计算化学

2017年机器学习和量子计算方面的一些发展大幅推动了科学发现。包括巴斯夫和陶氏化学公司在内的化学公司与IBM和慧与公司(Hewlett Packard Enterprise ，从惠普公司中拆分出来的公司）等计算机巨头结成了联盟，以加快垂直领域商业应用的脚步。机器学习是指使计算机能够超越严格的编程指令，从决策中学习、实施决策并根据大量数据进行预测的算法。在化学方面，华盛顿大学的David Baker及其同事报告称他们已经使用这种技术来确定600个结构未知的蛋白质家族的三维构象。某国际小组则利用这种方法使计算机能够根据化合物的分子结构预测其气味。这种对嗅觉认知的学习，有一天可能使香料行业受益。

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化学进展 (30)

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特约稿
从原子到大分子体系的计算机模拟--计算化学50年

Enrico Clementi, Giorgina Corongiu(著); 帅志刚;马中云;张天;尚远(译)

化学进展. 2011, 23(9): 1795-1830.

摘要 (6169) PDF全文 (3853) 可视化收藏引用

Enrico Clementi, Giorgina Corongiu(著); 帅志刚;马中云;张天;尚远(译). 从原子到大分子体系的计算机模拟--计算化学50年[J]. 化学进展, 2011, 23(9): 1795-1830.

Enrico Clementi, Giorgina Corongiu(author);Shuai Zhigang;Ma Zhongyun;Zhang Tian;Shang Yuan(translator). With Computers from Atoms to Macromolecular Systems[J]. Progress in Chemistry, 2011, 23(9): 1795-1830.

CSCD(1)

本文综述并修订了从20世纪50年代末至今,我们在计算化学领域所做的一些有意义的工作。序言部分把我们的工作置于当代科学的背景之下。然后我们以一种经典的基准测试体系--一种新的单粒子表象(即替代传统的原子和分子自旋轨道的化学自旋轨道)所构建的氢分子(H₂)波函数--作为开始。用Hartree-Fock-Heitler-London (HF-HL)对从双原子分子到小的多原子分子进行计算所得的结果,与用传统的Hartree-Fock (HF)和Heitler-London (HL)计算的结果进行了对比;我们推断出,使用HF-HL水平的解决方案是计算量子化学的一个通用而且合理的选择。此外,我们也指出用化学自旋轨道构建的波函数,与HF-HL模型所得的波函数是等同的。除了这些计算之外,我们还对相关能、威格纳(Wigner)和库仑空穴(Coulomb Hole)泛函进行了评判性分析。上述研究工作是Hartree-Fock早期工作的继承与发展,这一时期以对原子和分子体系的先驱性计算为特征,包括基组优化、在HF和后HF(post Hartree-Fock)方法水平上的原子能量表格化以及用超级分子方法获得势能面。但是,要处理大分子体系并清楚地考察温度和时间,我们必须改用统计方法;我们回顾了用蒙特卡罗(Monte Carlo)、分子动力学和朗之万(Langevin)动力学,首先针对平衡的体系,而后在非平衡的开放体系中的模拟。对把这些模型联合起来建立的全局模拟法,也进行了详细的讨论。以上所有的工作既需要计算机硬件,也需要应用于计算化学各分支的程序。本文重温了过去半个世纪中人们编写、存档、免费发布的量子化学原子和分子程序以及统计力学程序。也回顾了上世纪80年代初,我们在设计和组装并行性超级计算机架构方面所做的先驱性工作,这些工作实现了计算化学上的第一个大规模并行计算。目录 1 引言:我们在哪儿 2 从量子力学到早期量子化学 3 氦原子和氢分子 4 化学轨道波函数Ψ_CO 5 从HF和HL到HF-HL方法的分子计算比较 6 HF-HL和化学自旋轨道模型的波函数 7 密度泛函近似(DFA):获得相关能的一个实用方法 8 Wigner方案的演化 9 原子与分子中的库仑空穴近似 10 相关能的分解 11 从原子扩展到分子 (1950-1965) 12 原子和分子的基组 13 相互作用分子的势能面 14 从小分子的量子力学到大体系:包含时间、温度和溶剂的能量预测 15 从分子动力学到微动力学 16 并行计算机架构 17 全局模拟 18 结论
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综述
重要性采样方法与自由能计算

陈淏川, 付浩浩, 邵学广, 蔡文生

化学进展. 2018, 30(7): 921-931. https://doi.org/10.7536/PC171026

摘要 (4286) PDF全文 (3027) 可视化收藏引用

陈淏川, 付浩浩, 邵学广, 蔡文生. 重要性采样方法与自由能计算[J]. 化学进展, 2018, 30(7): 921-931.

Haochuan Chen, Haohao Fu, Xueguang Shao, Wensheng Cai. Importance Sampling Methods and Free Energy Calculations[J]. Progress in Chemistry, 2018, 30(7): 921-931.

