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第1章　分子模拟的概况参考文献5

第2章　力场6

2.1 力场简述6

2.2　力场作用项的一般式9

2.3　常见的力场13

2.3.1　MM形态力场13

2.3.2　AMBER力场14

2.3.3　CHARMM力场14

2.3.4　CVFF力场15

2.3.5　第二代力场16

2.4　涵盖周期表元素的力场17

2.5　特殊的力场18

参考文献21

第3章　能量最小化24

3.1 势能图与势能面24

3.2　函数的极小值26

3.3　利用导数求极小值的方法28

3.4　一次导数求极值法29

3.4.1 最速下降法30

3.4.2 共轭梯度法32

3.5　二次导数求极值法33

3.5.1　牛顿-拉森法33

3.5.2　近似牛顿-拉森法34

3.5.3　对角线块状牛顿-拉森法35

3.6　求分子最低能量构象方法的选择35

3.7　能量最小化的应用36

3.8　多原子分子振动频率的计算37

3.9　以能量最小化方法预测团簇体的大小42

参考文献48

第4章　分子力学的应用48

4.1　分子结构与势能面49

4.2　势能面的最小值点、最大值点、鞍点51

4.3　势能面与化学反应52

4.3.1　过渡态结构与反应路径52

4.3.2　鞍点与二次区域54

4.3.3　决定鞍点的方法56

4.4　分子力学计算的热力学性质58

4.4.1 构象能58

4.4.2　分子的生成焓58

4.4.3　反应热与生成焓61

4.5　晶体结构的计算62

4.6　立体效应64

参考文献65

第5章　分子动力模拟计算的原理65

5.1 分子动力计算的基本原理67

5.2　牛顿运动方程式的数值解法69

5.3　周期性边界条件与最近镜像72

5.4　积分步程的选取75

5.5　简化单位76

5.6　分子动力计算流程77

5.7　分子动力计算的初始设定79

5.8　定温计算法81

5.9　系统形状的改变计算83

5.10　各种系综的分子动力计算方法84

参考文献88

第6章　特殊形态的分子动力计算88

6.1 刚性线形分子的计算90

6.2　刚性非线形分子的计算92

6.3　键长限制法95

6.4　限制键长与键角的计算97

6.5　聚合物的限制动力计算99

参考文献103

第7章　分子动力计算的应用103

7.1　运动轨迹分析104

7.2　热力学特性的计算107

7.3　径向分布函数110

7.4　与时间相关物理量的计算112

7.4.1　均方位移112

7.4.2　相关函数113

7.5 自由能的计算121

7.5.1 自由能的变化121

7.5.2　微扰计算123

7.5.3　耦合系数124

7.5.4　热力积分方法125

7.5.5　缓慢成长法127

7.6　相对自由能的变化128

7.7　构型自由能129

参考文献132

第8章　分子动力计算的应用实例132

8.1 水分子系统的计算133

8.1.1　简单的水分子的力场133

8.1.2　ab initio水分子力场136

8.1.3　水分子自由能的计算137

8.2　正戊烷构象的研究139

8.3　链状分子的计算142

8.4　链状双性体的分子动力计算144

8.5　聚合物的特殊运动147

参考文献151

第9章　长程作用力的计算151

9.1 中央多极展开法152

9.2　Ewald求和法156

9.3　作用场与镜像电荷计算法159

9.4　非键结作用项的格胞多极计算方法161

9.5　溶剂介电质模型164

参考文献166

第10章　蒙地卡罗计算方法166

10.1 基本原理167

10.2　重要取样法170

10.3　Metropolis计算法174

10.4　各类系综的蒙地卡罗计算176

10.4.1　定温定压系综176

10.4.2　巨正则系综177

10.5　进阶蒙地卡罗计算法179

10.5.1　优先取样蒙地卡罗计算法180

10.5.2 力场导向蒙地卡罗计算法181

10.5.3　明智的蒙地卡罗计算法182

参考文献183

第11章　蒙地卡罗计算的应用183

11.1 压力与自由能的变化185

11.2　分子液体187

11.3　聚合物晶格模式计算188

11.3.1　晶格模式188

11.3.2　晶格模式计算的执行步骤188

11.3.3　研究聚合物的物理量190

11.3.4　MC计算的结果192

11.4　改良型晶格计算193

11.5　蛇形滑动模式194

11.6　聚合物的改进计算模式197

11.6.1　球与棒模式197

11.6.2　球与弹簧模式199

11.7　随机搜寻最佳结构方法200

参考文献202

第12章　蒙地卡罗计算的实例202

12.1　液晶的蒙地卡罗计算203

12.2　两相并存系统的蒙地卡罗计算208

12.3　沸石等温吸附线的计算212

12.4　蛋白质的折叠217

参考文献220

第13章　布朗动力计算方法220

13.1 布朗粒子运动力学221

13.2　布朗动力计算223

13.3　布朗动力计算的技巧226

13.4　流动效应227

13.5　布朗动力计算在生化系统的应用228

13.6　布朗动力计算在高分子溶液的应用231

13.7　分子动力计算与布朗动力计算的比较233

13.8　朗之万方程式的一般解237

参考文献238

第14章　耗散粒子动力计算法238

14.1 耗散粒子动力计算240

14.2　离子型表面活性剂胶束的计算242

14.3　非离子型表面活性剂的相变化研究246

14.4　脂质分子的相行为计算249

14.5　纳米尺寸金粒子的DPD模拟252

参考文献255

第15章　溶解自由能256

15.1 Born与Onsager模型256

15.2　连续模型258

15.3　朗之万偶极矩模型261

15.4　泊松-玻耳兹曼方程式262

参考文献266

第16章　生化分子系统的模拟266

16.1 生化分子的结构267

16.2　生化分子体系间的亲水性与疏水性275

16.3　蛋白质分子折叠的模拟276

16.4　细胞膜的融合模拟279

16.5　疏水基团的堆积284

参考文献287

第17章　分子模拟与药物设计287

17.1 小分子的定量构效关系288

17.1.1　传统的构效关系288

17.1.2　三维定量构效关系289

17.1.3　构效关系的数学基础291

17.2　药效团模型297

17.2.1　药效团模型的建立298

17.2.2　药效团识别的软件299

17.3　分子对接计算300

17.3.1 FlexX300

17.3.2　LigandFit301

17.3.3　Autodock 3.05302

17.3.4　DOCK 5.2303

17.3.5　分子对接计算的注意点303

17.4　数据库搜索305

17.5　从头设计306

17.6　计算实例307

17.6.1　3D-QSAR研究实例307

17.6.2　对接计算和分子设计实例309

参考文献316

附录A 经典运动力学317

A-1 牛顿运动力学317

A-2　拉格朗日运动力学319

A-3　哈密顿运动力学322

附录B　统计力学324

B-1　基本统计原理324

B-2　系综326

B-3　配分函数326

B-4　统计涨落328

B-5　统计力学与模拟计算的关系329

B-6　统计力学与量子力学的关系330

B-7　经典力学与统计力学的关系331

参考文献332