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非键作用是自然界中普遍存在的分子间相互作用,在化学、材料科学以及生命科学等领域发挥着举足轻重的作用,准确计算这些非键作用的结构和强度具有十分重要的科学意义。本课题组提出了一种可极化偶极-偶极作用模型,并将之成功地应用于计算中性非键作用。本论文将此模型进一步发展,将其推广到离子型非键复合物中,用以计算这些复合物的分子间平衡距离和相互作用能。本文的主要研究内容包括:1.基于对离子型非键作用本质的理解,本文在可极化偶极-偶极作用模型的基础上,加入电荷-偶极相互作用项,使之发展成为可以计算离子型非键作用的经验模型。本文选取了 18个复合物作为模型分子,确定了相关的参数。2.将本文模型应用于包含卤素离子的阴离子-π复合物的分子间平衡距离和相互作用能的计算中,并与从头算方法的计算结果进行比较。计算结果表明,本文模型计算得到的分子间平衡距离和相互作用能与高精度从头算方法的结果符合很好。3.将本文模型应用于包含带电精氨酸侧链的离子氢键复合物的平衡氢键距离和相互作用能的计算中,并与从头算方法的计算结果进行比较。计算结果表明,本文模型计算的平衡氢键距离与MP2/6-31+G(d,p)方法的计算结果符合很好。本文模型计算的相互作用能与MP2.5/CBS方法计算结果有较好相关性,其线性相关系数为0.9687,均方根偏差为2.57 kcal/mol;而与MP2.5/CBS方法的计算结果相比,AMBER99力场和AMOEBA力场计算相互作用能的线性相关系数分别为0.9370和0.4444,均方根偏差分别为6.84和6.30 kcal/mol。4.将本文模型应用于包含带电组氨酸侧链的离子氢键复合物的平衡氢键距离和相互作用能的计算中,并与从头算方法的计算结果进行比较。计算结果表明,本文模型计算的平衡氢键距离与MP2/6-31+G(d,p)方法的计算结果符合很好。本文模型计算的相互作用能与MP2.5/CBS方法计算结果有较好相关性,线性相关系数为0.9562,均方根偏差为2.12 kcal/mol;而与MP2.5/CBS方法的计算结果相比,AMBER99力场和AMOEBA力场计算相互作用能的线性相关系数分别为0.8083和0.6963,均方根偏差分别为11.22和6.84 kcal/mol。5.将本文模型应用于包含带电赖氨酸侧链的离子氢键复合物的平衡氢键距离和相互作用能的计算中,并与从头算方法的计算结果进行比较。计算结果表明,本文模型计算的平衡氢键距离与MP2/6-31+G(d,p)方法的计算结果符合较好。本文模型计算的相互作用能与MP2.5/CBS方法计算结果有较好相关性,线性相关系数为0.9549,均方根偏差为3.60 kcal/mol;而而与MP2.5/CBS方法的计算结果相比,AMBER99力场和AMOEBA力场计算相互作用能的线性相关系数分别为0.9033和0.7630,均方根偏差分别为15.86和5.18 kcal/mol。6运算效率的比较表明,本文模型比MP2.5/CBS方法快三个数量级以上;且随着体系的增大,本文模型的运算优势更为明显。表明本文模型比MP2.5/CBS方法更为快捷高效。本文研究结果表明:本文模型简洁快速,可以较准确地预测离子氢键和阴离子—π复合物的相互作用。本文模型可望在生物大分子体系的分子模拟领域得到应用。