基于“化学局域性”原理发展了分块量子化学方法来提高计算效率。本课题组长期致力于分块量子化学方法的发展,针对生物大分子的NMR化学位移精确预测发展了自动分块的大分子NMR化学位移计算方法(automated fragmentation,AF-NMR)。本文简要介绍本课题组在这方面的研究进展。

具有重复单元的共轭分子的量子化学計算及其应用

本文对含有任意端基的具有重复单元的共轭分子作如下假定:(1)相邻单元之间有作用,非相邻单元之间无作用;(2)相邻单元之间只通过联结它们的键相作用;(3)对单元内部相互作用不加以任何限制。然后分别用图论方法和差分方程方法对它们的量子化学计算进行一般性的讨论,得到了该类共轭分子特征多项式的一般表示式,并给出了用差分方程叠代求解能级和AO系数的一般方法。最后作为上述方法的一个应用,可以直接推导出同系线性规律。

量子化学研究方法及其在结构化学中的应用

本文概括地介绍了量子化学的研究方法,讨论了各种量子化学计算方法的发展现状及其在结构化学中的应用,指出X_α方法和从头计算法是计算含重元素化合物的最有效方法。

丙二烯分子结构的量子化学从头计算

采用全电子从头计算法，对丙二烯分子的两种不同构型进行计算．

芳杂环化合物的质谱及其量子化学计算

本文提出呋喃甲醛、二甲基呋喃,噻吩甲醛,毗咯甲醛和呋喃丙烯酸的质谱断裂速率决定步骤的机理,采用CNDO/2方法计算了这些化合物的分子离子及其碎片的各种量子化学参量,定量地解释了它们的质谱峰高,从芳碳环共轭体系推广到芳杂环共轭体系。

共轭杂环对席夫碱体系结构和非线性光学性质影响的量子化学研究

采用量子化学半经验FF/AM1,FF/PM 3,ZINDO -SOS方法 ,讨论了杂环取代对水杨醛缩苯胺结构、电子光谱、非线性光学系数的影响 ,得到这类化合物的特征吸收峰位于 2 94～ 30 3nm ,符合非线性光学材料对透明性的要求 ,且给电性杂环的引入可改善体系的非线性光学性质 。

吡唑甲醛缩N^4-取代苯基氨(硫)脲化合物定量构效关系的量子化学研究

采用Gaussian98程序量子化学从头算方法对吡唑甲醛缩N4取代苯基氨(硫)脲化合物进行了量子化学计算.计算结果表明:此类化合物的抗溃疡作用和毒性作用与前线及近前线分子轨道能级及轨道构成有较好的线性关系.表明此类化合物在发挥生物活性时以给电子为主,吡唑环以及缩氨(硫)脲为此类化合物的生物活性区.

量子化学在理论化学中的地位和作用

1926年,著名的奥地利物理学家薛定谔在德布罗意的物质波(又称实物波)假说的启示下,确立了具有革命意义的新量子论的基本方程,这标志着揭示微观物质世界的基本运动规律的波动力学(即量子力学)的形成。虽然量子力学一开始只处理了最简单的氢原子结构问题,但这是一个非常重要的起点。1927年。

大分子和凝聚相体系的快速量子化学计算:普适的基于能量的分块方法的发展和应用

大分子和凝聚相体系的量子化学计算是理论化学的挑战之一,为了处理实验研究中越来越复杂的体系,线性标度的量子化学方法发展一直是理论研究的热点.由于简单有效且易于推广,基于能量的分块方法近十几年来得到较快的发展.本文主要介绍本课题组的普适的基于能量的分块量子化学方法的发展和应用,包括大体系的基态能量、结构和性质、局域激发态的计算方法及周期性体系的算法.该方法有望应用于多种类型的大体系(包括团簇、超分子、生物体系、分子晶体和溶液等)的能量、结构、振动光谱、核磁化学位移及电子吸收光谱等性质的计算.

甘氨酸分子的结构和振动频率的理论方法研究

用 5种密度泛函、MP2和HF方法计算甘氨酸IP构型的几何参数和谐振频率 ,并与实验结果进行了比较 .得出这些方法在计算甘氨酸的几何参数和谐振频率表现出的优越性关系 :在优化几何参数方面 ,B3LYP方法优于其它方法 ;在计算谐频方面 ,标度因子校正是必要的 ,在非校正的情况下 ,DFT方法优于MP2和HF方法 .

大体系分区密度泛函计算方法

提出一种新的对大体系进行分区密度泛函计算的方法 .将大体系划分为若干较小的区 ,每个小区是一个相对独立的量子力学子体系 ,计及其它区势场的影响和电子的Pauli排斥作用 ,可以进行相对独立的密度泛函计算 .对各子体系求解单电子方程 :(FK+FKp)CK=SKCKεK K =A ,B ,C ,…式中FK,CK,SK,εK 分别为子体系K的Fock矩阵、轨道系数矩阵、基组重叠矩阵和本征值矩阵 ,FKp 起强制属于不同子体系的占据轨道之间保持正交的作用 .得到的轨道是分区定域化的 ,汇总各区的计算结果得出整个体系的电子结构信息 .通过对一些较大分子的计算 ,考察了几种因素对分区计算精度的影响 .结果表明 ,提出的方法是可行的 ,通过控制各区基组的大小 ,可以基本消除基组截断误差 ,得到精确的计算结果 .对于足够大的体系 ,本方法是一种线性标度算法 ;和文献报道的相关方法比较 。

用毛细管电泳方法分离有机酸的研究

利用3-氨丙基三甲氧基硅烷(3-APS)作为偶联剂将2,4-二硝基氯苯键合到电泳毛细管内壁上,形成具有一定疏水性的键合相.考察了改性柱对小分子有机酸的分离情况,在40mmol/L的KH2PO4(pH=5.5)缓冲溶液中可得最佳分离.结合量子化学计算数据进行保留机理的探索,可以确定存在着不同电性的集团间的相互作用.

S_4分子结构和振动光谱的从头算

利用量子化学的从头算方法 ,在 6 31 1 +G 基组下 ,分别应用HF ,MP2 ,BLYP ,B3LYP方法优化各种可能的S4分子构型 ,计算各构型的振动光谱 ,并在HF 6 31 1 +G 优化的几何结构基础上 ,分别在MP4 6 31 1 +G 和QCISD(T) 6 31 1 +G 水平上考虑相关能修正对总能量的影响 .比较各种方法计算的几何结构的差别和各构型的相对稳定性 ,得出顺式平面C2v对称构型为基态的结论 .计算表明 ,确定该类分子的基态构型必须考虑电子关联效应的影响 ,B3LYP是计算该类分子既经济又实用的方法 .

量子生物化学的现状及展望

引言生物体内进行的过程是复杂的,且专一性很强。随着生物化学的发展(特别是分子生物学的发展),对于生化的基本过程:蛋白质的生物合成,核酸的复制、酶催化反应的规律等,已经积累了大量的知识。另一方面,理论化学和理论物理学的发展(例如量子化学计算方法的发展),也使得人们有可能利用这些方法及工具来探索、阐明生化过程的本质。正如恩格斯所说的,“