烷烃小分子溶剂化自由能的快速计算

摘 要 ： ＡＢ Ｅ ｎ浮 动 电荷 模 型 与 ｇ ｎｒｌｅ ｏ ｎ（ ） 型相 结 合 ， 算 分 子 的溶 剂 化 自由 能 ． 将 Ｅ Ｍｏ ｅ ｅａｉ ｄＢ ｒ ＧＢ 模 ｚ 计 ＧＢ模 型 是 一
种 连 续 介 质模 型 ， 算 快 速 而 简单 ， 是 这种 模 型 的计 算 精 度 却 尚待 提 高 ．由于 ＡＢ ＥＭｏ 计 但 Ｅ ｎ浮 动 电 荷 模 型 将 分 子 的 电 荷 区域 进 行 了详 细 划 分 ， 为原 子 区 域 、 分 单键 和 双 键 区域 、 对 电子 区域 ， 孤 而且 双 键 区域 叉更 详 细地 分 为 １个 ｄ键 和 ４ 个 键 区域 ， 充分 考 虑 了在 外 界环 境 发 生 变化 的 情 况 下 ， 子 内部 各 个 原 子 电荷 重 新 排 布 ， 而 极 大 地 提 高 了 ＧＢ模 分 因
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文 章编 号 ：０ ０ １ ３ （ ０ ０ ０ — ３ ２０ １ ０ — ７ ５ ２ １ ） ３０ ３ — ３
烷烃小分子溶剂化自由 快速计算 能的
杨 忠志 ， 于 玲 ， 赵 东 霞
（ 宁师 范 大 学 化 学化 工 学 院 ， 宁 大 连 １６ ２ ） 辽 辽 １０ ９
型原 有 的优 势而且 提高 了该模 型的计算 精度．
１ 计算 方 法
在连续 介质模 型 中 ， 溶剂化 自由能 可以按 照溶剂分子 和溶质 分子 的作 用类 型分成 ３个部 分 ，
Ｇ。 一 Ｇｃ ＋ Ｇｖ ＋ Ｇ 。 １ ｄ Ｗ Ｉ （） １
其 中 ， 为孔穴 能 ， Ｇ 是指 溶质 分子 在进 入溶 剂 以后 要排 开一 部分 溶剂 ， 同时拆 散一 部分 溶剂 内部 的相 互作 用 ， 形成 一个 孔穴所 需 的能量 ； Ｇ ｗ是范德华 作用能 ， 与空 穴能统 称 为溶剂 化 自由能 的非极 性 部 它
是生 化分子 ．其 中， ｔ ｌ Ｓｉ 等人 发展 的 ｇ ｎ ｒｌ ｅ ｏｎＧＢ模 型方法 因为快 速简单 的特 点更 是被 广泛 应 ｌ ｅ ｅａｉ ｄＢ ｒ ｓ
用．但是 这种模 型 的计 算精度 却 尚待 提高 ， 主要原 因之一在 于该方法计 算 时采 用 的 电荷是 固定 电荷 ， 其 因而 并不 能真实 地体现 溶质分 子进入溶 剂后其 电荷 随环境 变化 而 发生 相应 变 化 的情况 ．鉴 于此 ， 文 本 首次 将 ＡＢ Ｅ ｒ浮动 电荷模 型［３ Ｇ Ｅ Ｍａ ｒ １］ ＿与 Ｂ模 型相结 合来计算 分子 的溶 剂化 自由能 ， 仅保 持 了 Ｇ 不 Biblioteka Baidu模
１
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Ｇ 一 ｌ．卜÷ ６０ ） ６（
（ ２ ）
其 中， 是原子ｉ ｒ 和原子 之间的距离 ； 一 （皿 ） ， 一 ｒ／ ２ ａ是原子 ｉ 口 口 Ｄ ； （ａ） ， 的有效玻恩半径．Ｎ
