HEDP及其取代物对碳酸钙阻垢机理的研究

采用分子动力学方法,模拟计算了阻垢剂HEDP及其取代物与方解石(104,(102),(202),(113)面的相互作用,计算并分析了阻垢剂与方解石(104),(102),(202),(113)面作用的相互作用能,包括结合能,库仑能和范德华作用能.并且分析了方解石(104)晶面上的钙离子与阻垢剂中双键氧原子、整个(104)晶面与阻垢剂中所有氧原子之间和整个(104)晶面与整个阻垢剂分子之间的对关联函数,结果表明:阻垢剂分子中的氧原子与碳酸钙的Ca2+形成的离子键对吸附起到了主要作用,同时阻垢剂与晶面间存在较弱的范德华力相互作用,阻垢剂与各晶面的的结合能强弱顺序为(102)＞(202)≥(113)≈(104).苯环的大π键有利于阻垢效果的提高.     

水解聚马来酸酐的微观阻垢机理研究

利用分子模拟方法优化了水解聚马来酸酐的构型,模拟了水解程度不同时各聚合物与碳酸钙晶体之间的相互作用,并计算了其作用能量和原子键距的变化。计算结果显示:所有阻垢剂分子均逐渐接近方解石晶体,阻垢剂分子链中的活性羧酸基团与Ca2 螯合,某些基团与Ca2 离子的键距越来越趋近,占据晶体的晶格生长点或嵌入晶体内部,同时分子结构存在小幅度的变形;说明该聚合物的阻垢机理是抑制晶体成核即抑制碳酸钙的长大,同时使晶体晶格扭曲畸变使垢松软。作用后动能、势能和总能量均有不同程度的降低,趋于更稳定的构型,并随着水解度的增大,阻垢作用更加明显。     

分子动力学模拟的优化与并行研究

分析讨论了分子动力学模拟的算法特征和计算特点,对串行程序作了优化,并使之适合于作并行化。对模拟体系使用区域分解的方法,在计算节点间保留了部分重叠区域,采用基于消息传递的MPI设计平台,在可扩展机群上实现了并行化,获得了90%以上的并行效率。     

芘功能化单分子层荧光薄膜荧光猝灭机理的分子动力学研究

实验证明,芘功能化单分子层荧光薄膜的荧光能被溶液中的硝基苯显著猝灭,为了找到猝灭的根本原因,本文采用分子动力学模拟方法来研究猝灭的机理.模拟结果表明,该薄膜在真空环境中,一对芘环中心的距离分布在(4～10)A之间,且主要是在5.3 A左右,该距离正适合于形成芘激子.当把硝基苯分子加入到该薄膜中时,我们发现芘分子在这一距...     

芳香氨基类化合物对铁缓蚀行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了2种芳香氨基类缓蚀剂（对氨基苯磺酸、2-氨基5-硝基苯甲酸）在Fe（110）表面的吸附行为,计算了吸附能,并对其缓蚀机理进行了深入分析,研究结果表明,芳香氨基类分子的极性端基会吸附在金属表面上,而非极性端基则背离金属表面,并通过自身的扭转形变实现稳定吸附;两种缓蚀剂膜均能有效阻碍溶液中的腐蚀介质向金属铁表面扩散,从而达到延缓金属腐蚀的目的。另从缓蚀剂膜阻碍腐蚀介质粒子（H₃O和H₃O⁺）向金属表面扩散的角度,研究了腐蚀介质粒子在2-氨基5-硝基苯甲酸缓蚀剂膜中的扩散行为,计算其扩散系数,结果表明,缓蚀剂膜能有效抑制腐蚀介质的迁移,削弱其腐蚀能力:与中性H₃O分子对比,缓蚀剂膜对H₃O⁺带电离子的扩散具有更强的抑制效果。     

液态金属凝固过程分子动力学模拟的并行算法研究

本文对原来只适用于在微机上对由５００～１０００个液态金属原子组成的小系统的凝固过程进行分子动力学模拟研究的串行计算程序作了深入分析,并进一步将其改造成为可以在并行处理系统上对由５００００～１０００００个以上原子组成的大系统的凝固过程进行分子动力学模拟研究的并行计算程序,这样,将使模拟研究的系统可容纳的原
原子数扩大１００倍以上,因而其模拟研究的结果将更接近于真实情况。     

硅的平衡态分子动力学模拟

平衡态分子动力学模拟是研究既定系统向所期望的平衡态演化的一种方法,不仅可预测平衡态的各种性质,还为动力学加载过程提供合理的初始条件.本文主要研究Free、NVT、NVE平衡态分子动力学模拟中系统宏观量的演化过程;并讨论如何根据不同的初始条件,选择恰当的平衡态模拟方法.     

