Trường lực và Cơ học phân tử

Trường lực là một biểu thức được tham số hóa cho năng lượng tiềm năng phân tử, cho phép cơ học phân tử tính toán cấu trúc và năng lượng của các hệ thống rất lớn mà không cần tính toán lượng tử.

Definition

Một hàm năng lượng tiềm năng thực nghiệm, cùng với các tham số của nó, xấp xỉ năng lượng của một hệ phân tử dưới dạng hàm của tọa độ nguyên tử bằng cách sử dụng cơ học cổ điển.

Scope

Bao gồm dạng hàm của các trường lực cổ điển, các số hạng liên kết cho liên kết, góc và xoắn, các số hạng tĩnh điện và van der Waals không liên kết, chiến lược xác định loại nguyên tử và tham số hóa, và các họ trường lực sinh học phân tử chính. Cũng đề cập đến các trường lực phân cực và phản ứng, cũng như các giới hạn chuyển giao cố hữu của các tham số cố định.

Core questions

• Các tương tác vật lý nào mà các số hạng của trường lực đại diện?
• Các tham số trường lực được suy ra như thế nào và khả năng chuyển giao của chúng ra sao?
• Các trường lực sinh học phân tử chính khác nhau như thế nào về triết lý và hệ thống mục tiêu?
• Các trường lực cố định, không phản ứng không thể mô tả điều gì?

Key theories

Phân tách năng lượng tiềm năng cộng tính

Tổng năng lượng được viết dưới dạng tổng của các đóng góp liên kết và không liên kết độc lập, một phép xấp xỉ giúp đánh giá nhanh và tham số hóa theo mô-đun.

Tham số hóa thực nghiệm

Các tham số trường lực được điều chỉnh để tái tạo dữ liệu thực nghiệm và tính toán hóa học lượng tử cho các hợp chất đại diện, với giả định rằng các tham số chuyển giao sang các môi trường hóa học tương tự.

Clinical relevance

Trường lực là nền tảng của tất cả các mô phỏng sinh học phân tử và vật liệu cổ điển; chất lượng của chúng đặt ra giới hạn trên cho tính hiện thực của động lực học phân tử và các dự đoán năng lượng tự do được sử dụng trong thiết kế thuốc và vật liệu.

History

Từ các trường lực MM2/MM3 của Allinger cho các phân tử hữu cơ, lĩnh vực này đã mở rộng sang các trường lực sinh học phân tử như AMBER, CHARMM, OPLS và GROMOS vào những năm 1980 và 1990, với sự phát triển liên tục của các tiềm năng phân cực và học máy.

Key figures

• Peter Kollman
• Alexander MacKerell
• William Jorgensen
• Norman Allinger

Seminal works

• cornell1995
• mackerell1998

Frequently asked questions

Tại sao trường lực không thể mô tả các phản ứng hóa học?

Các trường lực tiêu chuẩn giữ các liên kết như các lò xo cố định và không thể phá vỡ hoặc hình thành chúng; mô tả các phản ứng đòi hỏi các trường lực phản ứng hoặc xử lý lượng tử vùng phản ứng.

Tất cả các trường lực có thể thay thế cho nhau không?

Không; các họ khác nhau được tham số hóa cho các hệ thống khác nhau và với các quy ước khác nhau, vì vậy kết quả có thể khác nhau, và việc trộn lẫn các tham số giữa các trường lực nói chung là không hợp lệ.