分子动力学模拟与自由能计算已经在化学、生物学与材料学等领域得到广泛的应用。然而，由于在传统分子动力学模拟的时间尺度内，体系很难跨越较高的自由能能垒，在相空间内的采样大大受限，采样困难使自由能计算难以收敛。增强采样是解决这一问题的有效途径，重要性采样方法就是其中一类。本文综述了四种广泛应用的重要性采样方法——伞状采样方法、metadynamics方法、自适应偏置力方法和温度加速分子动力学方法的原理和进展，其中重点概述了自适应偏置力方法的最新发展——扩展自适应偏置力方法和扩展广义自适应偏置力方法，并对这四种重要性采样方法的优缺点进行了比较。最后，讨论和展望了重要性采样与自由能计算方法面临的挑战和前景，并提出了对自适应偏置力方法可能的改进，如与加速分子动力学（aMD）或弦方法结合以提高在高维度空间中的采样效率。
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综述与评论
离子液体的分子模拟与量化计算

郑燕升, 卓志昊, 莫倩, 李军生

化学进展. 2011, 23(9): 1862-1870.

摘要 (3609) PDF全文 (2736) 可视化收藏引用

郑燕升, 卓志昊, 莫倩, 李军生. 离子液体的分子模拟与量化计算[J]. 化学进展, 2011, 23(9): 1862-1870.

Zheng Yansheng, Zhuo Zhihao, Mo Qian, Li Junsheng. Molecular Simulation and Quantum Chemistry Calculation of Ionic Liquids[J]. Progress in Chemistry, 2011, 23(9): 1862-1870.

Baidu(12) CSCD(2)

分子模拟方法是研究离子液体结构与性质关系非常有效的方法,可以从分子间相互作用出发研究离子液体的微观结构、热力学和动力学性质;量子化学计算则在分子、电子水平上对离子液体的结构、性能及催化机理进行理论研究。本文综述了分子模拟方法应用于离子液体体系的研究进展,重点介绍了利用分子动力学模拟和量子化学计算方法对不同离子液体进行研究,获得离子液体的结构性质、光谱性质(红外光谱、拉曼光谱)及离子液体催化反应机理等,为探讨离子液体结构-性质的关系、离子对的作用方式、催化反应活性中心、反应途径、反应活化能、振动模式和频率以及设计功能性离子液体提供理论导向。
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放射化学专辑
锕系计算化学进展

王东琪, Wilfred F. van Gunsteren

化学进展. 2011, 23(7): 1566-1581.

摘要 (3202) PDF全文 (1815) 可视化收藏引用

王东琪, Wilfred F. van Gunsteren. 锕系计算化学进展[J]. 化学进展, 2011, 23(7): 1566-1581.

Dongqi Wang, Wilfred F. van Gunsteren. Recent Advances in Computational Actinide Chemistry[J]. Progress in Chemistry, 2011, 23(7): 1566-1581.

Baidu(20) CSCD(7)

本文简要总结了过去十年中应用量子力学方法研究锕系化学的若干结果。我们将其大致归为几何与电子结构和化学反应两类。对于前者,简要总结了锕系元素化合物中的An—O键和金属—金属键;而后者则涉及水合反应和配体交换反应,歧化反应,氧化反应,铀酰离子的还原,氢胺化反应以及铀的叠氮化合物的光解反应等。
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特约稿
先导化合物的发现——整合计算机虚拟筛选、化学合成和生物测试方法^*

叶德举,罗小民,沈建华,朱维良,沈旭,蒋华良,柳红

化学进展. 2007, 19(012): 1939-1946.

摘要 (3009) PDF全文 (4203) 可视化收藏引用

叶德举,罗小民,沈建华,朱维良,沈旭,蒋华良,柳红. 先导化合物的发现——整合计算机虚拟筛选、化学合成和生物测试方法^*[J]. 化学进展, 2007, 19(012): 1939-1946.

Ye Deju¹, Luo Xiaomin¹, Shen Jianhua¹, Zhu Weiliang¹, Shen Xu^1,2, Jiang Hualiang^1,2, Liu Hong^1**
. Discovering Potential Drug Leads via Docking, Synthesis and Bioassay[J]. Progress in Chemistry, 2007, 19(012): 1939-1946.

先导化合物的发现在药物研究中起关键作用。基于分子对接的虚拟筛选是创新药物研究的新方法和新技术，已成为一种与高通量筛选互补的方法，广泛应用于先导化合物的发现中。本文将结合本课题组的研究实例，综述了通过计算机虚拟筛选、化学合成和生物测试相结合的方法来发现先导化合物的一些研究工作。
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综述与评论
金属-碳基储氢材料计算与实验研究^*

李采临,陈云贵,吴朝玲,周晶晶,庞丽娟

化学进展. 2009, 21(6): 1101-1106.

摘要 (2748) PDF全文 (1934) 可视化收藏引用

李采临,陈云贵,吴朝玲,周晶晶,庞丽娟. 金属-碳基储氢材料计算与实验研究^*[J]. 化学进展, 2009, 21(6): 1101-1106.

Li Cailin Chen Yungui Wu Chaoling Zhou Jingjing PangLijuan. Theoretical and Experimental Studies on Metal-Carbon-Based Materials for Hydrogen Storage[J]. Progress in Chemistry, 2009, 21(6): 1101-1106.

