五 分子力学计算的一般过程

一般的分子力学计算程序的工作过程大致都按图 2 进行。图 2 示出了计算时较简单的情况。用于描述分子初始结构的原子坐标可以使用分子内坐标、直角坐标或晶体坐标。从晶体数据得到初始结构数据往往是比较方便的，若没有晶体数据，则可用 Dreiding 模型来估计。分子力学

计算除了初始坐标是必需的外，还要提供分子的连接性即给出分子中所有原子的联接关系，以便让计算机自动搜索任何两个原子之间的作用， 按不同的联接关系以不同的能量函数形式计算对总能量的贡献。计算中所用的能量参数大部分已在程序中准备好，有必要时，要对某些参数进行修改或增补。前已述及，分子总能量是原子三维坐标的函数，在计算完初始构象的分子能量后，要进行能量极小化的迭代，直到达到收敛标准为止。最终，计算机要给出分子体系优化的原子坐标，总空间能及各能量项的贡献。由于一般只是局部优化，这样的计算只能找到所用的初始构象附近的“最优构象”。所以，选择初始构象是非常关键的。若为了找到全局能量最低构象，须将所有可能的初始构象分别进行优化，最后进行比较，从而确定分子体系的最优构象。这对于较大的分子是不可能的，可能的初始构象的数目会随原子数目的增加而急剧增加。在选择初始构象时，应把从基本的化学知识方面考虑是不可能的构象略去。

分子力学的计算过程和结果，除了图 2 所示之外，不同的作者设计的分子力学程序还给出了其他的一些参数，如分子表面积、分子体积、分子的晶体堆积能等等。

目前已有许多种现成的分子力学程序可利用，可以通过美国印第安那大学的量子化学程序交换中心得到合适的分子力学程序。现在国际上比较流行的是基于 Allinger 的分子力学力场的程序：MM1、MMP1 和 MM2、MMP2，后两者是前两者的更新版本，MMP1 和 MMP2 可用于含有离域π键的体系的计算，Allinger 的程序可用于烃、醇、酚、醚、醛、酮、酸、酯等大多数有机化合物的计算。近年来也有用于络合物计算的报道。由 MM2 和 MMP1 结合而形成的程序 MMPM 既有新版本的力场参数，又能计算有离域π键的体系，而且还有可用于微机的版本。这一程序在国内许多单位得到了应用。我们用 MMPM 程序对 18-冠-6 及其碱金属配合物进行了计算，结果表明 18-冠-6 与 K^{+有特殊的亲合作用，很好地再现了有关实验结果。Dorigo 等人用 MM2 研究了一系列羟基羧酸的酸催化的内酯化反应机理，指出亲核试剂的进攻方向与反应速度没有明显的关系，而反应过程中形成的四面体的破坏过程才是速度的决定步骤。}