實(shí)驗(yàn)2用分子模擬mp軟件計(jì)算聚丙烯酸甲酯的構(gòu)象能量

一.二.實(shí)驗(yàn)原理由于C－C單鍵電子云的軸對(duì)稱性，使得乙烷分子（圖2-1）能以C－C為軸產(chǎn)生內(nèi)旋轉(zhuǎn)，由眾多－的屬性,是橡膠高彈性的根由，也是決定高分子形態(tài)的主要因素，對(duì)聚合物的物理力學(xué)性H CC H圖 能有根本的影響。高分子鏈相鄰鏈節(jié)中非鍵合原子間相互作用——近程相互作用的存在，（圖2

31,2二氯乙烷繞C－C鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)勢(shì)能隨旋轉(zhuǎn)角的變化，與行為，進(jìn)而模擬分子體系的各種物理和化學(xué)性質(zhì)。分子模擬法不但可以模擬分子的靜態(tài)結(jié)構(gòu)，也可以模擬分子的動(dòng)態(tài)行為(為，分子在表面的吸附行為以及分子的擴(kuò)散等)分子的構(gòu)象能量，還可以通過(guò)分子動(dòng)態(tài)學(xué)來(lái)進(jìn)行分子動(dòng)態(tài)的計(jì)算，將分子幾何以及相應(yīng)的能算，此實(shí)體知。的變化而不斷變化。占主導(dǎo)地位的排列方式當(dāng)然是低能量的。分子中原子之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由分子力場(chǎng)而不是重力場(chǎng)確定的。整個(gè)分子的勢(shì)能被分子力場(chǎng)確定，或者說(shuō)，分子力場(chǎng)在分子的勢(shì)能函數(shù)中被表達(dá)。分子的勢(shì)函數(shù)由原子間鍵合相互作用項(xiàng)與非鍵合相互作用項(xiàng)V=Vbonded+Vnon-Vbonded=Vb+V+V+這里，VbVV為鍵扭轉(zhuǎn)函數(shù)、V為鍵角面外彎曲函數(shù)。非鍵合項(xiàng)的勢(shì)函數(shù)也叫“原子對(duì)兒勢(shì)函數(shù)”：Vnon-bonded=Ve+Vvdw+“原子的種類是指同種元素的原子由不同的鍵接方式，或不同的原子軌道雜化方式所題。因此，sp2sp3成鍵方式的碳不是一種碳，它將造成相應(yīng)的力場(chǎng)參數(shù)在“-”后面的數(shù)字表示原子軌道雜化形式：2sp2，3為sp3，R為芳香環(huán)上的等。有時(shí)第四位上也會(huì)出現(xiàn)數(shù)字，如C-32，表示它含有兩個(gè)氫。本軟件提供24個(gè)使用的元素，有CHONFClBrISSi、P、B、Ge、Sn、Se、Te、Al、Ga、As、Sb、Na、Ca、Fe、Zn。X=[ .g.2V/X 2V/X .. /X 2 ..2G

n2V/Xn 2V/XnX2.. 2V/Xn在執(zhí)行上述第五步時(shí)，要得到：Xi+1Xi。這是從分子勢(shì)函數(shù)的梯度或一階導(dǎo)數(shù)g算起的。一階導(dǎo)數(shù)g也是原子的受力方向。把它按Taylor展開(kāi)有g(shù)（X+ g(X)+g（X+）=代入得 法的基本方程–g G,從而得到所需的迪坐標(biāo)的增量=g用在原子相距9?以上貢獻(xiàn)很小，在軟件中增加cut-off（距離截?cái)喙δ埽?。距離截?cái)喙δ茏詣?dòng)把超過(guò)限定距離（cut-offvalue）的能量計(jì)算停掉。限定距離可以從屏幕的框中加三.CPU386以上計(jì)算機(jī)、5兆以上的硬盤鼠標(biāo)器 四.實(shí)驗(yàn)步驟打開(kāi)MP的程序，整個(gè)屏幕就呈現(xiàn)出由主窗口、圖形窗口、按鈕窗口和菜單窗口組成的軟件界面（圖4）。屏幕的右上角是主窗口，由它可彈出框[About，從而可以選擇顯示或隱藏圖形窗口和菜單窗口。也可通過(guò)關(guān)閉主窗口來(lái)退出了M是用來(lái)顯示三維的分子圖形的。通常原子是被忽略的，而用不同顏色表示白色為氫，綠色為碳，色氧。化學(xué)則線段示。果，可以過(guò)ae]單窗中的Eleen、harge和AomNuber]來(lái)標(biāo)出每個(gè)原子的元素符號(hào)、電荷和編號(hào)（見(jiàn)下面的說(shuō)明）。