氢能以其资源丰富和环境友好性成为未来最具发展潜力的能源。储氢技术是氢能应用中的关键问题。随着计算材料学的发展，利用密度泛函和量子机制第一性原理研究已知材料储氢性能和寻找潜在的新型优良储氢载体已成为当前研究储氢材料的有效方法。本文综述了近年来金属-碳基储氢材料中的金属修饰碳纳米管、C₆₀材料和过渡金属-乙烯复合物的理论计算与实验研究进展，并对该领域未来的研究工作进行了展望。
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综述与评论
溶液相有机化合物pK_a的量子化学计算^*

刘元海,王永健,于奡,张鑫锐,李久虹

化学进展. 2008, 20(09): 1241-1250.

摘要 (2745) PDF全文 (1869) 可视化收藏引用

刘元海,王永健,于奡,张鑫锐,李久虹. 溶液相有机化合物pK_a的量子化学计算^*[J]. 化学进展, 2008, 20(09): 1241-1250.

Liu Yuanhai¹ Wang Yongjian² Yu Ao^1** Zhang Xinrui¹ Li Jiuhong¹. Quantum Chemistry Computation on pK_a Values of Organic Compounds in Solution[J]. Progress in Chemistry, 2008, 20(09): 1241-1250.

寻找一种理论计算方法来验证和补充实验数据，得到较为精确的溶剂化自由能和pK_a值，是众多理论化学家长期以来研究的重要方向。本综述较为详细地总结了近年发展起来的PCM理论模型在溶液相化合物溶剂化自由能、特别是近十年来有机化合物pK_a值的量子化学计算中的最新成果，比较了各种不同计算方法的精确性和各自特点。
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综述与评论
计算机辅助药物设计中的多维定量构效关系模型化方法

梁桂兆,梅虎,周原,李志良

化学进展. 2006, 18(01): 120-130.

摘要 (2680) PDF全文 (3228) 可视化收藏引用

梁桂兆,梅虎,周原,李志良. 计算机辅助药物设计中的多维定量构效关系模型化方法[J]. 化学进展, 2006, 18(01): 120-130.

Guizhao Liang¹,Hu Mei¹,Yuan Zhou¹,Zhiliang Li ^1,2*. Modeling Techniques of Multidimensional Quantitative Structure-Activity Relationship in Computer-Aided Drug Design[J]. Progress in Chemistry, 2006, 18(01): 120-130.

Baidu(163) CSCD(6)

多维定量构效关系(MD QSAR)在计算机辅助药物设计中得到了广泛而成功的应用，结合本研究组的工作，本文系统综述了建立各种MD QSAR模型的方法和策略，对近年来有关的MD QSAR应用研究进展进行了回顾，并对其在新世纪药物设计中应用前景做了展望。
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综述与评论
大分子自组装特性计算机模拟的研究^*

李?,韩永才,张金利

化学进展. 2004, 16(03): 431.

摘要 (2667) PDF全文 (2344) 可视化收藏引用

李?,韩永才,张金利. 大分子自组装特性计算机模拟的研究^*[J]. 化学进展, 2004, 16(03): 431.

Li Wei^**,Han Yongcai,Zhang Jinli. Advances in Computer Simulation of Macromolecule Self-assembly[J]. Progress in Chemistry, 2004, 16(03): 431.

包括表面活性剂在内的大分子在溶液中可以形成聚集体的特性,使其在工业和生活领域得到广泛的应用.研究其自组装特性对生命体内两亲大分子的聚集行为以及生物矿化和仿生合成的研究均具有重要意义.本文分别从分子热力学和分子动力学的角度,对以表面活性剂为主的大分子自组装特性计算机模拟的研究进展进行了综述,分析并展望了对大分子溶液体系理论模拟研究的发展前景。
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量子化学专辑
经典价键理论的从头算计算方法

苏培峰, 吴玮^*

化学进展. 2012, 24(06): 1001-1007.

摘要 (2542) PDF全文 (1295) 可视化收藏引用

苏培峰, 吴玮^*. 经典价键理论的从头算计算方法[J]. 化学进展, 2012, 24(06): 1001-1007.

Su Peifeng, Wu Wei. Ab Initio Computational Method for Classical Valence Bond Theory[J]. Progress in Chemistry, 2012, 24(06): 1001-1007.

Baidu(3)

价键理论是两大现代化学键理论之一,广泛应用于化学键本质和化学反应机理的研究。由于计算困难,价键理论应用局限于定性的讨论而无法有效地开展从头计算研究。现代经典价键理论在经典价键理论的理论基础上,引入合理有效的计算方法,提高了价键计算的效率。本文回顾近年来经典价键理论从头算方法在提高计算精度和拓展研究范围方面的发展,并简要展望价键理论方法的发展趋势。
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综述与评论
环糊精的理论计算^*

王腾蔡文生邵学广

化学进展. 2010, 22(05): 803-811.

摘要 (2522) PDF全文 (2727) 可视化收藏引用

王腾蔡文生邵学广. 环糊精的理论计算^*[J]. 化学进展, 2010, 22(05): 803-811.

. Theoretical Calculation of Cyclodextrins[J]. Progress in Chemistry, 2010, 22(05): 803-811.