为 体系 的原子 数． 代表 溶剂 的介电常数 ， ｅ 若溶剂 为水 ， 值为 ７ ． ． ｑ 其 ８ ３ ｑ 和 分别为 分子 中原子 ｉ 和原 子
的 部分 电荷 ， 以利用 ＡＢ Ｅ －模 型计算 得到 ， 具体计 算方法参 考文献 ｒ ］ 可 Ｅ Ｍｏ ｚ 其 ５ ．这样 ， 就将 ＡＢ Ｅ ￣ Ｅ Ｍａ
模 型与 Ｓｉ 等人 发展 的 ＧＢ模 型恰 当地联 系起来 ．溶 剂化 自由能 的非 极性部 分则 可通过计 算溶 剂可 接 ｔｌ ｌ 近 表面积 （ｏｖ ｎ ｃｅｓ ｌ ｓｒａｅａｅ ，Ｓ ｓ ｌｅ ｔ ｃ ｓｉ ｅ ｕｆｃ ｒａ Ａ）而 获 得．我 们 的这 种 计 算 溶 剂 化 自 由能 的方 法 称 为 ａ ｂ
分能 量 ； 代表 溶 质和 溶剂 之 间相互 作用 的极性 部分 能 量 ， 是静 电作 用 能 ， Ｇ 也 主要 是 由于溶 剂 分子 和
溶质 分子之 间 的静 电相互 作用 导致的 ， 也称为溶 剂化 自由能 的极性 部分 能 量 ； 中 ， 剂 自由能 的极 性 其 溶
部 分采 用 Ｓｉ［ 等人发 展 的 Ｇ ｔ ｌ］ ｌ４ Ｂ方法计算 ， 以表 示为 ： 可
的大小 与方 向决 定所形 成溶液 的性质 与稳定性 ．但 是利用通 常的水分 子模型 计算溶 质 的溶 剂化 自由能 却 往往遇 到体 系过于 庞大 的问题．体 系庞 大主 要是 因为 溶剂 分子 过 多所 导致 ．针对 此 问题 ， 连续 介 质
模型 应运 而生．该类模 型在计 算过程 中 ， 溶剂 分子 的作 用视 为 连续化 效 应 ， 将 而将 溶 剂分 子 完全 省 略． 显然 ， 这种方 法 的计算量 要小很 多 ， 目前 已被广泛应 用 于研究 大 的溶质 分 子在 溶剂 中的各 种特 性 ， 其 尤
收 稿 日期 ： ０ ０ ０ — ０ ２ １— ５ １ 基 金项 目 ： 国家 自然 科学 基 金 项 目（ ０ ３ ０ ０ ２ ８ ３ ５ ； ０ ０ ０ ２ ２ ６ ３５ ；０ ７０ ５ ２ ７ ３ ２）
型 的计 算 精度 ．利 用该 方 法 快 速 准 确地 计 算 了几 个 烷 烃 小 分子 的溶 剂化 自由能 ．
关 键 词 ： 动 电荷 模 型 ； ／ Ａ 模 型 ； 剂 化 自由 能 ； 浮 ＧＢ Ｓ 溶 极化
中 图分 类 号 ： ４ ． ２ ０６ １ １ １
文献标识码 ： Ａ
很多 化学反 应 以及 生命过 程都是 在溶剂 中进行 ， 其是水 溶液．在这些溶 液体 系 中 ， 剂化 自由能 尤 溶
第 ３ ３卷 第 ３期 ２１ ０ Ｏ年 ９ 月
辽 宁师 范 大 学 学报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＬ ａ ｎ ｎ ｒ ｌ ｏ ｒ ａ ｉｏ ｉ ｇ Ｎｏ ｍａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ （ ｔ ｒ ｌ ｃｅ ｃ ｄ ｔ ｎ ｏ ｉｅ ｓｔ Ｎａ ｕ ａ ｉ ｎ ｅ Ｅ ｉ ｏ ） ｙ Ｓ ｉ