按鈕窗口有三個(gè)按鈕：將菜單窗口變?yōu)橹鞑藛未翱诳砂础爸鞑藛未翱诎粹o”；按“居中按鈕”，計(jì)算機(jī)將根據(jù)所畫的分子的大小和形狀，自動(dòng)選擇合適的放大比例，把分子”所有操作均由鼠標(biāo)器的左右鍵以及它們與[Shift]、[Ctrl]鍵的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此仍有必 圖4MP軟件界面鼠標(biāo)器左鍵:按鼠標(biāo)器的左鍵可以選中光標(biāo)對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)原子，屏幕上用紅色的十字表示鼠標(biāo)器右鍵:按鼠標(biāo)器的右鍵并保持，光標(biāo)將變?yōu)椤＿@時(shí)如果上下移動(dòng)鼠標(biāo)Shift+鼠標(biāo)器左鍵:按Shift+鼠標(biāo)器左鍵可以選中該原子所在的分子。如果該分子已Shift+鼠標(biāo)器右鍵:按下Shift+鼠標(biāo)器右鍵并保持，光標(biāo)將變?yōu)檫@時(shí)如果繞分+鼠標(biāo)器左鍵:按下Ctrl+鼠標(biāo)器左鍵并保持，光標(biāo)將變?yōu)檫@時(shí)如果移動(dòng)+鼠標(biāo)器右鍵:按下Ctrl+鼠標(biāo)器右鍵并保持，光標(biāo)將變?yōu)檫@時(shí)如果向上幾個(gè)菜單窗口（ 圖 ]是主菜單窗口，其中含有10個(gè)各別菜單。與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的單個(gè)菜單是[File]、[Select]、[Build]、[Label]、[Mol.Mechanics]、[Mol.Dynamics]、[Conformation]、文件[File]包括文件的“打開(kāi)”、“存盤”、以及[Quit]是退出整個(gè)軟件，明白無(wú)誤，不選擇[Select][Selectall]和[Unselectall]分別為選中所有的原子和推出所有被選中的原子。[Selectagroup]則是選中一組原子（分別選中起點(diǎn)原子和終點(diǎn)原子，按[Selectagroup]就能把起點(diǎn)原子到終點(diǎn)原子間的原子全部選中，包括支鏈上的原子）。[MoveallMol.]和[Moveselected]分別是用鼠標(biāo)構(gòu)造ud]菜單窗口（圖6）包括如下的選項(xiàng)：Add]可在被選中的氫原子（如果不是氫原子，要先用[Change]變?yōu)闅湓樱┥线B接新的基團(tuán)（新基團(tuán)菜單在按[Add]時(shí)會(huì)自動(dòng)彈出在屏幕的右側(cè)）。[Delect]可刪除所有選中的原子以及與選中的原子相連的氫原子。[Bond]可改變選中的兩個(gè)原子間的化學(xué)鍵，如變單鍵為雙鍵或連接兩個(gè)原子。[Change]可改變?cè)拥膶傩裕ó?dāng)有一個(gè)原子被選中時(shí)）；改變鍵長(zhǎng)（當(dāng)有二個(gè)原子被選中時(shí)）；改變平面角（當(dāng)有三個(gè)原子被選中時(shí)）和改變二面角（當(dāng)有四個(gè)原子被選中時(shí)）。[Unseecta則圖 [Label]菜單窗口包括如下的選項(xiàng)：[Element]、[Charge]、[Hybrization]和[AtomNumber]是分別用來(lái)標(biāo)出每個(gè)原子的元素符號(hào)、電荷、雜化狀態(tài)和原子的編號(hào)。[Selected在[yse]菜單窗口中對(duì)本實(shí)驗(yàn)有用的是[Mol.Mec.result]以及[Measure]，前者可以構(gòu)象onforaon]菜單窗口中（圖7），Torsonone]為輸入第一個(gè)要計(jì)算的二面角，具體方法是先選中二面角的4個(gè)原子（依次選定），然后再按這個(gè)按鈕。Torsonwo]為輸入第二個(gè)要計(jì)算的二面角（如果要計(jì)算兩個(gè)二面角），這里要注意的是在輸入第二個(gè)要計(jì)算的二面角時(shí)，選擇的原子一定要依次而選，使所選擇的原子能夠構(gòu)成二面角。而按TorsonUN為構(gòu)建聚丙烯酸甲酯分子片段，從主菜單窗口中選擇ud]，出現(xiàn)構(gòu)造[ud]菜單窗口，再選擇[Add]出現(xiàn)有各分子基團(tuán)的窗口，從中選取乙基片段，用鼠標(biāo)器標(biāo)亮其中的一個(gè)氫原子（當(dāng)我們想利用某一分子作為往外連接基團(tuán)時(shí)，連接點(diǎn)必須在氫原子上完成），從d器再標(biāo)記丙烯酸上的氫原子，從Ad的一個(gè)單體片段。