环糊精对超分子化学的发展具有重要意义，其特殊的物理和化学性质已经在实验和理论研究中受到广泛关注。本文对近10年来环糊精的理论计算发展情况进行了综述。重点概述了分子动力学模拟结合自由能计算方法在环糊精识别和自组装行为中的应用，最后展望了环糊精未来的理论计算发展方向。
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综述与评论
基于分子动力学模拟和连续介质模型的自由能计算方法^*

侯廷军,徐筱杰

化学进展. 2004, 16(02): 153.

摘要 (2418) PDF全文 (4515) 可视化收藏引用

侯廷军,徐筱杰. 基于分子动力学模拟和连续介质模型的自由能计算方法^*[J]. 化学进展, 2004, 16(02): 153.

Hou Tingjun,Xu Xiaojie^**. Calculations of Free Energies Based on the Combination of Molecular Dynamics Simulations and Continuum Solvation Model[J]. Progress in Chemistry, 2004, 16(02): 153.

近些年,基于分子动力学模拟和连续介质模型的自由能计算方法受到了越来越多的关注,其中MM/PBSA就是最具代表性的方法.在MM/PBSA中,体系的焓变采用分子力学(MM)的方法计算得到;溶剂效应中极性部分对自由能的贡献通过解Poisson-Boltzmann(PB)方程的方法计算得到;溶液效应中非极性部分对自由能的贡献则通过分子表面积(SA)计算得到.本文结合我们科研组的工作,就近几年MM/PBSA方法的最新进展做了较为详细的阐述,同时对MM/PBSA的发展前景进行了展望.
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综述与评论
PKA酶及其抑制剂balanol的计算化学^*

金海晓严小军朱鹏

化学进展. 2010, 22(05): 993-1001.

摘要 (2398) PDF全文 (2049) 可视化收藏引用

金海晓严小军朱鹏. PKA酶及其抑制剂balanol的计算化学^*[J]. 化学进展, 2010, 22(05): 993-1001.

. Computational Chemistry of Protein Kinase A and Its Inhibitor Balanol[J]. Progress in Chemistry, 2010, 22(05): 993-1001.

蛋白激酶通过磷酸化蛋白底物来调节细胞内的信号转导途径，是重要的药物设计靶标。蛋白激酶A（PKA）是最早获得催化结构域X衍射晶体结构的激酶，是蛋白激酶家族中代表性结构。本文综述了PKA在计算化学领域的研究进展，包括PKA全酶以及它的催化（C）亚基和调节(R)亚基在水溶液中的分子动力学模拟研究，磷酰基转移机理和C亚基与其抑制剂balanol的结合自由能预测、柔性对接。分子动力学、分子对接、同源模建、QM/MM等计算机辅助设计方法在该体系中得到运用。
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综述与评论
遗传算法在计算机辅助药物分子设计中的应用

侯廷军,徐筱杰

化学进展. 2004, 16(01): 35.

摘要 (2392) PDF全文 (3070) 可视化收藏引用

侯廷军,徐筱杰. 遗传算法在计算机辅助药物分子设计中的应用[J]. 化学进展, 2004, 16(01): 35.

Hou Tingjun,Xu Xiaojie^*. Applications of Genetic Algorithms to Computer-Aided Drug Design[J]. Progress in Chemistry, 2004, 16(01): 35.

Baidu(52) CSCD(7)

作为一种重要的启发式优化算法,遗传算法在计算机辅助药物分子设计中得到了广泛的应用.本文介绍了遗传算法的基本概念以及工作原理,同时结合作者科研组的工作,就遗传算法在定量构效关系、构象分析、药效团模拟、分子对接以及虚拟组合化学等方面的应用做了系统的阐述。
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综述与评论
碳菁分子构效关系及其量子化学理论计算^*

雷永林,霍冀川,段小惠,叶旭,孙成才

化学进展. 2007, 19(06): 878-883.

摘要 (2371) PDF全文 (1974) 可视化收藏引用

雷永林,霍冀川,段小惠,叶旭,孙成才. 碳菁分子构效关系及其量子化学理论计算^*[J]. 化学进展, 2007, 19(06): 878-883.

Lei Yonglin**,Huo Jichuan,Duan Xiaohui,Ye Xu,Sun Chengcai. The Relations Between Carbocyanine Structures and Properties and Its Quantum Chemical Theoretic Calculation[J]. Progress in Chemistry, 2007, 19(06): 878-883.

本文介绍了碳菁分子构型、聚集态及其碳菁分子性质的结构效应在量子化学与实验研究的情况，综述了国内外学者对碳菁分子的量子化学计算方法的研究进展。归纳了碳菁分子的量子化学计算的发展方向。
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综述与评论
萃取溶剂选择的计算机辅助分子设计中的数学方法

宋海华,宋静

化学进展. 2006, 18(09): 1188-1193.

摘要 (2348) PDF全文 (1923) 可视化收藏引用

宋海华,宋静. 萃取溶剂选择的计算机辅助分子设计中的数学方法[J]. 化学进展, 2006, 18(09): 1188-1193.

Haihua Song^*,Jing Song. The Application of Computer－Aided Molecular Design in Selecting Solvents for Extractive Distillation[J]. Progress in Chemistry, 2006, 18(09): 1188-1193.