分子动力学模拟的柔性对接

分子自动对接技术在过去二十年里取得很大发展和成功,但是仍然面对如何处理分子柔性这样一个难题。这篇综述概要介绍分子柔性对接技术的进展并重点介绍分子动力学模拟技术。     

氯霉素分子印迹聚合物预组装过程的分子动力学研究

以氯霉素(CAP)为模板分子,甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为功能单体,采用分子动力学方法研究了不同预组装体系中CAP与功能单体的相互作用,考察了溶剂(氯仿、甲醇、乙腈)对预组装体系的影响,并采用试验方法验证模拟结果,最后研究了预组装体系中CAP与功能单体相互作用距离。结果表明:模拟结果与实验结果一致,在甲醇溶剂中,CAP与功能单体相互作用强弱顺序为MAA>AA>AM>MMA;乙腈溶剂中顺序为AM>MAA>AA>MMA。CAP与功能单体相互作用基团的距离在1.8~5.0,两者间可能存在较强的非共价结合作用。     

分子动力学并行算法研究

文章阐述了三种用于分子动力学计算的并行算法,并分别就算法的计算量、通信量和负载均衡进行了分析。     

Material Studio(MS)软件在腐蚀与防护中的应用研究现状

Materials Studio是为材料科学与结构化学领域研究工作者用于在计算机上运行的一款多功能的实用模拟软件。许多的化学研究者使用Material Studio软件对缓蚀剂的缓蚀性能和机理进行理论评价、模拟和计算,通过Material Studio软件的计算结果,可表示出在金属表面的有机缓蚀剂分子的物理和化学行为,解释在金属表面的缓蚀剂分子的吸附、成键和形成膜的微观粒子过程,为深层次探讨缓蚀剂的结构和功效之间的关系和缓蚀机理提供了充足的条件。本文介绍了Material Studio(MS)软件近些年在腐蚀与防护中的对缓蚀剂缓蚀行为和缓蚀机理中的应用研究现状,综述了其在氨基酸类、咪唑啉类和其他类型的缓蚀剂中Material Studio(MS)软件的使用状况,阐述了Material Studio(MS)软件在腐蚀与防护中研究中起到的关键性作用,并展望了其在未来化学研究中的重要作用。     

模拟3种有机膦系阻垢剂与方解石(104)面的相互作用

通过pH曲线实验研究了乙二胺四亚甲基膦酸(EDTMP),己二胺四亚甲基膦酸(HDTMP)和二乙烯三胺五亚甲基膦酸(DTPMP)对碳酸钙垢的阻垢性能,在相同的加药浓度下阻垢性能强弱顺序为:DTPMPEDTMPHDTPM。同时采用周期性边界条件下的分子动力学方法,模拟研究了在水分子存在条件下各阻垢剂与方解石(104)面的相互作用,得到了相应的结合能和原子间距离等参数。结果表明:阻垢分子膦酸基团中的双键氧与碳酸钙中的Ca~(2+)形成的强静电相互作用力对吸附起了主导作用,同时膦酸基团中的氢与晶面中的氧形成了氢键,加强了吸附效果。综合考虑各分子在晶面(104)上的吸附效果,其结果与实验相符合;从分子中膦酸基团作用个数也可看出,HDTMP只有一个膦酸基团靠近晶面,因此作用力也是最弱的。     

苯丁酸氮芥的七、八元瓜环包合物的稳定性研究

苯丁酸氮芥是一种良好的抗癌药物,但其在水溶液中溶解度低和易水解的特点,使得它的疗效和发展受到限制,瓜环可以包合小分子物质并改善小分子的理化性质,本实验采用分子模拟的方法对瓜环和苯丁酸氮芥包合物的稳定性进行了研究。首先利用分子力学的方法,确定苯丁酸氮芥与七、八元瓜环包合物的最稳定优势构型,在此基础上模拟一定时间内包合物的动态结构,统计苯丁酸氮芥包合前后结构的变化,计算结果表明:由于范德华力和氢键的作用,苯丁酸氮芥和瓜环包合后势能明显下降,证明了七、八元瓜环包合苯丁酸氮芥的包合物动力学上可以稳定的存在。     

用于膜蒸馏的大型平面膜组件性能数值模拟研究

以典型膜蒸馏系统中的大型多层平面膜组件为研究对象,通过数值模拟的方法研究该类组件的性能。工作中建立了该类组件的数学模型,并将该模型与系统中其它设备的数学模型联立求解。模拟计算结果表明,大型膜组件在膜蒸馏系统中会表现出与实验室用小型组件完全不同的性能规律。组件通量随外供热量的增加呈线性规律上升;在外供热量一定的情况下,提高热回收换热器的KA值固然能提高组件通量,但随着KA值的增大,这一手段的效果会越来越不显著;增加组件膜面积使组件通量减小,但总产量是增加的;膜两侧流体流量的增加会导致组件通量的下降。流体停留时间的大大增加使大型膜组件内存在范围很宽的流体温度分布,因此才能够进行膜蒸馏系统的能量回收。上述组件性能随设计和操作条件的变化正是能量回收率变化的结果。     

