МД-моделирование в химических исследованиях: от атомных фрагментов до молекулярных соединений

Дубна: Международный университет природы, общества и человека «Дубна», 2011. - 100 с. Настоящее учебное пособие ориентировано на студентов старших курсов – магистров по специализации Химия, которое ставит перед собой цель помочь в освоении основных подходов и методов компьютерного молекулярного моделирования (компьютерного дизайна) в химических исследованиях. В последующих главах мы рассмотрим теоретические основы метода МД (молекулярно-динамического) моделирования, а также на конкретных примерах из химии и биомолекулярных исследований проиллюстрируем их применение. В Главе 1 описаны уравнения движения, потенциалы и основные соотношения метода МД. В Главе 2 подход МД моделирования детально анализирован на примере описания компьютерного кода по изучению свойств системы Леннарда-Джонса. Потенциал Леннарда-Джонса является одним из наиболее употребляемых в МД моделировании, в особенности в исследовании свойств жидкостей и жидкообразных соединений. В Главе 3 будут рассмотрены некоторые применения компьютерного кода DL_POLY – многоцелевого пакета, применяемого для МД моделирования самых разнообразных молекулярных систем - от простых атомарных фрагментов до ионных структур, полимеров и биохимических макромолекул. В Главе 4 дается описание и применение квантово-химических потенциалов в МД-моделировании. В конце книги приведен список литературы и приложения. Содержание Методы компьютерного молекулярного моделирования в химии Статус молекулярного моделирования в современной биохимии Уравнения движения и потенциалы силового поля Термостаты и баростаты Учет электростатики – центральная проблема в МД-моделировании МД моделирование системы Леннарда-Джонса Потенциал Леннарда-Джонса - наиболее употребляемый в изучении жидкостей Компьютерный код для МД моделирования системы Леннарда-Джонса Мониторинг равновесных распределений (состояний) в МД-моделировании Функция радиального распределения (ФРР) (RDF (radial distribution function)) Параметр порядка (order parameter) Распределение Больцмана Динамические свойства: коэффициент диффузии Некоторые результаты вычисления кода МД для модели Леннарда-Джонса Динамические и диффузионные свойства молекул NaCl в водном растворе при различных концентрациях соли МД-моделирование атомарных и ионных структур, полимеров и биологических макромолекул DL_POLY – многоцелевой компьютерный код МД–моделирования Использование кода DL_POLY в МД-моделировании атомарных и ионных структур, полимерных цепей и биомакромолекул Молекулярно-динамическое моделирование взаимодействия валиномицина с ионами K + и Na + в водной среде Молекулярно-динамическое моделирование фазовых превращений молекулы бифенила в растворе активной среды Молекулярно-динамическое моделирование фазовых превращений K-Na дисиликатного стекла в растворе активной среды Квантохимические потенциалы в МД-моделировании Гибридные подходы классической молекулярной динамики (MD) и квантово-химической молекулярной динамики (qMD) (Ab initio quantum chemistry) Потенциал Терсоффа для МД-моделирования систем, содержащих углерод, кремний, германий, и их сплавов (MD/qMD, Ab initio quantum chemistry) Потенциал Гупта-Морзе для МД-моделирования металлов и сплавов (MD/qMD, Ab initio quantum chemistry, DFT) Приложения Команды UNIX (OS Linux) Компиляция и исполнение программ в среде UNIX (OS Linux) Коды и программы МД-моделирования Клатраты гидратов и Si 46 -клатраты: проблемы энергетики будущего и некоторые аспекты МД-моделирования Формы контроля и примерная тематика исследовательских проектов Дубна: Международный университет природы, общества и человека «Дубна», 2011. - 100 с.Настоящее учебное пособие ориентировано на студентов старших курсов – магистров по специализации Химия, которое ставит перед собой цель помочь в освоении основных подходов и методов компьютерного молекулярного моделирования (компьютерного дизайна) в химических исследованиях. В последующих главах мы рассмотрим теоретические основы метода МД (молекулярно-динамического) моделирования, а также на конкретных примерах из химии и биомолекулярных исследований проиллюстрируем их применение. В Главе 1 описаны уравнения движения, потенциалы и основные соотношения метода МД. В Главе 2 подход МД моделирования детально анализирован на примере описания компьютерного кода по изучению свойств системы Леннарда-Джонса. Потенциал Леннарда-Джонса является одним из наиболее употребляемых в МД моделировании, в особенности в исследовании свойств жидкостей и жидкообразных соединений. В Главе 3 будут рассмотрены некоторые применения компьютерного кода DL\_POLY – многоцелевого пакета, применяемого для МД моделирования самых разнообразных молекулярных систем - от простых атомарных фрагментов до ионных структур, полимеров и биохимических макромолекул. В Главе 4 дается описание и применение квантово-химических потенциалов в МД-моделировании. В конце книги приведен список литературы и приложения. **Содержание**__Методы компьютерного молекулярного моделирования в химии__Статус молекулярного моделирования в современной биохимии Уравнения движения и потенциалы силового поля Термостаты и баростаты Учет электростатики – центральная проблема в МД-моделировании __МД моделирование системы Леннарда-Джонса__Потенциал Леннарда-Джонса - наиболее употребляемый в изучении жидкостейКомпьютерный код для МД моделирования системы Леннарда-ДжонсаМониторинг равновесных распределений (состояний) в МД-моделированииФункция радиального распределения (ФРР) (RDF (radial distribution function)) Параметр порядка (order parameter) Распределение Больцмана Динамические свойства: коэффициент диффузииНекоторые результаты вычисления кода МД для модели Леннарда-ДжонсаДинамические и диффузионные свойства молекул NaCl в водном растворе при различных концентрациях солиМД-моделирование атомарных и ионных структур, полимеров и биологических макромолекул DL\_POLY – многоцелевой компьютерный код МД–моделирования Использование кода DL\_POLY в МД-моделировании атомарных и ионных структур, полимерных цепей и биомакромолекул Молекулярно-динамическое моделирование взаимодействия валиномицина с ионами K+ и Na+ в водной среде Молекулярно-динамическое моделирование фазовых превращений молекулы бифенила в растворе активной среды Молекулярно-динамическое моделирование фазовых превращений K-Na дисиликатного стекла в растворе активной среды __Квантохимические потенциалы в МД-моделировании__Гибридные подходы классической молекулярной динамики (MD) и квантово-химической молекулярной динамики (qMD) (Ab initio quantum chemistry)Потенциал Терсоффа для МД-моделирования систем, содержащих углерод, кремний, германий, и их сплавов (MD/qMD, Ab initio quantum chemistry)Потенциал Гупта-Морзе для МД-моделирования металлов и сплавов (MD/qMD, Ab initio quantum chemistry, DFT) __Приложения__Команды UNIX (OS Linux) Компиляция и исполнение программ в среде UNIX (OS Linux)Коды и программы МД-моделированияКлатраты гидратов и Si46-клатраты: проблемы энергетики будущего и некоторые аспекты МД-моделированияФормы контроля и примерная тематика исследовательских проектов