Baidu(21) CSCD(1)

萃取精馏是分离沸点相近或具有恒沸组成混合物的一种重要方法。选择最优的萃取剂是提高生产能力和降低能耗的根本途径。萃取剂选择的计算机辅助分子设计(CAMD) 是基于性质估算的方法即通过CAMD 来生成一组具有期望性质的分子,然后再对候选分子进行筛选。目前,CAMD 法的研究主要可分为生成－验证、数学优化和组合优化。生成－验证法通常使用启发式的策略,是基于知识的,无法克服基团的组合爆炸问题,也不能保证结果的最优性;数学优化方法,包括混合整数非线性规划(MINLP) 和混合整数线性规划(MILP) ,可用于表达非线性或线性的结构－性质关系,但准确表达结构－性质关系还有困难;组合优化法是使用遗传算法或模拟退火算法、禁忌搜索等的方法,理论上可克服以上问题。本文评述了以上三种方法在萃取精馏溶剂选择领域中的用途、原理及其工业化所面临的主要问题。
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综述与评论
生物分子计算进展^*

邵学广,姜海燕,蔡文生

化学进展. 2002, 14(01): 37.

摘要 (2324) PDF全文 (2083) 可视化收藏引用

邵学广,姜海燕,蔡文生. 生物分子计算进展^*[J]. 化学进展, 2002, 14(01): 37.

Shao Xueguang^**,Jiang Haiyan,Cai Wensheng. Advances in Biomolecular Computing[J]. Progress in Chemistry, 2002, 14(01): 37.

由于生物分子在化学反应中具有高度的并行性和识别能力，使生物分子计算在解决组合优化问题中显示出巨大的优势。生物分子计算已成功地应用于计算哈密顿路径、最大集合以及逻辑运算中的SAT类问题等NP完全问题。本文总结了生物分子计算的基本思想与计算方法、生物分子计算的应用与进展，并对生物分子计算的发展趋势作了评述。
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综述与评论
电泳芯片计算机辅助设计研究进展

徐溢,吕君江,任峰,陈蓉,陆嘉莉,温志渝

化学进展. 2006, 18(04): 488-493.

摘要 (2289) PDF全文 (1055) 可视化收藏引用

徐溢,吕君江,任峰,陈蓉,陆嘉莉,温志渝. 电泳芯片计算机辅助设计研究进展[J]. 化学进展, 2006, 18(04): 488-493.

Yi Xu^1**_,Junjiang lv^1_,Feng Ren^1_,Rong Chen^1_,Jiali Lu¹, Zhiyu Wen². Progress on Computer Assisted Electrophoresis Microchip Design[J]. Progress in Chemistry, 2006, 18(04): 488-493.

Baidu(1)

在简单综述了微流控芯片发展的基础上，详细讨论了芯片电泳过程数学模型包括电场、流场、浓度分布弯管道传质控制方程的建立及其求解方法，进而讨论了借助计算机模拟计算辅助芯片电泳系统网络管道设计的研究进展，重点包括进样管道及分离管道设计。
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量子化学专辑
锌酶的计算模拟:挑战与最新进展

巫瑞波, 曹泽星^*, 张颖凯^*

化学进展. 2012, 24(06): 1175-1184.

摘要 (2274) PDF全文 (1349) 可视化收藏引用

巫瑞波, 曹泽星^*, 张颖凯^*. 锌酶的计算模拟:挑战与最新进展[J]. 化学进展, 2012, 24(06): 1175-1184.

Wu Ruibo, Cao Zexing, Zhang Yingkai. Computational Simulations of Zinc Enzyme: Challenges and Recent Advances[J]. Progress in Chemistry, 2012, 24(06): 1175-1184.

Baidu(1)

锌酶在人体中分布非常广泛,种类繁多,是当前最受关注的金属酶之一。由于在锌配位结构上的多样性以及Zn²⁺饱和的d轨道带来的“光谱寂静”性,导致许多实验研究手段受限。计算模拟在锌酶的研究中发挥着越来越重要的作用,已经成为不可或缺的研究工具。现代量子化学计算模拟方法,特别是被视为研究生物大分子体系非常有效的QM/MM组合方法,目前已经被广泛应用于探讨复杂多变的锌配位结构以及锌酶催化反应机理。通过在QM/MM水平下开展的分子动力学模拟,可以揭示锌酶体系中结构与功能间的相互关系。此外,分子力场方法在锌酶研究中同样发挥了不可替代的作用,由于传统力场普遍无法正确描述锌配位结构,因此,锌酶分子力场的开发具有迫切的现实意义。本文总结了近年来锌酶计算模拟领域的最新进展,提出了锌酶计算研究中还有待解决的一些问题。
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量子化学专辑
计算光化学

刘亚军^*

化学进展. 2012, 24(06): 950-956.

摘要 (2260) PDF全文 (1590) 可视化收藏引用

刘亚军^*. 计算光化学[J]. 化学进展, 2012, 24(06): 950-956.

Liu Yajun. Computational Photochemistry[J]. Progress in Chemistry, 2012, 24(06): 950-956.

