
【化】 field of force of molecule
【機】 molecular force
field; a level open space; scene
【化】 field
【醫】 field; plant
分子力場(Molecular Force Field)是計算化學與分子模拟領域的核心概念,指通過數學模型量化分子内原子間及分子間相互作用的勢能函數體系。其英文對應術語為"force field",常以縮寫"FF"表示。該模型通過參數化方程描述化學鍵伸縮、角度彎曲、二面角扭轉等鍵合作用,以及範德華力、靜電作用等非鍵合作用,為分子動力學模拟提供能量計算基礎。
專業詞典定義包含三個核心要素:
勢能函數:采用經典力學方程表達,如鍵伸縮能常用諧振子模型: $$ E_{bond} = frac{1}{2}k_b(r - r_0) $$ 其中$k_b$為力常數,$r_0$為平衡鍵長。
參數體系:涵蓋原子類型、電荷量、鍵級參數等,通過量子化學計算或實驗數據拟合獲得,如AMBER力場的開發基于蛋白質晶體結構數據庫(Protein Data Bank)的統計優化。
應用範疇:包括但不限于藥物設計(如基于CHARMM力場的受體-配體結合模拟)、材料科學(如OPLS力場在聚合物相态預測中的應用),相關算法已集成至NAMD、GROMACS等專業模拟軟件。
權威參考文獻:
分子力場(Molecular Force Field)是描述分子内和分子間原子相互作用的一種經驗數學模型,通過簡化的數學函數模拟分子能量與結構的關系。以下是詳細解釋:
分子力場基于量子力學的波恩-奧本海默近似,将分子能量近似為原子空間坐标的函數。其核心是通過經典力學方法(而非量子計算)描述原子間的成鍵與非鍵相互作用,常用于分子動力學模拟、藥物設計等領域。
分子力場的能量函數通常包括以下部分:
鍵合作用
非鍵作用
力場的準确性依賴于參數化數據,主要來源于:
以鍵伸縮能為例,常用諧振子模型:
$$ E_{text{bond}} = frac{1}{2} k (r - r_0) $$
其中,( k )為力常數,( r )為實際鍵長,( r_0 )為理想鍵長。
如需進一步了解具體力場類型(如AMBER、CHARMM),可參考相關文獻或數據庫。
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