几种典型硫化物在MoS2晶面上吸附形式的研究

采用分子力学和分子动力学分子模拟方法计算了柴油馏分中硫化物二苯并噻吩(DBT)、4-甲基二苯并噻吩(4-MDBT)、4,6-二甲基二苯并噻吩(4,6-DMDBT)在MoS2晶体表面的低能吸附构象、吸附热和吸附形式。研究结果显示,该类硫化物能够自发吸附在MoS2晶面上,并且形成稳定的平面物理吸附;并且4-MDBT、4,6-DMDBT的吸附热较DBT大,表明4-MDBT、4,6-DMDBT类硫化物的低脱硫活性不能归因于此类硫化物在催化剂表面有吸附困难。     

“可编程序控制器原理及其应用”课程试验教学软件的研制

本文在原有的TVT-90硬件和软件实验系统基础上,用组态软件实现"可编程序控制器原理及其应用"试验的动态模拟和仿真,在计算机上实现实验过程的动画仿真,使学生在实验过程中可以进行与生产过程的交互模拟,反复验证自己的程序设计过程是否正确,并且理解真实的生产装置的控制过程。     

柴油馏分深度加氢脱硫过程中有色体形成机理的研究

为了生产含低硫、色度好的柴油产品，采用计算机分子模拟技术研究了柴油馏分深度加氢脱硫(HDS)过程中多环芳烃有色体的形成机理。研究结果显示，柴油馏分中难脱除硫化物4-MDBT、4，6-DMDBT的HDS中间产物生成多环芳烃的反应历程中每步反应的活化能较低，其中的缩合环化反应为吸热反应。模拟产物符合实验事实，表明模拟计算的多环芳烃有色体形成路径是可能的、合理的。     

克氏锥虫唾液酸转移酶催化机理的理论研究

克氏锥虫唾液酸转移酶（TcTs）是恰加斯病的致病原,它具有由6个β片构成的桶状催化结构域。该催化结构域集中在酶N端的边缘。本文利用量子力学/分子力学（QM/MM）联用的模型研究了克氏锥虫唾液酸转移酶的催化机理。初始酶和底物复合物模型由蛋白质晶体数据库得到（PDB ID:lSOI）。其中QM部分在半经验模型中由AM1描述,在从头算模型中由B3LYP/6-3lG^*描述。MM部分只取酶的N端结构域,并始终由AMBER力场来描述。QM部分与MM部分成键相互作用边界用pseudo-bond方法处理,将3个重要的氨基酸残基（Glu230,Asp59,Tyr342）的C_β-C_β键作为OM/MM模型中的pseudo-bond。由Nudged Elastic Band（NEB）路径优化方法得到的TcTs半经验的最低能量反应路径中,关键原子间距离沿最低能量路径的变化表明:反应开始后Glu230开始靠近Tyr342,当它们之间的氢键距离由2.9 A缩短为2.4 A时,Tyr342将质子转移给Glu230,增强了Tyr342酚氧负离子的碱性,更有利于Tyr342亲核进攻糖苷键。同时,Asp59作为酸,提供质子给糖苷键断裂后的离去基团。过程中,伴随着唾液酸的单糖糖环从扭曲的船式构象向松弛的椅式构象的转变,从而更有利于稳定生成的共价唾液酸-酶中间产物。对得到的半经验的最低能量反应路径再做B3LYP/6-31G^*/MM模型下的优化,得到反应的能垒约为13.53 kcal/mol,说明该反应路径是合理的。研究结果与实验上通过突变的TcTs_D59A推测的乒乓双置换酸碱催化的机理一致,是对实验结论的有力支持,为TcTs抑制剂的设计和结构修饰提供了理论参考,有助于预防和抗恰加斯病的新药物研发。     

用分子对接方法研究肝素与孕激素受体相互结合模式(英文)

用分子对接模拟软件研究了肝素与孕激素受体的相互作用。以肝素中的一糖单位作为探针对孕激素受体蛋白进行搜索,获得肝素组成单位与孕激素受体的特异性结合模式。结果发现,2-O-硫酸-α-L 艾杜糖醛酸(2-O-sulfated iduronic acid,IdoA(2S))作为肝素的核心组成单糖之一,与孕激素受体的结合能力最好。分子对接结果显示 IdoA(2S)深入到孕激素受体的 helix2 和 helix 11 所包围的结合口袋,与孕激素受体结合结构域关键残基 Asn 719 形成稳固的氢键;并与孕激素受体结合结构域的关键残基 Met 909 残基侧链近距离接触,揭示了 IdoA(2S)可能具有的孕激素受体拮抗效应的分子作用机制。本模拟实验所建立的模型能够部分解释肝素抑制孕激素依赖性乳腺癌的现象,同时推测了其相应机理。