Baidu(5)

本文从光化学的最基本概念入手,简要介绍了计算光化学理论方法的发展历程和典型应用,并对不同时期的工作做简要评述,以期读者对整个计算光化学有一个整体的了解。本文还介绍了计算机硬件的发展对计算光化学的影响。最后指出目前计算光化学研究的困难和存在问题以供同行讨论。
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量子化学专辑
准确快速计算含多肽酰胺和核酸碱基的氢键复合物的氢键强度和氢键作用势能曲线

黄翠英, 李阳, 王长生^*

化学进展. 2012, 24(06): 1214-1226.

摘要 (2242) PDF全文 (974) 可视化收藏引用

黄翠英, 李阳, 王长生^*. 准确快速计算含多肽酰胺和核酸碱基的氢键复合物的氢键强度和氢键作用势能曲线[J]. 化学进展, 2012, 24(06): 1214-1226.

Huang Cuiying, Li Yang, Wang Changsheng. Accurate and Rapid Calculation of the Hydrogen Bond Strengths and Hydrogen Bonding Potential Energy Curves for the Hydrogen-Bonded Complexes Containing Peptide Amides and/or Nucleic Acid Bases[J]. Progress in Chemistry, 2012, 24(06): 1214-1226.

Baidu(2)

N-H···O=C、C-H···O=C、N-H···N和C-H···N等氢键作用是蛋白质a-螺旋结构、b-折叠结构和DNA双螺旋结构形成的主要因素,在生物分子识别、蛋白质复制以及遗传信息传递等过程中起重要作用。准确快速计算生物体系中存在的N-H···O=C、C-H···O=C、N-H···N和C-H···N等氢键作用强度以及氢键强度随分子几何结构(距离和角度)变化的势能曲线对正确模拟(从而正确认识和理解)蛋白质折叠机制和DNA双螺旋结构形成机制等生物过程意义重大,对设计合成具有特殊功能的生物分子材料有重要指导价值。本文主要介绍了近年来建立的偶极-偶极氢键作用模型及其在快速预测多肽-多肽分子间和核酸碱基-多肽分子间氢键作用强度和氢键作用势能曲线方面的应用。
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量子化学专辑
基于从头计算法的三维碳同素异形体结构设计

吴梦昊, 戴军, 曾晓成^*

化学进展. 2012, 24(06): 1050-1057.

摘要 (2213) PDF全文 (1466) 可视化收藏引用

吴梦昊, 戴军, 曾晓成^*. 基于从头计算法的三维碳同素异形体结构设计[J]. 化学进展, 2012, 24(06): 1050-1057.

Wu Menghao, Dai Jun, Zeng Xiaocheng. Ab Initio Computation Based Design of Three-Dimensional Structures of Carbon Allotropes[J]. Progress in Chemistry, 2012, 24(06): 1050-1057.

由于独特的成键特性,在不同温度和压强下,碳具有丰富的结构特性。除了实验上已发现各种同素异形体,理论计算也预言了丰富的新结构。在本文中,我们对第一性原理计算预言的三维碳同素异形体做了综述,特别地,我们着重关注了泡沫状的碳结构。碳泡沫主要由石墨片断以各种碳键连接而成,具体多孔结构及较大的表面积。另外,针对由低维碳结构,如碳富勒烯、纳米芽、纳米管及石墨烯等组成的三维碳超结构以及其他三维碳晶体我们也做了概述。这些新型碳结构有的由混杂的sp-sp²碳或者纯sp²碳组成(H-6, bct-4, C-20, K₄等),有的质量密度比金刚石还大(C₈, hP3, tl12, tp12等),有的可以由石墨在室温高压下转化而成(M碳, bct-4碳, W碳, Z碳等)。在这些预言的碳同素异形体中,有些在将来可能在实验室合成。
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量子化学专辑
基于量子波包方法的态-态分辨反应散射动力学计算

孙志刚^*, 张东辉^*

化学进展. 2012, 24(06): 1153-1165.

摘要 (2035) PDF全文 (1244) 可视化收藏引用

孙志刚^*, 张东辉^*. 基于量子波包方法的态-态分辨反应散射动力学计算[J]. 化学进展, 2012, 24(06): 1153-1165.

Sun Zhigang, Zhang Donghui. State-to-State Reactive Scattering by Quantum Wavepacket Method[J]. Progress in Chemistry, 2012, 24(06): 1153-1165.

Baidu(1)

本文回顾了最近十几年利用量子波包方法研究气相分子反应散射动力学的工作进展,特别是在态-态分辨水平上的工作进展。比较详细地讨论了目前存在的利用量子波包方法计算态-态微分截面的几种方法。目前态-态分辨的波包动力学计算可以精确地预测三原子和四原子分子反应散射的各种信息,文章最后对几个典型的利用波包方法在态-态分辨水平上研究过的三原子和四原子反应散射体系做了讨论。
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综述与评论
磷灰石晶体构型及其与生物分子相互作用的计算模拟研究

沈娟^*, 金波, 蒋琪英, 钟国清, 霍冀川

化学进展. 2012, 24(05): 737-746.

摘要 (2030) PDF全文 (1982) 可视化收藏引用

沈娟^*, 金波, 蒋琪英, 钟国清, 霍冀川. 磷灰石晶体构型及其与生物分子相互作用的计算模拟研究[J]. 化学进展, 2012, 24(05): 737-746.