重復(fù)以上操作，完成三個(gè)單體的丙烯酸甲酯片段即可。如果構(gòu)建的丙烯出相應(yīng)窗口。用鼠標(biāo)器標(biāo)亮你準(zhǔn)備旋轉(zhuǎn)的角（二面角）所涉及的4個(gè)原子，按[Torsionone]后，再按[TorsionRUN]，即出現(xiàn)如圖6所示的框。于文件的提示性的描述，在其中填寫“demo”是指這是一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。評(píng)價(jià)力函數(shù))，選用001。分子間相互作用的選擇：偶極相互作用(Dpe)還是靜電相互作用(hage)。這里構(gòu)建的是聚丙烯酸甲酯分子片段，不計(jì)靜電相互作用，而選擇偶極相互作(utffau)、9.。在Trson1表示所選定旋轉(zhuǎn)角原子的原子序號(hào)（這個(gè)序號(hào)是你在構(gòu)建聚丙烯酸甲酯分子片段時(shí)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)編上的）。從框中還可以設(shè)定進(jìn)行構(gòu)象能計(jì)算時(shí)旋轉(zhuǎn)角的起始角度及角度間隔。這里from–180o+180（nere計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度來(lái)選擇，這里可以選擇5或10的間隔?？蜃钕露说膔eadnalrcreandeqenalearch、readnalsrcueandearch、[useastsructureandearch]分別表示讀入初始結(jié)構(gòu)并按順序查找、讀入初始結(jié)構(gòu)并自由查找、讀入最終結(jié)構(gòu)并自由查找，在進(jìn)行構(gòu)象計(jì)算時(shí)選擇其中一項(xiàng)即可。本實(shí)驗(yàn)選擇[readinitialsrucurendequnalerch。一完成了框中所空項(xiàng)的寫，按OK鈕，計(jì)算機(jī)就進(jìn)入構(gòu)象能的計(jì)算，依所選擇的角度間隔和計(jì)算機(jī)的速度，整個(gè)計(jì)算不到10n即可完成。程序完成構(gòu)象能計(jì)算后，程序把計(jì)算結(jié)果以文本文件形式自動(dòng)存在一個(gè)名為onfore.out現(xiàn)在再來(lái)計(jì)算兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角。先依上面的方法選定4個(gè)原子，選按[Torsionone]之后，再用鼠標(biāo)器選中第二個(gè)扭轉(zhuǎn)角的4個(gè)原子，再按[Torsiontwo]和[TorsionRUN]，在屏幕上即出現(xiàn)如圖7的框框中各參數(shù)意義和應(yīng)該填寫的內(nèi)容同上輸入相應(yīng)的參數(shù)后、選擇按 若依10間隔 算。 機(jī)已自2存檔 轉(zhuǎn)角2(2和構(gòu) 圖計(jì)算完構(gòu)像能量之后，從主菜單窗口中選擇[Mol.Mechanics]，彈出確認(rèn)窗口，點(diǎn)擊[Yes]并指定計(jì)算數(shù)據(jù)保存路徑，按[OK]鈕，出現(xiàn)如圖8所示的框，輸入相應(yīng)的輸入輸8分子力學(xué)計(jì)算參數(shù)輸入窗口輸入?yún)?shù)包括：總原子數(shù)（Totalatoms）、最大步長(zhǎng)（Maxsteps）、評(píng)價(jià)力函數(shù)計(jì)算完畢后，點(diǎn)擊[yse]菜單窗口中的[Mol.Mec.result]，即可得到計(jì)算結(jié)果。將.89分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算參數(shù)輸入窗口框中出現(xiàn)的是關(guān)于所建分子進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算時(shí)所需選擇的參數(shù)。Description選擇室溫300K（軟件默認(rèn)）。輸入總時(shí)間（TotalTime）以及抽樣時(shí)間間隔（TimeIn