隐式溶剂模型计算外重组能

使用隐式溶剂模型计算萘和全氟萘的空穴/电子外重组能,探讨了在有机材料电荷转移过程中,外重组能对于电荷载流子传输速率的重要影响,考虑到隐式溶剂模型的计算结果只依赖于介电常数的选取,因此其定量结果可能存在较大误差,但却能够给出定性结论。结果表明:外重组能随介电常数的减小而降低,同时外重组能与介电常数的倒数(1/ε)成比例关系;电荷传输材料的类型与空穴/电子外重组能之间可能存在某种对应关系,即p型传输材料的空穴外重组能大于电子,而n型传输材料的空穴外重组能却小于电子。

新隐式溶剂模型下的B型RNA模拟

分子动力学模拟是研究包括RNA在内的生物大分子结构和功能的重要方法,但常规的显式溶剂模拟耗时较长,影响了其进一步应用。隐式溶剂模型通过用连续模型代替溶剂分子,能大大加速模拟速度,因此提高模拟效率。然而,现有的隐式溶剂模型都不能很好地描述核酸分子,尤其是RNA。在之前的研究中(已接收),我们提出了一个新的隐式溶剂模型,并分别测试了A型RNA双螺旋、28S r RNA和t RNA等多个系统,验证了该模型可以更好地计算隐式溶剂下的静电相互作用。由于上述系统均以稳定的结构作为起始,因此没有采集到大的构象变化。在本文中,我们将采用B型RNA双螺旋(B-RNA)作为测试系统来验证该模型是否能正确地采集到大尺度的构象转变过程。初步结果表明,在我们的模型下,B-RNA不仅能够正确地采集A型RNA双链构象,而且其搜索速度也比相应的显式模型快。

MD/QM/CSM方法计算β-环糊精及其衍生物对二甲四氯的包合机理

利用β-环糊精(β-CD)及其衍生物控制二甲四氯农药分子的释放是目前研究的热点。本文使用一种最近发展的分子动力学/量子力学/连续介质溶剂模型(MD/QM/CSM)方法计算β-CD及其甲基、羟丙基衍生物对二甲四氯(MPCA)农药分子的包合机理。揭示了溶剂效应在决定对这3种CD相对包合能力时发挥了主导作用,而真空包合自由能顺序与溶剂中的正好相反。算得的3个体系包合能力强弱排序为:DM-β-CD>HP-β-CD>β-CD,与实验测量结果一致,且线性相关度达到R=0.99。结果表明:MD/QM/CSM方法对于计算不同主体的超分子复合物体系的相对稳定性是可靠的。

地质流体中络合物同位素平衡分馏系数的第一性原理计算

地质流体中不同络合物之间的稳定同位素平衡分馏系数是利用稳定同位素示踪地质流体演化过程的必要前提。但由于受实验条件的限制,流体中部分元素不同络合物之间的同位素分馏系数难以通过实验精确测定。基于第一性原理的理论计算是获得溶液中不同络合物之间稳定同位素平衡分馏系数的一种重要手段,能够获取各种极端条件下同位素分馏系数。在应用第一性原理计算溶液中不同络合物间同位素平衡分馏系数时,需要对溶液的动态特性和水分子之间的相互作用进行模拟。目前,显式溶剂模型和隐式溶剂模型是模拟地质流体中水溶液环境的2种主要模型,均已成功应用于同位素分馏系数的计算。文章系统介绍了这2种模型的计算方法,并且对比研究了这2种模型计算约化配分函数比(β)的优势及不足,结果显示,2种模型的主要差异表现在3个方面:(1)计算耗时的不同,隐式溶剂模型计算的原子数目少,结构单一,因此耗时少;显式溶剂模型计算的原子数目多,结构复杂多样,因此在同一计算和理论水平条件下,耗时比隐式溶剂模型多;(2)水分子数和构型的不同,隐式溶剂模型只有一个构型,因而不能评估络合物构型对β值的影响;而显式溶剂模型能够通过添加不同数量的水分子及建立不同的初始构型有效评估水分子数量及构型对计算结果的影响;(3)隐式溶剂模型将溶质周围的水环境定义为具有均匀介电常数的连续介质,没有充分考虑水的动态特性和水分子之间的相互作用,导致计算结果误差较大;而显式溶剂模型能更好的处理水分子的动态特征及分子间形成的氢键,计算结果更为准确。通过2种模型的对比研究表明,显式溶剂模型能够更好的模拟水分子和溶质间的相互作用,计算获得的各络合物之间的同位素平衡分馏系数更为准确。本研究结果可以为今后开展相关同位素分馏计算时选择何种模型提供重要依据。