Shen Juan, Jin Bo, Jiang Qiying, Zhong Guoqing, Huo Jichuan. Computer Simulation Studies on Apatite Crystal and Its Interaction with Biologic Molecules[J]. Progress in Chemistry, 2012, 24(05): 737-746.

Baidu(11)

生物磷灰石是动物和人体骨骼及牙釉质的主要无机矿物成分,磷灰石矿物晶体的组成和结构影响了骨及牙釉质的机械强度和生理功能。羟基磷灰石空间群的确定一直存在争议,其中羟基存在两种不同排列方式,使得其具有六方和单斜两种晶相。另外,磷灰石晶体结构中的类质同象替换,影响了其结构、物理和化学特性。本文综述了计算机模拟方法在原子及分子水平上对磷灰石晶体的空间群确定、磷灰石替代机制、小分子及生物大分子相互作用的研究,对磷灰石晶体化学、界面化学及开发生物材料的深入研究具有一定的科学意义和较强的应用价值。
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综述与评论
计算肽学

任彦荣, 田菲菲, 周鹏*

化学进展. 2012, (9): 1674-1682.

摘要 (1846) PDF全文 (910) 可视化收藏引用

任彦荣, 田菲菲, 周鹏*. 计算肽学[J]. 化学进展, 2012, (9): 1674-1682.

Ren Yanrong, Tian Feifei, Zhou Peng. Computational Peptidology[J]. Progress in Chemistry, 2012, (9): 1674-1682.

肽作为重要的生理活性物质一直受到相关领域的广泛关注。近年来,由于肽在细胞信号转导中所扮演的中心角色以及作为生物药物靶向蛋白质相互作用网络等特殊性质的发现,再次唤起了人们对肽的浓厚兴趣。与之相伴的是,肽的理论和计算研究工作快速增长,并取得了长足进展。本文以“计算肽学”为主题系统概括了该领域的研究范畴和研究特点,并分别从肽的数据库构建、功能活性预测、分子对接、动力学模拟、结构数据分析、分子设计修饰以及系统生物学行为等几方面分类介绍了计算肽学的主要研究方向和当前发展状况。重点在于探讨采用计算化学和生物信息学方法剖析肽与蛋白质识别和相互作用的分子机制和理化基础,进而为肽类药物设计提供理论指导。此外,本文还提出了计算肽学在肽类纳米材料及生物表面活性剂等领域的潜在应用前景。
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综述与评论
计算机辅助蛋白质分子理性设计:从肌红蛋白到一氧化氮还原酶

林英武

化学进展. 2012, 24(05): 784-789.

摘要 (1841) PDF全文 (987) 可视化收藏引用

林英武. 计算机辅助蛋白质分子理性设计:从肌红蛋白到一氧化氮还原酶[J]. 化学进展, 2012, 24(05): 784-789.

Lin Yingwu. Computer-Aided Rational Protein Design: From Myoglobin to Nitric Oxide Reductases[J]. Progress in Chemistry, 2012, 24(05): 784-789.

Baidu(6) CSCD(1)

计算机辅助蛋白质分子理性设计在解决化学及生物学重要问题中被证实十分有效。在NOR本身三维结构未知的情况下通过计算机分子模拟,使用肌红蛋白(Mb)作为蛋白质分子模型,设计了结构功能型一氧化氮还原酶(NOR),所设计的NOR蛋白质模型——Fe_BMb一年后被天然NOR的晶体结构所证实。本文综述了设计Fe_BMb, I107E Fe_BMb以及Fe_BMb(-His)的研究过程及其设计合理性,评述了通过使用计算机分子模拟,获得Mb处于双组氨酸配位的非天然状态的原子层次结构信息,而这些信息很难通过实验方法来获得。计算机辅助蛋白质分子理性设计的广泛应用将会为生物体系提供更深刻的内涵。
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计算模拟研究金属有机骨架材料吸附分离C2、C3烃类气体

刘景昊, 伍学谦, 吴玉锋, 俞嘉梅

化学进展. 2020, 32(1): 133-144. https://doi.org/10.7536/PC190431

摘要 (1809) PDF全文 (858) HTML (225) 可视化收藏引用

刘景昊, 伍学谦, 吴玉锋, 俞嘉梅. 计算模拟研究金属有机骨架材料吸附分离C2、C3烃类气体[J]. 化学进展, 2020, 32(1): 133-144.

Jinghao Liu, Xueqian Wu, Yufeng Wu, Jiamei Yu. Computational Study on Adsorption and Separation of C2 and C3 Hydrocarbons by Metal-Organic Frameworks[J]. Progress in Chemistry, 2020, 32(1): 133-144.

