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分子间(内)相互作用对于整个体系的化学、物理、生物等方面的性质产生着重要的影响,因此,关于分子间(内)相互作用的研究也一直是化学领域的重点。随着计算机和理论计算化学的发展,科研工作者们提出并发展了大量准确和可靠的理论方法用于研究和分析分子间的相互作用,比如能量分解分析方法、自然键轨道方法、分子中的原子理论等,其中能量分解分析方法可以很好的对相互作用进行极具物理意义的分析。 随着化学前沿领域的不断开拓和深入,人们对分子内部相互作用以及大分子之间的相互作用等方面进行理论计算研究的需求也越来越强烈,然而,目前能用于分子内相互作用进行能量分解分析的方法非常少,用于大分子间相互作用能量分解分析的方法也不多。不过近些年分块理论的发展为这些问题的解决带来了希望,特别是从最初应用于对小分子间相互作用的分析时的分块处理慢慢拓展到大分子体系总能量的计算以后,人们意识到分块理论还能发挥更多更好的作用。 本文主要是在分块理论的基础上,将需要研究的目标体系分块,结合现有的能量分解分析方法,开发出能分别用于进行分子内相互作用和大分子间相互作用能量分解分析的Intra-EDA方法和CM-EDA方法,并通过具有代表性的例子进行计算检验和研究。 本文主要从以下两个方面进行介绍: 1.分子内弱相互作用的能量分解研究 分子内的弱相互作用对于不同分子的物理和化学性质有着重要的影响,对于生物分子来说,分子内的相互作用深刻影响着分子在体内的功能作用。然而,对于分子内相互作用的研究,由于一直缺少有效的理论计算化学方面的方法,使得关于分子内相互作用的内在本质还处于模糊不清的阶段。所以,我们希望通过研究,获得一种能用于对分子内相互作用进行能量分解分析的方法,从而更深刻的了解其本质。新的方法称为Intra-EDA,它采用了LMO-EDA方法或者GKS-EDA方法对相互作用能的能量分解结果,并结合分块的框架将目标体系分为相互作用部分和环境部分,从而使得新的方法可以应用于分子内相互作用的计算。在Intra-EDA中,分子内相互作用能分解六项,分别是静电、交换、排斥、极化、色散和相关。Intra-EDA方法测试了包括分子内氢键、分子内OH-π、π-π、阳离子-π键等具有代表性的相互作用体系,计算结果不仅获得了准确的总相互作用能,还能对总相互作用能进行能量分解分析,让我们更深刻的了解了分子内相互作用的本质。 2.大分子间相互作用的能量分解研究 随着计算机和理论计算化学的发展,人们可以对越来越大的体系进行从头算的量化研究。其中,分块理论在大分子体系的应用受到人们越来越多的关注。虽然现在用于大分子总能量的计算的方法很多,但对大分子间相互作用进行能量分解分析的方法很少,而且,虽然LMO-EDA和GKS-EDA方法能够很好的用于计算分子间相互作用,但由于计算条件的限制,这两种方法所能应用的体系并不大。因此,为了扩大能量分解分析方法的计算体系,为了对大分子间相互作用体系进行更深层次的研究,我们在当前用于计算大体系能量的分块方法的基础上,分析它们之间的共同点,并结合LMO-EDA和GKS-EDA方法,我们提出了CM-EDA方法,它不仅能够计算得到大分子间的相互作用,也能对它们之间的相互作用进行能量分解分析。用于检测方法准确性的例子有:多肽与水分子之间的相互作用、氨基酸分子A和T之间的相互作用、TDA1分子之间的相互作用、超分子二聚体之间的相互作用等。计算结果不仅获得了准确的总相互作用能,还能够获得总相互作用能的能量分解分析结果,方便更深入地了解大分子间相互作用的本质。