碳氢化合物在工业生产中发挥着重要的作用,其分离纯化过程是工业生产中重要的环节。低碳烃气体的物理化学性质十分相似,仅在分子尺寸和不饱和度等方面有微小差异,分离困难。传统的精馏等分离方式能耗高、有时效率较低。金属有机骨架材料由于其优异的性能(高比表面积、高孔隙率、结构尺寸可控)在吸附分离方面发挥了重要作用。计算模拟方法能够在微观层次上描述吸附分离过程,起到实验无法替代的作用。本文综述了计算模拟用于探索金属有机骨架吸附分离低碳烃的最新研究进展,探讨了其在金属有机骨架吸附分离低碳烃研究中存在的问题,并展望了发展前景。
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综述
化学中的计算——DNA计算的发展与模型概述

尹晓尧, 李非, 伯晓晨, 骆志刚, 左小磊

化学进展. 2017, 29(11): 1297-1315. https://doi.org/10.7536/PC170701

摘要 (1573) PDF全文 (956) 可视化收藏引用

尹晓尧, 李非, 伯晓晨, 骆志刚, 左小磊. 化学中的计算——DNA计算的发展与模型概述[J]. 化学进展, 2017, 29(11): 1297-1315.

Xiaoyao Yin, Fei Li, Xiaochen Bo, Zhigang Luo, Xiaolei Zuo. Computation in Chemistry:A Summary of the Development and Models of DNA Computing[J]. Progress in Chemistry, 2017, 29(11): 1297-1315.

电子计算机的发展给人类社会进步带来了极大的推动作用，但是随着电子计算机制造工艺趋于极限，人们迫切需要找到一种新的计算体系来满足日益增长的计算需求。DNA计算因其超强的信息存储、大规模的并行计算能力和超低的能耗而受到了广泛的关注。自1994年Adlian博士在实验室利用DNA完成了一个6顶点哈密尔顿路求解问题开始，各种计算模型纷纷涌现。本文首先对DNA计算的基本原理和实验操作手段进行了简单的介绍，然后对DNA相关的理论进行了阐述，包括DNA计算中序列编码设计的理论、DNA计算模型复杂度分析与通用计算能力的证明；在此基础上，对突破性的DNA计算模型进行了概括，进而根据实验操作的具体手段将所有已知模型进行了分类，按照类别进行了综述，并随后挑选了该类别中经典的模型进行更为直观的分析。更进一步，在文章的最后，结合笔者的工作对DNA计算领域的前景进行了展望。
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综述与评论
嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装过程的计算机模拟

盛玉萍, 闫南, 朱雨田, 安健

化学进展. 2014, 26(0203): 358-365. https://doi.org/10.7536/PC130704

摘要 (1384) PDF全文 (1467) 可视化收藏引用

盛玉萍, 闫南, 朱雨田, 安健. 嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装过程的计算机模拟[J]. 化学进展, 2014, 26(0203): 358-365.

Sheng Yuping, Yan Nan, Zhu Yutian, An Jian. Computer Simulation of Self-Assembly of Block Copolymers in Selective Solvent[J]. Progress in Chemistry, 2014, 26(0203): 358-365.

Baidu(2) CSCD(1)

嵌段共聚物由于各嵌段性质不同，在选择性溶剂中能够自发地组装形成众多形态结构各异的纳米结构，如纳米级的球状、棒状、环状、片层状、囊泡及复合胶束等。这些胶束结构在药物传输、催化、电子信息等众多领域都有潜在的应用价值。通过计算机模拟可以在线监控嵌段共聚物的组装过程、揭示其组装机理，明确各种因素对组装结构的影响规律，为实验研究提供思路和理论支持，因此越来越受到人们的广泛关注。本文主要综述了通过计算机模拟对嵌段共聚物在选择性溶剂中自组装研究的一些最新进展，详细讨论了影响嵌段共聚物自组装过程和胶束形貌的各种因素，并对这个领域未来的发展进行了展望。
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综述与评论
金纳米粒子和聚合物复合体系分子设计与组装过程的计算机模拟

李延春, 李洋

化学进展. 2015, 27(7): 848-852. https://doi.org/10.7536/PC150169

摘要 (1100) PDF全文 (1347) 可视化收藏引用

李延春, 李洋. 金纳米粒子和聚合物复合体系分子设计与组装过程的计算机模拟[J]. 化学进展, 2015, 27(7): 848-852.

Li Yanchun, Li Yang. Computer Simulation Study on the Molecular Design and the Self-Assembly Process of Au-Nanoparticle and Polymer Composite System[J]. Progress in Chemistry, 2015, 27(7): 848-852.

金纳米粒子除了拥有纳米粒子的体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等优异性能之外,还有一些特殊性能,如良好的稳定性、抗菌抑菌功能、表面吸收带效应、荧光效应等。量子化学计算方法提供了从分子水平上探究金团簇的催化和反应活性的影响因素,如金团簇的尺寸、形状、电子状态、活性位点的类型和结构等。分子动力学可以更好地模拟纳米粒子与配体和溶剂的相互作用方式,同时给出热力学和动力学行为。耗散粒子动力学等介观模拟方法则被应用到金纳米粒子和聚合物复合体系自组装过程的研究,并可以给出调控自组装结构的有效方案。以高分子与纳米粒子复合物为研究对象,明晰影响复合物结构和性质的主导因素,探索复合物调控机制,提出决定复合物功能的主控因素,进一步理解高分子与纳米粒子复合物的本质,可以为实验上制备、优化新型高分子与纳米粒子复合物材料提供可靠的理论帮助。

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